電力電子技術(shù)總結(jié)復(fù)習(xí)

電力電子裝置及器件的保護

過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護過電流保護

緩沖電路（SnubberCircuit）過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護電力電子裝置可能的過電壓

外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因

(1)

操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作

引起

(2)

雷擊過電壓：由雷擊引起過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程

(1)換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。

(2)關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。過電壓保護措施圖2-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路

電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見，典型聯(lián)結(jié)方式見圖。圖RC過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式a)單相b)三相RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。過電壓保護大容量電力電子裝置可采用圖所示的反向阻斷式RC電路反向阻斷式過電壓抑制用RC電路

保護電路參數(shù)計算可參考相關(guān)工程手冊其他措施：用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)折二極管（BOD）等非線性元器件限制或吸收過電壓.過電壓保護過電流保護過電流——過載和短路兩種情況

常用措施（圖）

快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。

過電流保護措施及配置位置采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施。選擇快熔時應(yīng)考慮：(1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定。(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。(3)快熔的I2t值應(yīng)小于被保護器件的允許I2t值。(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性。過電流保護快熔對器件的保護方式：全保護和短路保護兩種全保護：過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護方式：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護作用。對重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件（很難用快熔保護），需采用電子電路進行過電流保護。常在全控型器件的驅(qū)動電路中設(shè)置過電流保護環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快。過電流保護緩沖電路緩沖電路（吸收電路）：抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。將關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起——復(fù)合緩沖電路。其他分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路作用分析無緩沖電路：V開通時電流迅速上升，di/dt很大。關(guān)斷時du/dt很大，并出現(xiàn)很高的過電壓。有緩沖電路：V開通時：Cs通過Rs向V放電，使iC先上一個臺階，以后因有Li，iC上升速度減慢。V關(guān)斷時：負(fù)載電流通過VDs向Cs分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形緩沖電路緒論什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展史電力電子技術(shù)的應(yīng)用

課程總結(jié)電力電子與信息電子14模擬電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)信息電子技術(shù)——信息處理

信號的產(chǎn)生、變換、處理、存儲、發(fā)送和接收問題電力電子技術(shù)——電力變換

電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)——使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。包括電力電子器件和電力電子變流技術(shù)信息電子器件即工作在開關(guān)狀態(tài)，也工作在放大狀態(tài)。電力電子器件為了減少損耗，工作在開關(guān)狀態(tài)。變換類型和控制方法相位控制和PWM控制分析方法和規(guī)律根據(jù)電源的換相和所用器件分析器件導(dǎo)通關(guān)斷條件，強迫換流，無功通路控制原則：有序均衡控制PWM等效假設(shè)法穩(wěn)態(tài)工作時伏秒平衡，能量守恒法

第2章電力電子器件2.1電力電子器件概述2.2功率二極管2.3晶閘管2.4典型全控型器件2.5其他新型電力電子器件

器件概述1.電力電子系統(tǒng)組成2.損耗分類3.器件分類電力電子系統(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及緩沖保護電路組成圖2-1電力電子器件在實際應(yīng)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2鎖閉電路能處理的電功率大，即器件承受電壓和電流的能力大。電力電子器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)。實用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。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，在其工作時一般都要安裝散熱器。

電力電子器件的特征主要損耗通態(tài)損耗：導(dǎo)通時器件上有一定的通態(tài)壓降斷態(tài)損耗：阻斷時器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過開關(guān)損耗：開通損耗：在器件開通的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的損耗關(guān)斷損耗：在器件關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的損耗

通常電力電子器件的斷態(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，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

電力電子器件的損耗

按照驅(qū)動電路加在器件控制端和公共端之間信號的性質(zhì)，分為兩類：電壓驅(qū)動(開關(guān)頻率高)、電流驅(qū)動（通態(tài)壓降低）電力電子器件的分類

按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況：單極性、雙極性和復(fù)合型按照器件能夠被控制電路信號所控制的程度，分為以下三類：不可控、半控和全控晶閘管1.晶閘管及其工作原理2.晶閘管的基本特性3.晶閘管的主要參數(shù)4.晶閘管的派生器件晶閘管的工作原理

幾點結(jié)論：具有單向?qū)щ娦?，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(dǎo)通。在承受正向電壓時，可通過門極控制開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。電流定額通態(tài)平均電流

