電力電子技術(shù)：10總復(fù)習(xí)匯編資料

1、電氣工程及其自動化專業(yè)(zhuny)電力電子技術(shù)總復(fù)習(xí)共五十七頁第1章 電力電子器件第2章 整流(zhngli)電路 第3章 直流斬波電路 第4章 交流交流電力變換電路 第5章 逆變電路 第6章 脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù) 共五十七頁同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征。電力電子系統(tǒng)的組成(z chn)及各部分的作用電力電子器件的分類學(xué)習(xí)要點(diǎn)共五十七頁介紹各種器件的符號、簡稱(jinchng)、工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問題，然后集中講述電力電子器件的驅(qū)動、保護(hù)和串、并聯(lián)使用這三個問題。最重要的是掌握其基本特性掌握電力電子器件的型號命名法，以及其參數(shù)和特性

2、曲線的使用方法，這是在實(shí)際中正確應(yīng)用電力電子器件的兩個基本要求由于電力電子電路的工作特點(diǎn)和具體情況的不同，可能會對與電力電子器件用于同一主電路的其它電路元件，如變壓器、電感、電容、電阻等，有不同于普通電路的要求共五十七頁應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成 控制電路按系統(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的通或斷，來完成(wn chng)整個系統(tǒng)的功能 返回(fnhu)共五十七頁有的電力電子系統(tǒng)中，還需要有檢測電路。廣義上往往其和驅(qū)動電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制電路，從而(cng r)粗略地說電力電子系統(tǒng)

3、是由主電路和控制電路組成的。主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動電路與控制信號的連接處，以及主電路與檢測電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離，而通過其它手段如光、磁等來傳遞信號。 返回(fnhu)共五十七頁由于主電路中往往有電壓和電流的過沖，而電力電子器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴，但承受過電壓和過電流的能力卻要差一些，因此(ync)，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證電力電子器件和整個電力電子系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行，也往往是非常必要的。器件一般有三個端子（或稱極或管角），其

4、中兩個聯(lián)結(jié)在主電路中，而第三端被稱為控制端（或控制極）。器件通斷是通過在其控制端和一個主電路端子之間加一定的信號來控制的，這個主電路端子是驅(qū)動電路和主電路的公共端，一般是主電路電流流出器件的端子。 返回(fnhu)共五十七頁1、同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：(1) 能處理電功率的大小，即承受(chngshu)電壓和電流 的能力，是最重要的參數(shù)(2) 電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通時(shí)（通態(tài)）阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，而電流由外電路決定阻斷時(shí)（斷態(tài)）阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，而管子兩端電壓由外電路決定電力電子器件的動態(tài)特性（也就是開關(guān)特性）和參數(shù)，也

5、是電力電子器件特性很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時(shí)，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替返回(fnhu)共五十七頁(3) 實(shí)用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對控制電路的信號進(jìn)行放大，這就是(jish)電力電子器件的驅(qū)動電路。(4)為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致器件溫 度過高而損壞，不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)器件上有一定的通態(tài)壓降，形成通態(tài)損耗 返回(fnhu)共五十七頁阻斷時(shí)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過，形成斷態(tài)損耗在器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱

6、開關(guān)損耗對某些器件來講，驅(qū)動電路向其注入的功率也是造成器件發(fā)熱的原因之一通常電力電子器件(din z q jin)的斷態(tài)漏電流極小，因而通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因器件開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗會隨之增大而可能成為器件功率損耗的主要因素 返回(fnhu)共五十七頁可控整流電路，重點(diǎn)掌握：電力電子電路作為分段線性電路進(jìn)行分析的基本思想、單相全控橋式整流電路和三相全控橋式整流電路的原理分析與計(jì)算、各種負(fù)載對整流電路工作情況的影響；電容(dinrng)濾波的不可控整流電路的工作情況，重點(diǎn)了解其工作特點(diǎn)；(未講不要求)與整流電路相關(guān)的一些問題，包括：(1)變壓器漏抗對整流電路的影響，重點(diǎn)建立換相壓降

