電力電子重點

1、電力電子重點P50例3-1 P122例5-1 P124例5-3 習題P95第三題1-1 .電力電子技術就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的 技術。電力變換通常可分為四大類，即交流變直流，直流變交流，直流變 直流，交流變交流。通常把電力電子技術分為電力電子器件制造技術和交流技術兩個 分支。工作在開關狀態(tài)時一般需要安裝散熱器。對于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極。晶閘管正常工作時的特性：當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都 不會導通。(2)當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管 才能開通。晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否 還存在，晶閘

2、管都保持導通。若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用 使流過晶閘管的電流降低到零的某一數(shù)值以下。通常取晶閘管的U網(wǎng)和Urrm中較小的標值作為該器件的額定電壓。對同一晶閘管來說，通常II約為Ih的24倍。晶閘管的派生器件：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導晶閘管，光控 晶閘管。10.單相橋式全控整流電路：帶電阻負載的工作情況晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為亨U2和扳U2。整流電壓平均值：Ud=0.9U2 1 +(2)帶阻感負載的工作情況整流電壓平均值：U0.9U2cos a晶閘管移相范圍為090波形 P49 圖 3-6 ud，id，i2單相全波可控整流電路：(1)計算公式 帶

3、電阻負載整流電壓平均值：U0.9U21 + ；sa帶阻感負載整流電壓平均值：U0.9U2Cos a波形 P51 圖 3-10 b) ud，i1三相半波可控整流電路:電流由一個二極管向另一個二極管轉(zhuǎn)移， 稱這些交點為自然換相點。自然換相點是各相晶閘管能觸發(fā)導通的最 早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角a的起點，即a =0。三相橋式全控整流電路：帶電阻負載a =60時的波形P59圖3-21 Ud，UvT1帶阻感負載時：三相橋式全控整流電路a角移相范圍為0 90。帶阻感負載或帶電阻負載a W60。時，U234U2Cosa(4)變壓器二次電流有效值I2=0.816Id電力電子裝置消耗無功功率對公用電網(wǎng)的

4、不利影響：無功功率會導致電流增大和視在功率增加，導致設備容量增加。無功功率增加，會使總電流增加，從而使設備和線路的損耗增加。 無功功率使線路壓降增大，沖擊性無功負載還會使電壓劇烈波動。雙反星形電路的應用場合是低電壓大電流。有源逆變電路常用于直流可逆調(diào)速系統(tǒng)，交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動 機串級調(diào)速以及高壓直流輸電等方面。產(chǎn)生逆變的條件：要有直流電動勢，其極性需和晶閘管的導通方向一致，其值應大 于變流器直流側(cè)的平均電壓。(2)要求晶閘管的控制角n，使U為負值。2 d兩者必須同時具備才能實現(xiàn)有源逆變。必須指出，半控橋或有續(xù)流二 極管的電路，因其整流電壓不能出現(xiàn)負值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn) 負極性的電動勢，故不

5、能實現(xiàn)有源逆變。欲實現(xiàn)有源逆變，只能采用 全控電路。逆變運行時，一旦發(fā)生換相失敗，外界的直流電源就會通過晶閘 管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順 向串聯(lián)。由于逆變電路的內(nèi)阻很小，就會形成很大的短路電流，這種 情況成為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。最小逆變角8般取3035。19.當交流側(cè)接在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時，稱為有源逆變；當交流側(cè)直接和負載連接時，稱為無源逆變。電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程稱為換流，也叫換相。換流方式有以下幾種：器件換流，電網(wǎng)換流，負載換流，強迫換 流。逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓 源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)

6、是電流源的稱為電流型逆變電路。電壓型逆變電路的特點：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側(cè)電壓 基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。(2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并 且與負載阻抗角無關。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況 的不同而不同。(3)當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無 功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆 變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。24 .斬波電路有三種控制方式：保持開關周期T不變，調(diào)節(jié)開關導通時間tom，稱為脈沖寬度調(diào)制 或脈沖調(diào)寬型。保持開關導通時間t不變，調(diào)節(jié)開關周期T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)