ITa

——晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流在一個周期內(nèi)的平均值。稱為晶閘管的額定電流。

晶閘管的主要參數(shù)如何選擇晶閘管？

晶閘管電流定額可按下式計算選擇：

在實際應(yīng)用中，選擇晶閘管時，應(yīng)從額定電壓和額定電流兩方面共同計算選擇。

由于晶閘管承受瞬間過電壓能力較差，因此選擇晶閘管額定電壓時，應(yīng)留有充分的安全裕量，可按下式計算選擇：常用電力電子開關(guān)器件性能對比符號可控性驅(qū)動信號額定電壓、電流工作頻率飽和壓降二極管不可控?zé)o

最大有高有低小晶閘管半控脈沖電流（開通）最大最低中GTO全控正、負(fù)脈沖電流大較低小GTR全控正電流中中小IGBT全控正電壓較大較高小MOSFET全控正電壓小最高大BECBEC第三章晶閘管相控整流電路（重點）

3.1整流電路的構(gòu)成原理

3.2單相可控整流電路分析

3.3三相可控整流電路分析

3.4電容濾波不可控整流電路分析

3.5交流電源回路電感效應(yīng)

3.6全控變流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7諧波和無功功率分析基礎(chǔ)自然換相與自然換相點自然換相點:

在不可控整流電路中，整流管將按電源電壓變化規(guī)律自然換相，自然換相的時刻稱為自然換相點。控制角

：從自然換相點計起，到發(fā)出控制脈沖使晶閘管導(dǎo)通為止的時間間隔，以電角度表示，稱為控制角。

單相可控整流電路(重點)：

電阻負(fù)載

單相半波可控整流電路

阻感負(fù)載

單相可控整流電路

電阻負(fù)載

(工作過程、波形、

單相橋式全控整流電路阻感負(fù)載

反電動勢負(fù)載

數(shù)量關(guān)系)

阻感負(fù)載

單相橋式半控整流電路

反電動勢負(fù)載

阻感負(fù)載數(shù)量關(guān)系式只考慮WL>>R，情況，連續(xù)和斷續(xù)時工作狀態(tài)的不同阻感負(fù)載為了提高輸出電壓值加續(xù)流二極管半控電路加續(xù)流二極管可以防止失控阻感負(fù)載半控電路和加續(xù)流管的全控電路輸出電壓波形與電阻負(fù)載相同？三相可控整流電路（重點）：

電阻負(fù)載

三相半波可控整流電路阻感負(fù)載

反電動勢負(fù)載

三相可控整流電路

(工作過程、波形、

數(shù)量關(guān)系)

電阻負(fù)載

三相橋式全控整流電路

阻感負(fù)載

三相可控整流電路電阻、阻感負(fù)載都有斷續(xù)連續(xù)之分三相橋式全控整流電路每60換相（器件得到觸發(fā)脈沖）一次，順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。共陰極組VT1、VT3、VT5的換相依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2換相也依次差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，換相相差180。uabuacubcubaucaucb三相橋式全控整流電路--電阻負(fù)載

=01、電路特點2、控制角起始位置選取3、換相特點4、分析方法

三相橋式全控整流電路二.電阻負(fù)載連續(xù)斷續(xù)三相橋式全控整流

電路--阻感負(fù)載

=9003.4電容濾波不可控整流電路3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路3.4.2電容濾波的三相不可控整流電路整流電路的諧波和功率因數(shù)

3.7.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)

3.7.2帶阻感負(fù)載時可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

3.7.3電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

3.7.4整流輸出電壓和電流的諧波分析3.7許多電力電子裝置要消耗無功功率，會對公用電網(wǎng)帶來不利影響。電力電子裝置還會產(chǎn)生諧波，對公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害。諧波和無功功率對電網(wǎng)和負(fù)載的影響整流電路的諧波和功率因數(shù)3.7非正弦電路的有功功率

設(shè)正弦波電壓有效值為U，畸變電流有效值為I，基波電流有效值及與電壓的相位差分別為I1和j

1。這時有功功率為：P=UI1

cos

j

1

功率因數(shù)為：

基波因數(shù)——n

=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比

位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）——cos

j

1可見，功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素共同決定的。諧波和無功功率分析基礎(chǔ)

