电力电子技术教案

温州大学课程教案学院______物理____________课程名称______电力电子技术_____学时________36____________教材_______电力电子技术___授课教师________徐孟__________授课对象_____04信电1、2______2006年9月1日授课时间：第12周星期三34节授课类型：理论课授课题目：复合斩波电路和多相多重斩波电路本授课单元教学目标：介绍电流可逆斩波电路的组成及实现原理。在深入讲解该电路在电机拖动中的应用，从而引出桥式可逆斩波电路和电流可逆斩波电路的关系。最后介绍多相多重斩波电路的应用，并归纳该电路的优点。要求：通过本次课，熟悉调频电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路和多相多重斩波电路的原理，掌握多相多重斩波电路的特点，学会电流可逆斩波电路应用电路的结构分析和该电路在电机拖动中的应用。本授课单元教学重点和难点：教学重点为电流可逆斩波电路的工作原理及电路结构，难点为电流可逆斩波电路在电机拖动应用的工作原理分析方法。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：首先，介绍升压电路和降压电路的基本应用；再说明关于电流可逆斩波电路的教学安排——主要教学内容、重点难点所在等；然后，进入正题；最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：多媒体课件+板书；电流可逆斩波电路分析过程较复杂，把讲解重点放在该电路是有升压电路、和降压电路组合而成，这样可令学生的思路清晰，容易掌握分析方法；通过实际的电机拖动电路应用电路来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力。本授课单元主要教学内容（见后）教学内容3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路1）名词解释复合斩波电路：降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成多相多重斩波电路：相同结构的基本斩波电路组合构成2）电流可逆斩波电路（注意分解成前面几种基本的电路）斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动降压斩波电路拖动直流电动机时，如图所示，电动机工作于第1象限图所示升压斩波电路中，电动机工作于第2象限电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合，拖动直流电动机时，电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限举列详细说明桥式可逆斩波电路（注意分解成前面几种基本的电路）1）降压斩波电路工作原理t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压uo=E，负载电流io按指数曲线上升t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大3）名词解释多相多重斩波电路：在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成ELV1VD1uoioV2VD2EMMRtttOOOb)TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEc)iGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMEV+-MRLVDa)ioEMuoiG相数：一个控制周期中电源侧的电流脉波数重数：负载电流脉波数4）多相多重斩波电路举例：3相3重降压斩波电路（详细讲解，课件上有图）结论：1、由于3个单元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅值变得很小2、和单相时相比，设输出电流最大脉动率一定时，所需平波电抗器总重量大为减轻3、总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比相当于由3个降压斩波电路单元并联而成，总输出电流为3个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍3）升降压斩波电路基本原理：V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路四、课后思考1降压斩波电路的工作原理？2升压斩波电路的工作原理？3升降压斩波电路的工作原理？4书上111页2题、3题？授课时间：第13周星期三34节授课类型：理论课授课题目：交流调压电路本授课单元教学目标：介绍单相交流调压电路和三相交流调压电路的组成及实现原理。深入讲解该单相交流调压电路和三相交流调压电路在灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）、异步电动机软起动和异步电动机调速电机拖动中的应用，再详细简介调压电路输入和输出的关系，画出该电路的波形图。最后归纳该电路的优点。要求：通过本次课，熟悉单相交流调压电路和三相交流调压电路的原理，掌握调压电路的特点，学会单相交流调压电路和三相交流调压电路的结构分析和该电路在单相交流调压电路和三相交流调压电路的应用。本授课单元教学重点和难点：教学重点为单相交流调压电路和三相交流调压电路的工作原理及电路结构和该电路输入输出的关系和该电路的波形分析，难点为三相交流调压电路在电机拖动应用的工作原理分析方法。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：首先，介绍单相交流调压电路的基本应用；再说明关于电流可逆斩波电路的教学安排——主要教学内容、重点难点所在等；然后，进入正题；最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：多媒体课件+板书；交流调压电路电路分析过程较简单，把讲解重点放在该电路的具体应用方面，这样可令学生知道该电路在什么场合可以应用和该电路的具体作用，提高学生的学习兴趣；通过实际的软启动应用电路来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力和应用能力本授课单元主要教学内容（见后）教学内容交流调压电路的应用：–灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）–异步电动机软起动–异步电动机调速–供用电系统对无功功率的连续调节–在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压（此处要做稍微详细的解释）（1）单相交流调压电路数量关系负载电压有效值：负载电流有效值：晶闸管电流有效值：功率因数：2sin211oo1ooUUIUIUSP)22sin1(21sin221121RUtdRtUITRUIoo2sin21dsin21121oUttUUROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOtOtROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOtOt结论：输出电压与a的关系:–移相范围为0≤a≤π。