7、、重疊角等概念，并掌握相關(guān)的計(jì)算，熟悉漏抗對整流電路工作情況的影響。(2)整流電路的諧波和功率因數(shù)分析，重點(diǎn)掌握諧波的概念、各種整流電路產(chǎn)生諧波情況的定性分析，功率因數(shù)分析的特點(diǎn)、各種整流電路的功率因數(shù)分析。 (未講不要求) 例題(lt)共五十七頁單相(dn xin)半波整流電路a)TVTRu1u2uVTudidwwwwt0wt1p2ptttuguduVTaq000u2idiVTIdIdwtwtOOp-ap+aiVDR共五十七頁單相半波整流電阻負(fù)載電感負(fù)載無續(xù)流二極管有續(xù)流二極管UdIdUVTmax反向正反向反向IdVTIVTIdVDIVD移相范圍180180180共五十七頁單相橋式整流(zh

8、ngli)電路u(i)pwtwtwt000i2udidddaauVT1,4uu2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4b)idOEudwtIdOwtaqd共五十七頁單相橋式全控整流電阻負(fù)載大電感負(fù)載UdIdUVTmax反向正向正反向IdVTIVTI2Id移相范圍18090共五十七頁udOudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR共五十七頁單相橋式半控整流電阻負(fù)載大電感負(fù)載UdIdUVTmax反向正向正反向IdVTIVTI2導(dǎo)通角180-a18

9、0-a共五十七頁2單相橋式全控整流電路，U2 =100V，負(fù)載中R=2，L值極大，當(dāng)=30時(shí)，要求：1）作出ud、id和i2的波形；2）求整流輸出(shch)平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2；3）考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。共五十七頁解：1）ud、id和i2的波形如右圖所示該波形可參考P26圖6作出2）求整流輸出平均(pngjn)電壓Ud共五十七頁3）晶閘管電流(dinli)有效值考慮過電流安全(nqun)儲備通常把晶閘管的額定電流放大1.52倍，又晶閘管的額定電流值是通態(tài)平均電流（正弦半波電流平均值），它同有效值的關(guān)系是。因此所選晶閘管的額定電流應(yīng)為： 為此

10、可選50A的晶閘管。共五十七頁為了對過電壓有安全儲備，通常把晶閘管的額定電壓也放大(fngd)23倍，因此所選晶閘管的電壓額定值應(yīng)為V，為此可選400V的晶閘管。最后根據(jù)(gnj)晶閘管產(chǎn)品型號表可選用KP-50-4，即通態(tài)平均電流為20A，額定電壓值電壓為4級(400)的晶閘管。共五十七頁例：單相橋式全控整流電路，接電阻負(fù)載，交流電源電壓u2在(220+10%)V范圍內(nèi)變化，要求輸出的直流平均電壓ud從50V150V連續(xù)可調(diào)，且負(fù)載平均電流Id均能達(dá)到10A，試確定控制(kngzh)角的變化范圍、計(jì)算晶閘管導(dǎo)通角的變化范圍、要求的電源容量，并選擇晶閘管。共五十七頁解：由式 得到：由此得控制(

11、kngzh)角由上式可知，電源電壓u2越小，越小；直流輸出電壓ud越大，也越小，所以最小控制角min對應(yīng)：u2 = 220 * 90% = 198 V，ud = 150 V （相應(yīng) ）共五十七頁同樣電源電壓(diny)u2越大，越大；直流輸出電壓ud越小，也越大，所以最大控制角max對應(yīng)：u2 = 220 * 110% = 242 V，ud = 50 V由于導(dǎo)通角 ，的變化范圍為46.9122.7，可導(dǎo)出的變化范圍為：133.157.3。共五十七頁在本例中要求輸出電流平均值Id能達(dá)到(d do)10A，由于 隨的增大而增大，為此交流電源電流的最大有效值應(yīng)對應(yīng)取122.7時(shí)的情況：電阻負(fù)載時(shí)平均

12、(pngjn)電流和變壓器二次電流有效值的計(jì)算公式書中p47共五十七頁要求的電源(dinyun)容量相應(yīng)為： 晶閘管電流(dinli)有效值 考慮過電流安全儲備通常把晶閘管的額定電流放大1.52倍，又晶閘管的額定電流值是通態(tài)平均電流（正弦半波電流平均值），它同有效值的關(guān)系是因此所選晶閘管的額定電流應(yīng)為： 共五十七頁為此可選20A的晶閘管。為了對過電壓有安全儲備，通常把晶閘管的額定電壓也放大(fngd)23倍，因此所選晶閘管的電壓額定值應(yīng)為為此可選1000V的晶閘管。最后(zuhu)根據(jù)晶閘管產(chǎn)品型號表可選用KP-20-10，即通態(tài)平均電流為20A，額定電壓值電壓為10級(1000)的晶閘管。共