3.7.1交流電源回路電感效應(yīng)換相重疊角定義：換相過程持續(xù)的時間，用電角度g表示電源回路電感對整流電路影響的一些結(jié)論:出現(xiàn)換相重疊角g

，整流輸出電壓平均值Ud降低整流電路的工作狀態(tài)增多晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的安全開通

有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。3.6全控整流電路的有源逆變工作狀態(tài)1.逆變的概念2.三相橋式變流器逆變工作狀態(tài)3.逆變失敗與最小逆變角的限制3.逆變產(chǎn)生的條件逆變的概念單相全波電路的整流單相全波電路的逆變逆變角b有源逆變產(chǎn)生的條件⑴外部條件：變流器直流側(cè)應(yīng)有直流電動勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流平均電壓。⑵內(nèi)部條件：控制角使變流器輸出電壓Ud<0。逆變失敗與最小逆變角的限制什么是逆變失?。孀冾嵏玻?逆變失敗的原因是什么?如何確定最小逆變角bmin

bmin=d+g+q′

變流器為逆變工作狀態(tài)時，若發(fā)生換相失控，就會導(dǎo)致外接電動勢通過晶閘管形成短路，或者發(fā)生輸出平均電壓和外接電動勢順向串聯(lián)形成短路，這種情況稱為逆變失敗或稱為逆變顛覆。3.8晶閘管相控觸發(fā)電路3.8.1對相控觸發(fā)電路的基本要求3.8.2控制角a的移相控制方法3.8.3相控觸發(fā)電路的同步方式及輸出3.8.4單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路3.8.5垂直移相相控觸發(fā)電路舉例晶閘管相控觸發(fā)電路晶閘管門極驅(qū)動電路也稱為觸發(fā)電路；晶閘管通常采用相位控制方式。一般晶閘管變流電路的控制框圖一般晶閘管變流電路的控制框圖移相控制方法一般分為延時移相控制和垂直移相控制。3.8.2控制角a的移相控制方法第四章斬控調(diào)壓電路二.斬波器的工作原理一.概述三.直流斬波器的主要類型及電量分析四.復(fù)合斬波電路和多重多相斬波電路

本章介紹了4種基本斬波電路，其中最基本的是降壓斬波電路(BuckChopper)、升壓斬波電路(BoostChopper)和極性反轉(zhuǎn)型斬波器(Buck-Boost電路)兩種，對這兩種電路的理解和掌握是學(xué)習(xí)本章的關(guān)鍵和核心，也是學(xué)習(xí)其他斬波電路的基礎(chǔ)。因此，本章的重點是，掌握降壓斬波電路、升壓斬波電路、極性反轉(zhuǎn)型斬波器(Buck-Boost電路)的工作原理、數(shù)量關(guān)系。降壓斬波器升壓斬波器升降壓斬波器直流斬波器分析幾點注意L和C的值都很大，保證C兩端的電壓基本不變，過L的電流基本不變。關(guān)系推導(dǎo)分析時將其過L電流和C兩端電壓兩者都視為常定值，實際工作時有小的脈動電路工作時分析的是穩(wěn)態(tài)，L與C中已經(jīng)儲存了一定量的能量。在一個周期內(nèi)兩者從電源吸收的能量等于釋放的能量。分析時所有的元件都是無損耗元件，電源提供的能量都被負(fù)載消耗

第五章晶閘管交流變換電路5.1交－交變頻器5.2相控交流調(diào)壓電路5.4其他交流電力控制電路5.3斬控交流調(diào)壓電路1.交－交變頻器交-交變頻器實際上是由晶閘管全控整流電路組合而成的交流電路，通過對各全控整流電路輸出電壓大小和方向的組合控制，使負(fù)載得到一個電壓和頻率可控的交流電。晶閘管交-交變頻電路的基本結(jié)構(gòu)、控制方式和基本工作原理單相交交變頻電路原理圖單相交-交變頻電路一.電路構(gòu)成和工作原理2、工作原理P組工作時，負(fù)載電流io為正N組工作時，io為負(fù)兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率wo改變變流電路的控制角a，就可以改變交流輸出電的幅值。單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形單相交-交變頻電路為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a角進行調(diào)制在半個周期內(nèi)讓P組a

