电力电子技术总复习

总复习o实验报告n时间：第8周周四下午n地点：逸夫楼1116o答疑时间：第8周周四下午（14:00）；第9周周二上午（9:00）o答疑地点：逸夫楼1116o题型：填空题，简答题，实验题，计算分析题o考试时间：第9周周四晚19:00-21:00o考试地点：西二402、408（0001班，张兴老师）西二502、508（0002班，张毅老师）第二部分全书的主体第一部分全书的基础第三部分全书的深入电力电子器件整流电路PWM控制技术逆变电路交流控制电路和交交变频电路直流斩波电路软开关技术《电力电子技术》电力电子器件Ø电力电子器件-用于主电路中，实现电能变换或控制的电子器件Ø基本要求：1.清楚电力电子器件的分类与应用2.理解和掌握晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管等常用电力电子器件的工作原理和主要参数。3.了解电力电子器件的串、并联使用4.掌握驱动电路的基本任务与电气隔离方法5.掌握电力电子器件的保护措施：过压、过流电力电子器件o电力电子器件的分类n按照器件能够被控制电路信号所控制的程度：1.半控型2.全控型器件3.不可控器件电力电子器件o电力电子器件的分类n按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质：1.电流驱动型——如GTO、GTR2.电压驱动型——场效应器件。如IGBT电力电子器件o电力电子器件的分类n按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况：1.单极型器件：由一种载流子参与导电的器件2.双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件3.复合型器件：由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件电力电子器件Ø电力电子器件-用于主电路中，实现电能变换或控制的电子器件Ø基本要求：1.清楚电力电子器件的分类与应用2.理解和掌握电力二极管、普通晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管等常用电力电子器件的工作原理和主要参数。3.了解电力电子器件的串、并联使用4.掌握驱动电路的基本任务与电气隔离方法5.掌握电力电子器件的保护措施：过压、过流电力电子器件o不可控器件-功率二极管IKAPNJAKo基本结构与工作原理与信息电子电路中的二极管一样，以半导体PN结为基础。o主要参数：正向平均电流IF(AV)（额定电流）、正向压降UF、反向重复峰值电压URRM（额定电压）、最高工作结温TJM、反向恢复时间trr、浪涌电流IesMo课后习题电力电子器件o半控型器件-普通晶闸管o阳极A、阴极K和门极Go导通条件：o截止条件：o维持导通的条件：o主要参数：重点掌握额定电流、额定电压、维持电流、擎住电流的概念o动态参数、派生器件：了解KGA电力电子器件o全控型器件o掌握其容量等级、工作频率、驱动方式特点的相互对比。了解主要参数o门极可关断晶闸管GTO：导通时饱和不深，多元集成结构，以及电流增益α2较大。参数则和普通晶闸管相应的参数意义相同o电力晶体管GTR：也称BJT。有二次击穿现象。AGKbec电力电子器件o全控型器件o电力场效应晶体管POWERMOSFET：单极型晶体管。通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。不存在二次击穿现象。o绝缘栅双极晶体管IGBT：GTR和MOSFET的复合，具有两者的优点。GSDP沟道GSDN沟道GCE电力电子器件o各类全控型器件的总结1.GTO：管压降较大，容量较大（通流和耐压能力），fs较低，只能用于工频场合，电流驱动，驱动电路复杂（所有全控型器件中最复杂），驱动电流很大。2.GTR：电流驱动，容量中等，管压降较低，开关频率中等，驱动较复杂3.IGBT：与GTR比，容量和管压降差不多，但是fs明显增加，开通损耗也更小。4.MOSFET：fs最高，但是通流容量较小，承受电压较低电力电子器件Ø电力电子器件-用于主电路中，实现电能变换或控制的电子器件Ø基本要求：1.清楚电力电子器件的分类与应用2.理解和掌握晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管等常用电力电子器件的工作原理和主要参数。3.掌握驱动电路的基本任务与电气隔离方法4.了解电力电子器件的串、并联使用5.掌握电力电子器件的保护措施：过压、过流电力电子器件o电力电子器件的驱动：n理解驱动电路的概念n驱动电路：主电路与控制电路之间的接口。n基本任务：信号放大，电气隔离n两类基本的隔离方式：光隔离-光耦、光纤；磁隔离-脉冲变压器n驱动型式：电流驱动型和电压驱动型电力电子器件Ø电力电子器件-用于主电路中，实现电能变换或控制的电子器件Ø基本要求：1.清楚电力电子器件的分类与应用2.理解和掌握晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管等常用电力电子器件的工作原理和主要参数。3.掌握驱动电路的基本任务与电气隔离方法4.掌握电力电子器件的保护措施：过压、过流5.了解电力电子器件的串、并联使用电力电子器件o器件保护：n掌握保护的种类：过电压保护、过电流保护、缓冲电路n知道保护的基本类型、方法及两种缓冲基本原理o电力电子器件的串联和并联使用n目的：串联提高总体耐压能力；并联提高总体通流能力n问题：串联存在电压分配不均；并联存在电流分配不均n解决措施：串联均压-静态均压、动态均压；并联均流-静态均流、动态均流；最基本措施-选择特性尽可能接近的器件整流电路o基本要求：n理解和掌握各类整流电路的电路结构、工作原理、工作波形、电气性能、分析方法和参数计算。n重点：波形分析和基本电量计算的方法。不同负载对工况的影响和整流器交流侧电抗对整流电路的影响。n波形分析和计算从以下角度入手：1.输出侧的电压和电流2.晶闸管（二极管）的电压、电流3.输入侧的电流。§概念：半波、全波、桥式半控、桥式全控；掌握触发角、导通角、移相范围、相控方式、换相、续流二极管的作用整流电路o不控整流电路（半波，全波，桥式）：n基本电路结构n基本工作原理n特点对比（对电源利用率，器件电压应力等）o带电容滤波的单相整流电路工作原理、波形整流电路o单相桥式全控整流电路（带电阻负载）oα角的移相范围为180°。