13、五十七頁三相可控整流(zhngli)電路共五十七頁電阻負(fù)載：a=30的波形 特點(diǎn)：負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)(dun x)之間的臨界狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通角為120 a30的情況 特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于150-a 。a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac共五十七頁wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1電阻負(fù)載：a=60的波形 特點(diǎn)(tdin)：負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通角120 a60的情況 特點(diǎn)：負(fù)載電

14、流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角2(120-a) 。共五十七頁電路名稱三相半波三相橋式全控輸出平均電壓范圍01.17 U202.34 U2脈動頻率3f=150Hz6f=300Hz電阻性負(fù)載移相范圍150120晶閘管最大正向電壓晶閘管最大反向電壓晶閘管導(dǎo)通角120（30）120 （60） （30） （60）不同時(shí)Ud （30） （60）（30150）（60120）共五十七頁電感性負(fù)載移相范圍9090晶閘管導(dǎo)通角120120晶閘管電流平均值晶閘管電流有效值晶閘管最大正向電壓晶閘管最大反向電壓不同時(shí)Ud共五十七頁變壓器漏抗對整流電路的影響主要(zhyo)是對輸出電壓的影響 電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相

15、全控橋m脈波整流電路 udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubucaId共五十七頁例：三相半波整流電路中，如果a相的觸發(fā)脈沖消失(xiosh)，試?yán)L出在電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載下整流電壓波形。解：以=60為例共五十七頁例：三相半波(bn b)可控整流電路，阻感負(fù)載，R2，L，欲借調(diào)節(jié)達(dá)到維持Id250 A為恒值，已知XB0.08，附加直流端壓降U10 V，供電電壓經(jīng)常在l1.15額定范圍內(nèi)變化，求：(1) U2和變化范圍。 (2)變壓器容量共五十七頁對于(duy)三相半波整流，換相壓降 當(dāng)=0時(shí) 此為U2的最小值共五十七頁當(dāng)U2=1.15*444.06510.67 V時(shí)，它對應(yīng)的控

16、制角為最大，此時(shí)(c sh)cos=519.55/(510.67*1.17)=0.8696，由此導(dǎo)出=29.6。即所求U2變化范圍是444.06510.67V，變化范圍是029.6。(2)要求變壓器的容量，首先必須求出變壓器一次和二次側(cè)電流有效值，如下圖所示為i2，i1波形。共五十七頁由于電感足夠大使得(sh de)電流連續(xù)且近似為恒定值，再考慮到三只晶閘管在一個周期中各導(dǎo)通120因?yàn)榫чl管同相應(yīng)變壓器二次繞組串聯(lián)，所以變壓器二次電流I2dId/3=250/3=83.33A 共五十七頁因?yàn)樽儔浩鞫蝹?cè)電流的直流分量不可能感應(yīng)到原邊，所以(suy)i1波形如圖所示共五十七頁例：三相橋式全控整流電

17、路中，電阻性負(fù)載，如果有一個晶閘管不能導(dǎo)通，此時(shí)的整流波形如何?如果有一個晶閘管被擊穿而短路，其他晶閘管受什么(shn me)影響?僅VT3做出不能導(dǎo)通的整流波形。共五十七頁什么是逆變？逆變的分類？依據(jù)是什么？有源逆變的條件，波形分析，輸出電壓的大小即基本數(shù)量關(guān)系，逆變顛覆和最小逆變角的限制。有源逆變的應(yīng)用：直流電動機(jī)在晶閘管整流電路控制下的機(jī)械特性的特點(diǎn)分連續(xù)時(shí)和斷續(xù)時(shí)；四象限運(yùn)行整流與逆變的轉(zhuǎn)換。什么是無源逆變？有哪些換流方式？原理是什么？無源逆變按照直流電源的性質(zhì)分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路。分別介紹了單相和三相(sn xin)兩種情況。單相半橋、單相全橋、三相橋式電壓型逆變電路的

