電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)

電力電子技術(shù)2010年——2011年度復(fù)習(xí)導(dǎo)論1電力電子的特點(diǎn)是以微信號(hào)控制大功率2電力電子變流技術(shù)是利用電力電子器件組成的電路來(lái)改變電能形式的一項(xiàng)技術(shù)3電力電子器件從本質(zhì)上講是一種電氣開(kāi)關(guān)4開(kāi)關(guān)變流電路可以進(jìn)行整流和逆變，并且對(duì)電壓、電流或頻率進(jìn)行控制，這都取決于開(kāi)關(guān)的控制模式（開(kāi)關(guān)模式分類(lèi)：相位控制——相控——通過(guò)改變控制角α來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；斬波控制——斬控——通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)改變波形調(diào)節(jié)輸出電壓或電流）5斬波控制又稱(chēng)為脈寬調(diào)制，分對(duì)三相電路分類(lèi)為：180度導(dǎo)通型和120度導(dǎo)通型6120度導(dǎo)通：如果三相橋式逆變電路的上橋臂開(kāi)關(guān)K1、K3、K5以相隔120度的順序依次導(dǎo)通，下橋臂開(kāi)關(guān)K2、K4、K6也以120度的間隔順序?qū)?，各個(gè)相鄰序號(hào)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通相隔60度7180度導(dǎo)通：如果每相上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)各導(dǎo)通180度，A、B、C三相的開(kāi)關(guān)錯(cuò)開(kāi)120度，這樣相鄰序號(hào)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通間隔仍為60度電力電子器件8電力電子器件是建立在半導(dǎo)體原理基礎(chǔ)上的，能承受較高的電壓和電流，主要工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此也簡(jiǎn)稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)”9電力電子器件的特點(diǎn)：他可以用小信號(hào)控制器件的通斷，從而控制大功率電路的工作狀態(tài)，這意味著器件有很高的放大倍數(shù)，他工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)有較低的通態(tài)順耗，提高變流電路效率10電力電子器件分類(lèi)Ⅰ：（按電力電子開(kāi)關(guān)器件的可控性分）不控型器件、半控型器件、全控型器件11電力電子器件分類(lèi)Ⅱ：（從器件對(duì)驅(qū)動(dòng)/觸發(fā)信號(hào)的要求分）電流型驅(qū)動(dòng)、電壓型驅(qū)動(dòng)12半控型器件和全控型器件統(tǒng)稱(chēng)為可控開(kāi)關(guān)；產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的電路稱(chēng)為觸發(fā)電路（晶閘管系列）或驅(qū)動(dòng)電路（全控型器件）13電力二極管結(jié)構(gòu)：在P型半導(dǎo)體上焊接的引出線(xiàn)為陽(yáng)極A，在N型半導(dǎo)體上引出線(xiàn)為陰極K14電力二極管的兩種偏置：正偏（當(dāng)二極管接正向電壓，即陽(yáng)極A接電源正極，陰極K接電源負(fù)極）二極管導(dǎo)通電阻很小，Si管壓降約0.7V；反偏（當(dāng)二極管接反向電壓時(shí)，即陽(yáng)極A接電源負(fù)極，陰極K接電源正極）二極管截止，反向電阻很大15二極管的伏安特性：當(dāng)施加在二極管上的電壓大于UTO（門(mén)檻電壓Si約為0.5V），二極管導(dǎo)通，其正向電流IA取決于外電阻R；當(dāng)二極管受反向電壓時(shí)，二極管僅有很小的反向漏電流（反向飽和電流），當(dāng)反向電壓超過(guò)二極管所能承受的最高反向電壓UB（擊穿電壓）時(shí)，將發(fā)生“雪崩現(xiàn)象”（二極管被反向擊穿，失去反向阻斷能力，反向電流急劇增大）16電力二極管的主要參數(shù)：額定電壓（最高反向重復(fù)峰值電壓）URRM——能夠反復(fù)施加在二極管上，二極管不會(huì)被擊穿的最高反向重復(fù)峰值電壓，等于擊穿電壓UB的三分之二，即UN=URRM或2~3UD；額定電流(通態(tài)平均電流）IAV——二極管在規(guī)定的管殼溫度下，能夠通過(guò)工頻50HZ正弦半波電流的平均值17反向電壓來(lái)衡量二極管的承受最高電壓能力；通過(guò)工頻交流正弦半波電流的平均值來(lái)衡量二極管的電流能力18晶閘管的結(jié)構(gòu)：他是四層三端器件，最上層P1引出陽(yáng)極A，最下層N2引出陰極K，在第三層P2引出門(mén)極（控制極）G19晶閘管的工作原理：晶閘管的四層P1、N1、P2、N2構(gòu)成了J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)，若門(mén)極G開(kāi)路無(wú)控制信號(hào)時(shí)，給晶閘管加正向電壓時(shí)，J2反偏，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通，給晶閘管加反向電壓時(shí)，J1、J3反偏，晶閘管也不會(huì)導(dǎo)通，即門(mén)極沒(méi)有給控制信號(hào)時(shí)，無(wú)論給晶閘管加正向或反向電壓，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通，一直處于關(guān)斷狀態(tài)；若給晶閘管加正向電壓的同時(shí)，在門(mén)極和陰極之間加正的控制信號(hào)或脈沖，晶閘管就可能會(huì)導(dǎo)通20晶閘管的伏安特性：若門(mén)極不給觸發(fā)信號(hào)，外加正向電壓，當(dāng)大于轉(zhuǎn)折電壓Ubo的時(shí)候，二極管被正向擊穿；若給門(mén)極觸發(fā)信號(hào)，且陽(yáng)極電流大于擎柱電流時(shí)，和電力二極管正向特性相似，當(dāng)晶閘管導(dǎo)通后逐漸減小陽(yáng)極電流，當(dāng)小于維持電流之后，晶閘管就會(huì)關(guān)斷；晶閘管的反向特性與電力二極管相似21?晶閘管的導(dǎo)通條件：晶閘管受正向電壓，并且有一定強(qiáng)度（大小和持續(xù)時(shí)間）的正觸發(fā)脈沖，而且晶閘管導(dǎo)通后陽(yáng)極電流要大于擎柱電流IL22?晶閘管的關(guān)斷條件：晶閘管受反向電壓，或陽(yáng)極電流下降到維持電流IH以下23晶閘管的主要參數(shù)：額定電壓——一般取斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM中較小的一個(gè),即UN=2~3min（UDRM，URRM）；額定電流（通態(tài)平均電流）IAV——他是在環(huán)境溫度為40度和在規(guī)定冷卻條件下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)，晶閘管允許流過(guò)的最大正弦半波電流的平均值。（通過(guò)晶閘管正弦半波電流平均值IAV=Im/π；正弦半波電流的有效值IT=Im/2；IT=1.57IAV）即IN=1.5~2IAV=1.5~2IT/1.5724電力晶閘管GTR的輸出特性：（根據(jù)基極驅(qū)動(dòng)情況分）截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)，GTR一般工作在截止區(qū)（關(guān)）和飽和區(qū)（開(kāi)）25電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)：源極S、漏極D、柵極G26絕緣柵雙極型晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)：門(mén)極G、集電極C、發(fā)射極E（為防止IGBT發(fā)生擎柱效應(yīng)，需要慢關(guān)斷技術(shù)）27電氣隔離的方法分類(lèi)：脈沖變壓器的磁隔離、光耦器件的光隔離28?緩沖電路（吸收電路）的作用及其優(yōu)缺點(diǎn)：作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電壓和過(guò)電流及du/dt、di/dt，同時(shí)減小器件的開(kāi)關(guān)損耗；優(yōu)點(diǎn)是在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，限制了du/dt、di/dt，使得器件電壓電流不能突變，從而避免了大電流，高電壓的同時(shí)短暫重疊，使開(kāi)關(guān)損耗減??