《电力电子技术》复习提纲

-1-《电力电子技术》期末复习提纲绪论1电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。2电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC-AC：逆变（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制3电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。第1章电力电子器件3电力电子系统基本组成一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。4电力电子器件的分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如S晶闸管。（2）全控型器件：如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。5半控型器件—晶闸管（大功率半导体变流器件）阳极A、阴极K、门极G组成晶闸管的导通条件：1.主电路加正向电压2.控制电路加合适的正向电压6.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。7.当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。8.晶闸管的测量:万用表R*1档GTO（门极可关断晶闸管）（1）GTO与普通晶闸管的相同点：是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。（2）当GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。（3）GTO导通后，若门极施加反向驱动电流，则GTO关断，也即可以通过门极电流控制GTO导通和关断。GTR（大功率晶体管）与普通晶体管相似B（基极）c、e电力场效应晶体管MOSFET绝缘栅双极晶体管IGBT（1）GTR和GTO是双极型电流驱动器件，其优点是通流能力强，耐压及耐电流等级高，但不足是开关速度低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。（1）IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。（2）IGBT由MOSFET和GTR组合而成。第2章整流电路（1）整流电路定义：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。单相半波可控整流电路（4）触发角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。（7）几个定义①“半波”整流：改变触发时刻，du和di波形随之改变，直流输出电压du为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在2u正半周内出现，因此称“半波”整流。②单相半波可控整流电路：如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，因此为单相半波可控-2-整流电路。电力电子电路的基本特点及分析方法（1）电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性电路。（2）电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过程时，可以将器件理想化，看作理想开关，即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况（1）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图①由4个晶闸管（VT1~VT4）组成单相桥式全控整流电路。②VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成一对桥臂。（2）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图①~0：VT1~VT4未触发导通，呈现断态，则0du、0di、02i。2VTVT41uuu，2VTVT2141uuu。②~：在角度时，给VT1和VT4加触发脉冲，此时a点电压高于b点，VT1和VT4承受正向电压，因此可靠导通，041VTVTuu。电流从a点经VT1、R、VT4流回b点。2duu，d2ii，形状与电压相同。③)(~：电源2u过零点，VT1和VT4承受反向电压而关断，2VTVT2141uuu（负半周）。同时，VT2和VT3未触发导通，因此0du、0di、02i。④2~)(：在)(角度时，给VT2和VT3加触发脉冲，此时b点电压高于a点，VT2和VT3承受正向电压，因此可靠导通，03VTVT2uu。VT1阳极为a点，阴极为b点；VT4阳极为a点，阴极为b点；因此2VTVT41uuu。-3-电流从b点经VT3、R、VT2流回b点。2duu，d2ii。（3）全波整流在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此该电路为全波整流。（4）直流输出电压平均值2cos19.02cos122)(sin21222dUUttdUU（5）负载直流电流平均值2cos19.02cos122R22ddRURUUI（6）晶闸管参数计算①承受最大正向电压：)2(212U②承受最大反向电压：22U③触发角的移相范围：0时，2d9.0UU；o180时，0dU。因此移相范围为o180。④晶闸管电流平均值：VT1、VT4与VT2、VT3轮流导电，因此晶闸管电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即2cos145.0212ddVTRUII。带阻感负载的工作情况（1）单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图（2）单相桥式全控整流电路带阻感负载时的波形图-4-分析时，假设电路已经工作于稳态下。假设负载电感很大，负载电流不能突变，使负载电流di连续且波形近似为一水平线。①~：在角度时，给VT1和VT4加触发脉冲，此时a点电压高于b点，VT1和VT4承受正向电压，因此可靠导通，041VTVTuu。电流从a点经VT1、L、R、VT4流回b点，2duu。di为一水平线，2dVT1,4iii。VT2和VT3为断态，02,3VTi②)(~：虽然二次电压2u已经过零点变负，但因大电感的存在使VT1和VT4持续导通。041VTVTuu，2duu，2dVT1,4iii，02,3VTi。③2~)(：在)(角度时，给VT2和VT3加触发脉冲，此时b点电压高于a点，VT2和VT3承受正向电压，因此可靠导通，03VTVT2uu。由于VT2和VT3的导通，使VT1和VT4承受反向电压而关断01,4VTi。VT1阳极为a点，阴极为b点；VT4阳极为a点，阴极为b点；因此2VT1,4uu。电流从b点经VT3、L、R、VT2流回b点，2duu。di为一水平线，2dVT2,3iii。④)2(~2：虽然二次电压2u已经过零点变正，但因大电感的存在使VT2和VT3持续导通。032VTVTuu，2VT1,4uu，2duu，2dVT2,3iii，01,4VTi。（3）直流输出电压平均值cos9.0cos22)(sin21222dUUttdUU（4）触发角的移相范围0时，2d9.0UU；o90时，0dU。因此移相范围为o90。（5）晶闸管承受电压：正向：22U；反向：22U三相可控整流电路三相半波可控整流电路电阻负载（1）三相半波可控整流电路带电阻负载时的原理图-5-①变压器一次侧接成三角形，防止3次谐波流入电网。②变压器二次侧接成星形，以得到零线。③三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其所有阴极连接在一起，为共阴极接法。（2）三相半波不可控整流电路带电阻负载时的波形图将上面原理图中的三个晶闸管换成不可控二极管，分别采用VD1、VD2和VD3表示。工作过程分析基础：三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。①21~tt：a相电压最高，则VD1导通，VD2和VD3反压关断，auud。②32~tt：b相电压最高，则VD2导通，VD3和VD1反压关断，buud。③43~tt：b相电压最高，则VD2导通，VD3和VD1反压关断，buud。④按照上述过程如此循环导通，每个二极管导通o120。⑤自然换向点：在相电压的交点1t、2t、3t处，出现二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，这些交点为自然换向点。（3）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（o0）自然换向点：对于三相半波可控整流电路而言，自然换向点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻（即开始承受正向电压），该时刻为各晶闸管触发角的起点，即o0。-6-①21~tt：a相电压最高，VT1开始承受正压，在1t时刻触发导通，01VTu，而VT2和VT3反压关断。auud，RuiiddVT1。②32~tt：b相电压最高，VT2开始承受正压，在2t时刻触发导通，02VTu，而VT3和VT1反压关断。bduu，01VTi，VT1承受a点-b点间电压，即abVT1uu。③43~tt：c相电压最高，VT3开始承受正压，在3t时刻触发导通，03VTu，而VT1和VT2反压关断。cduu，01VTi，VT1承受a点-c点间电压，即acVT1uu。（4）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（o30）-7-定义：1t时刻为自然换向点后o30，2t和3t时刻依次间距o120。①)90(~o11tt：a相电压最高，VT1已经承受正压，但在1t时刻（即o30）时开始触发导通，01VTu，而VT2和VT3反压关断。auud，RuiiddVT1。②2o1~)90(tt：虽然已到a相和b相的自然换向点，b相电压高于a相电压，VT2已经开始承受正压，但是VT2没有门极触发脉冲，因此VT2保持关断。这样，原来已经导通的VT1仍然承受正向电压（0au）而持续导通，01VTu，auud，RuiiddVT1。③32~tt：b相电压最高，VT2已经承受正压，2t时刻（即o30）时开始触发导通VT2，02VTu，这样VT1开始承受反压而关断。bduu，01VTi，VT1承受a点-b点间电压，即abVT1uu。④43~tt：c相电压最高，VT3已经承受正压，3t时刻（即o30）时开始触发导通VT3，03VTu，这样VT2开始承受反压而关断。cduu，01VTi，VT1承受a点-c点间电压，即acVT1uu。（5）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（o60）-8-定义：1t时刻为自然换向点后o60，2t和3t时刻依次间距o120。①)90(~o11tt：a相电压最高，VT1在1t时刻（即o60）时开始触发导通，即使过了自然换向点，但因VT2未导通及0au，而使VT1持续导通，01VTu，而VT2和VT3反压关断。auud，RuiiddVT1。②2o1~)90(tt：a相电压过零变负（0au），而使VT1承受反压关断，而VT2（未触发导通）和VT3仍为关断。0dVT1ii，0du。③32~tt及43~tt期间情况分别为VT2和VT3导通过程，与上述相同。（6）三相半波可控整流电路带电阻负载不同触发角工作时的情况总结①当o30时，负载电流处于连续状态，各相导电o120。②当o30时，负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电o120。③当o30时，负载电流处于断续状态，直到o150时，整流输出电压为零。④结合上述分析，三相半波可控整流电路带电阻负载时角的移相范围为o150，其中经历了负载电流连续和断续的工作过程。（7）数值计算①o30时，整流电压平均值（负载电流连续）：cos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU-9-当o0时，d