18、電路結(jié)構(gòu)、工作方式及波形、基本數(shù)量關(guān)系以及特點(diǎn)。單相、三相串聯(lián)二極管電流型逆變電路的電路結(jié)構(gòu)、換流方式、工作方式及特點(diǎn)。共五十七頁例：試?yán)L出三相橋式逆變(n bin)電路中當(dāng)=/4時(shí)，晶閘管VT1和VT4兩端的電壓波形圖，并分析它們承受的正、反向最大電壓各為多少?共五十七頁例：電壓型逆變電路中反饋二極管的作用是什么？為什么電流型逆變電路中沒有反饋二極管？解：對于電壓型逆變電路，考慮到大部分負(fù)載是電感性負(fù)載，當(dāng)改變導(dǎo)通的器件時(shí)，由于電感兩端的電流不能突變，因而(yn r)要靠反饋二極管提供續(xù)流通路，同時(shí)在能量上電感儲存的能量通過反饋二極管向電源側(cè)反饋。對于電流型逆變電路，為了使其能夠進(jìn)行負(fù)載換相

19、，往往在負(fù)載兩端并聯(lián)補(bǔ)償電容器使負(fù)載略呈容性，對于容性負(fù)載而言，其兩端的電流允許突變，所以不需要反饋二極管，事實(shí)上負(fù)載中電感的續(xù)流靠補(bǔ)償電容器維持。共五十七頁交流變換電路的學(xué)習(xí)要點(diǎn)：(1) 交流交流變流電路的分類及其基本概念；(2) 單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載時(shí)的工作原理(yunl)和電路特性；(3) 三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理；(4) 交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的基本概念；（不要求）(5) 晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)成、工作原理和輸入輸出特性； ；（不要求）(6) 各種交流交流變流電路的主要應(yīng)用；（不要求）共五十七頁例：一交流單相晶閘管調(diào)壓器，

20、用作控制從220V交流電源送至電阻為0.5、感抗為0.5的串聯(lián)負(fù)載電路的功率。試求：1)控制角范圍(fnwi)；2)負(fù)載電流的最大有效值；3)最大功率和這時(shí)的功率因數(shù)；4)當(dāng)=/2 時(shí)，晶閘管電流的有效值、導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。共五十七頁單相(dn xin)交流調(diào)壓電路a為參變量時(shí)I VTN和a關(guān)系曲線j = 900.40.516018004012080 75 6045j = 0a /()IVTN負(fù)載(fzi)電流有效值 IVT的標(biāo)么值共五十七頁020100601401802010060/()180140j = 9075604530150共五十七頁例：已知自耦變壓器基本繞組

21、(roz)為1-0，調(diào)整繞組1-3與1-2之間的匝數(shù)是1-0的10。試分析圖示兩組反并聯(lián)晶閘管組成的電路，是如何實(shí)現(xiàn)在輸入電壓波動時(shí)，使輸出電壓0保持穩(wěn)定？共五十七頁例：下圖所示的降壓斬波電路中，E100V，L100mH，R0.5，EM10V，采用(ciyng)脈寬調(diào)制控制方式，T20s，當(dāng)Ton4s時(shí)。（20分）求：（1）輸出電壓(diny)平均值Uo；（2）輸出電流平均值Io； （3）計(jì)算輸出電流的最大和最小瞬時(shí)值，并判斷負(fù)載電流是否連續(xù)。共五十七頁例：圖為一種簡單的舞臺調(diào)光線路，輸入(shr)為單相交流電源，電位器RP一般為幾百千歐。求：1、根據(jù)ud，ug波形分析電路(dinl)調(diào)光工作原理；2、說明RP，VD及開關(guān)Q的作用；3、本電路晶閘管最小導(dǎo)通角qmin是多少？udugu2ACRPVDQVT共五十七頁 例：一交流單相(dn xin)晶閘管調(diào)壓器，用作控制從220V交流電源送至電阻為0.5、感抗為0.5的串聯(lián)負(fù)載電路的功率。試求： 1）控制角范圍； 2）負(fù)載電流的最大有效值； 3）求最大功率和這時(shí)的功率因數(shù)； 4）當(dāng)=/2 時(shí)，晶閘管電流的有效值、導(dǎo)通角和電源側(cè)功率因數(shù)。共五十七頁1）控制角范圍。當(dāng)功率為零時(shí)，每個晶閘管必須在電源外加正向電壓降到零的瞬間開通(kitng)，這時(shí)沒有電流流過。因此若要P=0時(shí)，則應(yīng)使觸發(fā)