2cos1U9.0U2a+=dRUIdd=ddVTI21I=òpawwp=)t(d)tsinRU2(21I22VTòpawwp==)t(d)tsinRU2(1II222整流电路o单相桥式全控整流电路（带大电感负载）o晶闸管承受的最大正反向电压均为oα角的移相范围为90°。TabRLu1u2i2VT1VT3VT2VT4uda=wwp=òa+pacosU9.0)t(dtsinU21U22dddVTI21I=dd2dVTI707.0I21tdI21I==wp=òp+aad22ItdI1IId=wp==òp+aa22Uu2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4整流电路o单相桥式全控整流电路（带反电动势负载)Ø在|u2|E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能电流断续电流连续（串入电抗器）整流电路o单相桥式半控整流电路Ø存在失控问题，通常在负载两端并联续流二极管（作用）TabRu2i2udidVT1VT2VD3VD4TabRLu2i2udidVT1VT2VD3VD4VDR负载Tu2VD3VD4VT1VT2整流电路o三相半波可控整流电路Ø电阻负载：电流连续和断续情况Ø电阻负载：移相范围150°;阻感负载：移相范围90°acos17.12UU=dRUIdd=2FM2UU=2245.26UUU==RM3IIVTdd=TudidVT2VT1VT3RbcaeLacos17.12UU=d2RMFM45.2UUU==Ø直流磁化问题。整流电路o三相桥式全控整流电路Ø与三相半波电路相比：输出整流电压提高一倍，输出电压的脉动较小，变压器利用率高且没有直流磁化问题。Ø电阻负载：电流连续和断续Ø电阻负载：移相范围是120°阻感负载：移相范围90°注意：脉冲的要求TVT2VT1VT3RbcaLVT5VT6VT4TVT2VT1VT3RbcaVT5VT6VT4d1d2udidacos34.22UU=d整流电路o变压器漏感对整流电路的影响o换相过程－换相压降o影响换相压降的因素：dBd2IXmUp=D产生的影响：整流输出电压平均值Ud降低；整流电路的工作状态增多；晶闸管的di/dt减小；换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。整流电路Ø有源逆变电路Ø逆变产生的条件Ø有源逆变状态时输出电压则可写成：Ud=-Ud0cosβØ理解逆变失败，产生原因直流斩波电路o将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电Ø4种基本斩波电路：•降压斩波电路•升压斩波电路•升降压斩波电路和Cuk斩波电路Ø复合斩波电路Ø不同基本斩波电路组合：二象限、四象限Ø多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合直流斩波电路v斩波电路控制方式vT不变，变ton—脉冲宽度调制（PWM）直流斩波电路o斩波电路的基本形式；电路工作过程EVTRLVDCioi1uo升压EVT+-RLVDioEMuoiGM降压ERVDCVTL1L2UoUCCukEETtEtttUa==+=onoffononoEtTEtttUoffoffoffono=+=EEtTtEttUaa-=-==1ononoffono直流斩波电路Ø复合斩波电路：Ø实现电路在2象限或4象限运行Ø多相多重斩波电路：减小输入输出纹波，备用Ø隔离型DC-DC变换器：Ø单端正激式-隔离型buck变换器Ø单端反激式-隔离型buck-boost变换器o交流-交流变换电路——一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，可改变相关的电压、电流、频率和相数等AC/AC变换电路交流电力控制电路只改变电压,电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。交流调压电路交流调功电路交流电力电子开关变频电路改变频率的电路交交变频直接交直交变频间接备注相控式交流调压电路o阻感负载：控制角移相范围o三相相控交流调压电路：电路形式种类（星形联结、中点控制三角形联结、线路控制三角形联结、支路控制三角形联结）o与整流电路控制的不同VT1RVT2~uuoVT1RVT2~uuoLuaubuc交流电力控制电路和交交变频电路•交流调功电路：与交流调压电路的异同•交流电力电子开关：晶闸管投切电容器（晶闸管投入时刻的原则）•单相变频电路：结构，基本原理•三相变频电路：降频变换•公共交流母线进线，输出星形联结方式•改善输入功率因数的方法VT1VT2iCuCuVTu逆变电路o无源逆变概念o类型：依据直流电源的类型：电压型和电流型o换流方式：强迫换流、负载换流（适用范围）o方波变换逆变电路：脉冲幅值调制，移相单脉冲调制，对称单脉冲调制o电压型逆变电路的特点：n单相电路结构，工作原理n三相（了解）逆变电路o电流型逆变电路的特点、换流方式o了解电流型三相桥式逆变电路：120°导电，横向换流o了解多重逆变电路和多电平逆变电路iL1TV1DV1C3C5C3TV5TV3DV5DVUW4TV4DV4C6C2C6TV2TV6DV2DVViuiiPWM控制技术oPWM（PulseWidthModulation）控制概念——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）o适用电路：直流斩波电路；斩控式交流调压电路，矩阵式变频电路，逆变电路，整流电路oPWM控制方法：计算法、调制法、跟踪控制法o载波比，调制度o异步调制、同步调制、分段同步调制方式PWM控制技术o单极型调制和双极性调制：定义、异同n以单相桥式逆变电路为例分析控制规律o实现方法：自然采样法、规则采样法urucuOwtOwtuouofuoUd-UdurucuOwtOwtuouofuoUd-Ud软开关技术o硬开关、软开关、零电压开关、零电流开关概念o分类：按技术发展历程分类o零电压开关准谐振电路o零电压开关PWM电路o零电压转换PWM电路UiCrSVDSLrVDLCAR