；缺點(diǎn)是雖然器件開(kāi)關(guān)損耗減小了，但是總體的損耗并未減小29電力電子器件的串聯(lián)可以提高電壓能力，但需要注意均壓?jiǎn)栴}；通過(guò)并聯(lián)可以提高電流能力，但需要注意均流能力30串聯(lián)晶閘管的均壓分類(lèi)：靜態(tài)均壓（在各晶閘管上并聯(lián)相同阻值的電阻）、動(dòng)態(tài)均壓（在管子上并聯(lián)電阻電容電路，利用電容限制開(kāi)關(guān)時(shí)電壓的變化速度）交流—直流變換整流器31控制角：從晶閘管開(kāi)始承受正向電壓到他施加觸發(fā)脈沖的這段時(shí)間，通常用電角度α表示32單相半波可控整流電路的參數(shù)：電阻負(fù)載時(shí)：Ud=0.225U2（1+cosα）α∈[0,π]Id=Ud/RU額=2~3√2U2I額=1.5~2（θ/2π）IdPin=U2*Id33單相橋式全控整流電路的參數(shù)：電阻負(fù)載時(shí)：Ud=0.45U2（1+cosα）α∈[0,π]Id=Ud/R=2IdVTU額=2~3√2U2I額=1.5~2IVT/1.57Pin=U2*√2IVT電阻大電感時(shí)：Ud=0.9U2cosαα∈[0,π/2]Id=Ud/R=2IdVT=√2IVT=I2U額=2~3√2U2I額=1.5~2IVT/1.57Pin=Ud*Id34單相橋式半控整流電路的“失控現(xiàn)象”避免辦法：在負(fù)載兩端并聯(lián)反向連接的續(xù)流二極管VD35單相全波可控整流電路的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，器件少；缺點(diǎn)是輸出功率小，脈動(dòng)大36三相半波可控整流電路的參數(shù)：電阻負(fù)載時(shí)：Ud=1.17U2cosαα∈[0,π/6]Ud=0.675U2[1+cos(α+π/6)]α∈[π/6,5π/6]Id=Ud/RU額=2~3√6U2I額=1.5~2IVT/1.57電阻大電感負(fù)載時(shí)：Ud=1.17U2cosαα∈[0,π/2]Id=Ud/R=√3I2=√3IVT37三相橋式可控整流電路采用的是順相序觸發(fā)：各個(gè)晶閘管按序號(hào)一個(gè)一個(gè)順序觸發(fā)，兩次觸發(fā)脈沖間隔60度38?三相橋式可控整流電路的參數(shù)：電阻負(fù)載時(shí)：Ud=2.34U2cosαα∈[0,π/3]Ud=2.34U2[1+cos(α+π/3)]α∈[π/3,2π/3]Id=Ud/R=√3IVTU額=2~3√6U2I額=1.5~2IVT/1.57電阻大電感負(fù)載時(shí)：Ud=2.34U2cosαα∈[0,π/2]功率因素λ=0.96cosαId=√3IVTU額=2~3√6U2I額=1.5~2IVT/1.57第四章直流—直流變換直流斬波器39直流降壓斬波電路：Ud=αE40直流升壓斬波電路：Ud=E/（1-α）41直流升降壓斬波電路：Ud=αE/（1-α）當(dāng)α∈[0,0.5]時(shí)，是降壓電路；當(dāng)α∈[0.5,1)時(shí)，是升壓電路42載波：鋸齒波和三角波43調(diào)制波（控制波）：脈寬控制信號(hào)44單極性調(diào)制：載波沒(méi)有負(fù)值45雙極性調(diào)制：載波有正負(fù)值，控制信號(hào)可以是正負(fù)直流46鋸齒波的周期：T=（0.7RT+3RD）CT第五章直流—交流變換逆變器47PWM控制方式有：?jiǎn)螛O性調(diào)制、雙極性調(diào)制、等寬脈沖、正弦脈寬調(diào)制48SPWM調(diào)制原理:面積相等原理（沖量等效原理）49脈寬調(diào)制PWM：如果矩形脈沖是等高不等寬的脈沖序列50脈幅調(diào)制PAM（脈沖幅度調(diào)制）：如果矩形脈沖是等寬不登高的脈沖序列51單極性SPWM調(diào)制:是以三角波或鋸齒波作為載波uc，以正弦波作調(diào)制波ur；在調(diào)制波的正半周，以正的載波調(diào)制，在調(diào)制波的負(fù)半周，以負(fù)的載波調(diào)制，載波只有正或負(fù)的單一極性52輸出交流的調(diào)頻調(diào)壓控制：脈沖的寬度隨調(diào)制波ur的幅值變化而變化，交流輸出電壓的頻率隨調(diào)制波ur的頻率變化而變化53調(diào)制比M：調(diào)制波幅值ur與載波幅值uc之比,改變他可以調(diào)節(jié)輸出交流電壓M=urm/ucm54載波比N：載波頻率fc與調(diào)制波頻率fr之比，他決定了一周期中組成輸出交流電的脈沖個(gè)數(shù)N=fc/fr55雙極性調(diào)制的高靈敏度:如果載波比N足夠大，調(diào)制比M≤1，則基波電壓幅值U1m≈M*Ud，輸出交流電壓有效值為U01=0.707M*Ud，而采用180度方波調(diào)制時(shí)輸出交流電壓基波有效值可以達(dá)到U01=0.9Ud56PWM調(diào)制優(yōu)點(diǎn)之一：在輸出電壓中可以消除N-2次以下的諧波57PWM調(diào)制的兩種方式：（根據(jù)載波比的情況分）異步調(diào)制、同步調(diào)制58異步調(diào)制：載波頻率fc保持不變，而調(diào)制波頻率fr可調(diào)，N也隨之變化（低