a=0时，输出电压为最大，Uo=U1。随a的增大，Uo降低，a=π时，Uo=0。λ与a的关系:a=0时，功率因数λ=1，a增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低简单介绍感性负载的情况.结论：阻感负载的情况–电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7…等次谐波–随着次数的增加，谐波含量减少–和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些–当a角相同时，随着阻抗角j的增大，谐波含量有所减少（2）三相交流调压电路三相四线–基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120°工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线–问题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。a=90°时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近三相三线，电阻负载时的情况–任一相导通须和另一相构成回路–电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发n负载acn'负载abca)b)负载abcc)负载bd)图4-9abcuaubuciaUa0'nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2–触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1~VT6,依次相差60°–相电压过零点定为a的起点，a角移相范围是0°~150°图4-2晶闸管控制电抗器(TCR)电路图4-3TCR电路负载相电流和输入线电流波形典型用例——晶闸管控制电抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）–a移相范围为90°~180°–控制a角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率–配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(StaticVarCampensator—SVC），用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变四、课后思考1举出3种交流电力控制电路？2调压电路的具体应用在什么地方？3书上131页，课后习题1、2题。a)b)c)图4-12负载图4-11uaiaubucnbac授课时间：第14周星期三34节授课类型：理论课授课题目：其他交流电力控制电路本授课单元教学目标：介绍交流调功电路、交流电力电子开关组成及实现原理。深入讲解交流调功电路、交流电力电子开关电路的应用，再详细简介交流调功电路、交流电力电子开关输入和输出的关系，画出该电路的波形图。最后归纳该交流调功电路、交流电力电子开关电路的优点。要求：通过本次课，熟悉交流调功电路、交流电力电子开关交流调功电路、交流电力电子开关的原理，掌握交流调功电路、交流电力电子开关电路的特点，学会交流调功电路、交流电力电子开关的结构分析和该交流调功电路、交流电力电子开关和单相交流调压电路和三相交流调压电路的应用的区别和优缺点。本授课单元教学重点和难点：教学重点为交流调功电路、交流电力电子开关的工作原理及电路结构和该电路输入输出的关系和该电路的波形分析，难点为交流调功电路、交流电力电子开关和交流调压电路的工作原理分析方法的区别和应用场合的不同。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：首先，介绍交流调功电路、交流电力电子开关的基本应用原理；再说明关于其他交流电力控制电路的教学安排——主要教学内容、重点难点所在等；然后，进入正题；最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：多媒体课件+板书；其他交流电力控制电路电路分析过程较简单，把讲解重点放在其他交流电力控制电路的具体应用方面和其他交流电力控制电路和调压电路的区别，这样可令学生知道该电路在什么场合可以应用和该电路的具体作用，提高学生的学习兴趣；通过实际的电炉加热应用电路来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力和应用能力本授课单元主要教学内容（见后）教学内容（3）交流调功电路–控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后M－N个周期关断谐波情况–图4-14的频谱图（以控制周期为基准）。In为n次谐波有效值，Io为导通时电路电流幅值–以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波–而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大（4）交流电力电子开关作用：代替机械开关，起接通和断开电路的作用优点：响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断与交流调功电路的区别01214谐波次数相对于电源频率的次数图4-142461080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m交流电力控制电路的类型交流调压电路:交流调功电路:交流电力电子开关:每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。M电源周期控制周期=M倍电源周期=24M图4-13O导通段=2NM3M2Muou1uo,iotU12–并不控制电路的平均输出功率–通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开–控制频度通常比交流调功电路低得多交流电力电子开关的应用：晶闸管投切电容器（ThyristorSwitchedCapacitor—TSC）–对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量–性能优于机械开关投切的电容器结构和原理–图4-15基本原理图（单相）–实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结晶闸管投切：–选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流–理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率