角按正弦規(guī)律從90°減到0°或某個值，再增加到90°，每個控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個周期可對N組進行同樣的控制。

uo由若干段電源電壓拼接而成，在uo的一個周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波4、正弦波輸出交-交變頻器工作原理單相交-交變頻電路單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形三.實際工作波形考慮無環(huán)流工作方式下io過零的死區(qū)時間，一周期可分為6段：123456工作狀態(tài)

反組逆變死區(qū)正組整流正組逆變死區(qū)反組整流電流極性

io<0

io=0io>0io>0io=0io<0電壓極性

uo>0

——uo>0uo<0——

uo<02.交流電力控制電路交流電力控制電路的結(jié)構(gòu)

兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管就可控制交流電力交流電力控制電路的類型交流調(diào)壓電路:交流調(diào)功電路:交流電力電子開關(guān):每半個周波控制晶閘管開通相位，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷周期數(shù)的比，調(diào)節(jié)輸出功率的平均值并不著意調(diào)節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要接通或斷開電路。二．阻感負(fù)載1.阻感負(fù)載時a的移相范圍負(fù)載阻抗角：j=arctan(wL/R)若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1

的角度為j，當(dāng)用晶閘管控制

時，只能進行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。

a

=0時刻仍定為u1過零的時刻，a的移相范圍應(yīng)為

j≤a≤π單相交流調(diào)壓電路5.3斬控式交流調(diào)壓器斬控式交流調(diào)壓器特點

輸入、輸出都是交流電壓，調(diào)幅不調(diào)頻;

電力電子開關(guān)是雙向?qū)щ姷?。分?/p>

互補控制斬控式和非互補控制斬控式1.互補控制斬控式交流調(diào)壓器主電路結(jié)構(gòu)

S1、S2均為雙向電力電子開關(guān)，其中S1為斬波開關(guān)，S2為續(xù)流開關(guān)?；驹?/p>

通斷規(guī)律是：S1閉合S2斷開，S1斷開時S2閉合。即S1和S2的動作規(guī)律在時間上是互補的，所以稱為互補式控制方式。第六章逆變電路—交-直-交變頻電路基礎(chǔ)6.1變頻器的基本概念6.2電壓逆變器6.4PWM控制技術(shù)6.3電流逆變器6.5PWM整流器原理和控制方法1.變頻器的電路構(gòu)成2.變頻器的基本工作原理6.1變頻器的基本概念3.變頻器中逆變器的基本類型按直流輸入端濾波器分類電壓型逆變器電流型逆變器按電子開關(guān)的工作規(guī)律分類：三.逆變器中的電子開關(guān)1.逆變器對電子開關(guān)的要求：對正向電流既能控制開通，又能控制關(guān)斷。高開關(guān)速度和低能量損耗。有足夠的電壓和電流定額。提供滯后電流通路。實現(xiàn)負(fù)載與電源間的無功交換。電壓型逆變器采用逆導(dǎo)型電力電子開關(guān)。逆導(dǎo)型由單向?qū)щ婋娮娱_關(guān)與開關(guān)二極管反并聯(lián)而成。6.1變頻器的基本概念三.逆變器中的電子開關(guān)2.換流方式：電流從一個支路向另一個支路轉(zhuǎn)移的過程，也稱換相。分為器件換流、電網(wǎng)換流、負(fù)載換流和強迫換流四種。后三種用于晶閘管電路。6.1變頻器的基本概念器件換流原理圖（1）180°導(dǎo)電方式

每個器件導(dǎo)電180°，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各組器件開始導(dǎo)電的角度差120°

任一瞬間有三個橋臂同時導(dǎo)通每次換流都是在同一相上下兩開關(guān)之間進行，也稱為縱向換流三相橋式電壓型逆變器-控制方式晶閘管區(qū)間00~600~1200~1800~2400~3000~3600VT1導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通╳╳╳VT2╳導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通╳╳VT3╳╳導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通╳VT4╳╳╳導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通VT5導(dǎo)通╳╳╳導(dǎo)通導(dǎo)通VT6導(dǎo)通導(dǎo)通╳╳╳導(dǎo)通

每器件導(dǎo)電180°同一相上下兩開關(guān)交替導(dǎo)電