頻可用，在高頻段，載波比較低脈沖個(gè)數(shù)少，不對(duì)稱(chēng)）59同步調(diào)制：載波比N保持不變，載波頻率fc隨調(diào)制波頻率fr變化而變化（全頻可用，高頻最優(yōu)，在低頻段，脈沖個(gè)數(shù)較少，輸出含有較多的低次諧波）60分段同步調(diào)制：將交流輸出頻率劃分為若干段，各輸出頻率段內(nèi)，采用同步調(diào)制方法，保持載波比不變，在各段之間，低頻段輸出時(shí)，采用較高的載波比，在高頻段時(shí)，采用較低的載波比61SPWM控制的數(shù)字化生成方法：自然采樣法（直接計(jì)算交點(diǎn)）、規(guī)則采樣法62規(guī)則采樣法原理：固定在三角波的谷底時(shí)刻tp采樣正弦波ur的值，并以此值計(jì)算與三角波兩條邊的交點(diǎn)時(shí)刻tA和tB，時(shí)刻tA和tB是驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開(kāi)關(guān)時(shí)間第六章交流—交流變換交流調(diào)壓和變頻63交流調(diào)壓電路的方式：晶閘管的相控、全控器件的斬控64相控式單相交流調(diào)壓參數(shù)：電阻負(fù)載時(shí)：Uo=U1√[（sin2α/2π）+（π-α）/π）]Io=Uo/R=√2IVT功率因素λ=√[（sin2α/2π）+（π-α）/π）]U額=2~3√2U1I額=1.5~2IVT/1.57感性負(fù)載時(shí)：當(dāng)φ≤α≤π時(shí)，可以調(diào)壓；當(dāng)0≤α≤φ時(shí)，盡管改變?chǔ)?，但輸出均不變化，因此交流調(diào)壓RL負(fù)載晶閘管的有效移相范圍是α∈[φ,π]65?余弦交點(diǎn)法：他的目標(biāo)是使交交變頻器的輸出電壓基本為正弦波，工作原理是——Ur是調(diào)制波，實(shí)際輸出的交流電Uo是由電源線(xiàn)線(xiàn)電壓Uab等的各個(gè)片段組成，在換流點(diǎn)C以前，Ur—Uab＜Uac—Ur，在C點(diǎn)兩者相等，在C點(diǎn)以后，前者大于后者，則在C點(diǎn)應(yīng)是從Uab切換到Uac片段的換流時(shí)刻，并且換流點(diǎn)C的軌跡是Uta=（Uab+Uac）/2第七章軟開(kāi)關(guān)變換技術(shù)66電力電子器件的損耗：通態(tài)損耗、開(kāi)關(guān)損耗67開(kāi)關(guān)=軟開(kāi)關(guān)（零開(kāi)關(guān)（零電壓開(kāi)通/零電流關(guān)斷）、軟開(kāi)通/軟關(guān)斷）、硬開(kāi)關(guān)68零電壓開(kāi)通ZVS：在電力電子器件開(kāi)通的過(guò)程中，采取措施使得器件端電壓下降為0后才驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件，使電流上升，在電流建立的過(guò)程中，因?yàn)殡妷簽?，開(kāi)通損耗為069零電流關(guān)斷ZCS:在電力電子器件關(guān)斷的過(guò)程中，采取措施使得器件電流下降為0后，才撤除驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這時(shí)器件內(nèi)阻增加，端電壓上升，管子關(guān)斷，在電壓上升的過(guò)程中因?yàn)殡娏鳛?,關(guān)斷損耗亦為070軟開(kāi)通：如果在電力電子器件開(kāi)通過(guò)程中，使得端電壓較快下降或限制電流上升率，以減小開(kāi)通損耗71軟關(guān)斷：如果在電力電子器件關(guān)斷過(guò)程中，使得電流下降時(shí)保持器件仍有較低的端電壓，以減小關(guān)斷損耗72軟開(kāi)關(guān)的原理：諧振原理，利用LC諧振時(shí)的電壓過(guò)零或電流過(guò)零，使開(kāi)關(guān)在零電壓或零電流狀態(tài)下通斷，減小開(kāi)關(guān)損耗第八章交流電路的組合73相控整流電路串并聯(lián)的目的：提高輸出電壓和電流，或改善輸出的波形74帶隔離變壓器的DC/DC變換電路分類(lèi)：?jiǎn)味穗娐罚▎味俗儞Q器變壓器磁通只在一個(gè)方向上變化，正激、反激電路屬于單端電路）、雙端電路（雙端變換器變壓器磁通做正反方向變化，半橋、全橋電路屬于雙端電路）75單端正激變換器輸出電壓：Uo=(ton*N2*Ud)/(T*N1)=α*k*Ud76單端反激變換器輸出電壓：Uo=（α*N2*Ud）/[(1-α)*N1]77雙端半橋式變換器輸出電壓：Uo=αN2Ud/N178雙端全橋式/推挽式變換器輸出電壓：Uo=2αN2Ud/N1第九章電力電子裝置的諧波和功率因素79描述波形的各種方法和頻譜：有效值：A=√（A02+A12+A22+……）A1m=√2A1波形因素