7、om頻型。(3) t和T都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型。 om個控制周期中電源側(cè)的電流脈波數(shù)稱為斬波電路的相數(shù)。負載電流脈波數(shù)稱為斬波電路的重數(shù)。帶隔離的直流-直流變流電路分為單端和雙端電路兩大類。26.在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便的調(diào) 節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。以交流電的周期 為單位控制晶閘管的通斷，改變通態(tài)周期數(shù)和斷態(tài)周期數(shù)的比，可以 方便的調(diào)節(jié)輸出功率的平均值，這種電路成為交流調(diào)功電路。如果并 不著意調(diào)節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要接通或斷開電路，則串入 電路中的晶閘管為交流電力電子開關。電網(wǎng)頻率為50HZ時，交-交變 頻電路的輸出上限頻率約為

8、20HZ。三相交-交變頻電路主要有兩種接線方式，即公共交流母線進線方 式和輸出星形聯(lián)結(jié)方式。矩陣式變頻電路所用的開關器件為18個，電路結(jié)構復雜，成本較 高，控制方法還不算成熟。此外，其輸出輸入最大電壓比只有0.866, 用于交流電動機調(diào)速是輸出電壓偏低。29.PWM控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術。即通過對一系列 脈沖的寬度經(jīng)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形。在PWM控制電路中，載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比N= f稱 為載波比。載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào) 制。載波比N等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式 稱為同步調(diào)制。在正弦波和三角波的自然交點時刻控制

9、功率開關器件的通斷，這 種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法。不用正弦波，而采用梯形波作為調(diào)制信號，可以有效地提高直流 電壓利用率。PWM波形的生成方法有：計算法，調(diào)制法，跟蹤控制方法。通過對PWM整流電路的適當控制，可以使其輸入電流非常接近正 弦波，且和輸入電壓同相位。功率因數(shù)近似為1。這種整流電路也可 以稱為單位功率因數(shù)變流器，或高功率因數(shù)整流器。為了使PWM整流電路在工作時功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電 流為正弦波且和電壓同相位，可以有很多中控制方法。根據(jù)有沒有引 入電流反饋可以將這些控制方法分為兩種,沒有引入交流電流反饋的 稱為間接電流控制，引入交流電流反饋的稱為直流電流控制。36.

10、通過在開關過程前后引入諧振，使開關通前電壓先降到零，關 斷前電流先降到零，就可以消除開關過程中電壓、電流的重疊，降低 他們的變化率，從而大大減小甚至消除開關損耗。同時，諧振過程限 制了開關過程中電壓和電流的變化率，這使得開關噪聲也顯著減小。 這樣的電路被稱為軟開關電路，而這樣的開關過程也被稱為軟開關。軟開關電路可分成準諧振電路、零開關PWM電路、零轉(zhuǎn)換PWM電 路。準諧振電路可分為零電壓開關準諧振電路、零電流開關準諧振電 路、零電壓開關多諧振電路、用于逆變器的諧振直流環(huán)。39.使電力MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動電壓一般取1015V,使 IGBT開通的柵射極間驅(qū)動電壓一般取1520V。電力電子

11、裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓 兩種。外因過電壓主要來自操作過電壓和雷擊過電壓，內(nèi)因過電壓主 要來自換相過電壓和關斷過電壓。抑制外因過電壓的措施中，采用RC過電壓抑制電路是最為常見的。采用雪崩二極管，金屬氧化物壓 敏電阻，硒堆和轉(zhuǎn)折二極管等來限制或吸收過電壓。過電流分過載和短路兩種情況，其保護措施常有：快速熔斷器、 直流快速斷路器、過電流繼電器。42緩沖電路為吸收電路，關斷緩沖電路又稱為du / dt抑制電路，開 通緩沖電路又稱為di/ dt抑制電路。43.當需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法連接。44 .不間斷斷電源是當交流輸入電源發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù) 向負載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負載供電