电力电子技术复习――复习

1勤劳积蓄的必见加增电力电子技术辅导2勤劳积蓄的必见加增国际电气和电子工程师协会（IEEE）的电力电子学会将电力电子技术表述为：有效地使用电力半导体器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术。3勤劳积蓄的必见加增Newell提出的“倒三角”定义，已为各国所接受，即把电力电子学定义为一门交叉于电气工程三大领域：电力学、电子学和控制理论之间的边缘科学。4勤劳积蓄的必见加增电力变换分为四类：交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流输入输出交流（AC）直流（DC）直流（DC）整流直流斩波交流（AC）交流电力控制变频、变相逆变5勤劳积蓄的必见加增电力电子器件6勤劳积蓄的必见加增电力电子器件归类◆按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况☞单极型：肖特基二极管、电力MOSFET和SIT等。☞双极型：基于PN结的电力二极管、晶闸管、GTO和GTR等。☞复合型：IGBT、SITH和MCT等。7勤劳积蓄的必见加增电力电子器件归类电流驱动型器件(双极型器件)共同特点是：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大，驱动电路也比较复杂。电压驱动型器件(单极型器件和复合型器件)共同特点是：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。◆按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，8勤劳积蓄的必见加增8/89☞通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。☞当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。通态损耗断态损耗开关损耗开通损耗关断损耗☞电力电子器件的功率损耗电力电子器件一般都工作在开关状态9勤劳积蓄的必见加增晶闸管SCR◆从外形上来看，晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构。◆内部是PNPN四层半导体结构。引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端。图晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号10勤劳积蓄的必见加增晶闸管导通与关断条件(1)导通的充分必要条件。1)阳极与阴极间承受正向电压。2)门极施加相对阴极来说为正的脉冲信号。(2)关断条件为下列之一。1)阳极与阴极间承受反向电压。2)阳极电流减小到小于维持电流。11勤劳积蓄的必见加增图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。12勤劳积蓄的必见加增图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。13勤劳积蓄的必见加增图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。14勤劳积蓄的必见加增双向晶闸管（双向可控硅）单向晶闸管只能单向导电，如果把两个晶闸管反向并联就构成了双向晶闸管。15勤劳积蓄的必见加增门极可关断晶闸管GTO16勤劳积蓄的必见加增GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益a1和a2，由普通晶闸管的分析可得，a1+a2=1是器件临界导通的条件。a1+a2＞1，两个等效晶体管过饱和而导通；a1+a2＜1，不能维持饱和导通而关断。GTO之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1)GTO在设计时a2较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；2)GTO导通时的a1+a2更接近于1，普通晶闸管a1+a2≥1.15，而GTO则为a1+a2≥1.05，GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。17勤劳积蓄的必见加增大功率晶体管GTR18勤劳积蓄的必见加增电力场效应晶体管（电力MOSFET）电力场效应晶体管MOSFET按导电沟道可分为N沟道和P沟道两大类。当栅极电压为零时漏源之间存在导电的沟道的称为耗尽型；而当栅极电压大于或小于零时才存在导电沟道的称为增强型。19勤劳积蓄的必见加增绝缘栅双极晶体管（IGBT）20勤劳积蓄的必见加增整流电路21勤劳积蓄的必见加增整流电路可根据输入交流电的不同和所采用的方式不同分为：1）单相可控整流和非可控整流2）三相可控整流和非可控整流22勤劳积蓄的必见加增2211cos2sintdt0.4522dUUU直流平均电压：单相半波可控整流电路RURUIdd2)cos1(45.02电阻负载电流平均值、有效值2222sint1()t2TUIIdR21-sint42UR23勤劳积蓄的必见加增移相角的范围α=0时，α=π时，Ud从最大值到最小值，单向半波可控整流电路的移相角α的移相范围是0~180º。221cos0.450.452dUUU21cos0.4502dUU24勤劳积蓄的必见加增)]2(21sin2sin2[22)]cos([cos22ttdsin221222UUUUd25勤劳积蓄的必见加增晶闸管的导通角θ=π-α，流过晶闸管的平均电流流过SCR电流的有效值ddTII221t22TddIIdIRURUIdd2cos145.0226勤劳积蓄的必见加增单相桥式全控整流电路电阻负载27勤劳积蓄的必见加增1）Ud与α的关系：2）移相范围：当α=0时，Ud=0.9U2为最大；当α=π时，Ud=0为最小。故晶闸管可移相范围为0º~180º。3）Id与α的关系：整流输出的直流平均电流：2cos19.0ttdsin2122UUUd)2cos1(9.02RURUIdd28勤劳积蓄的必见加增4）流过晶闸管的平均电流IdT：由于晶闸管是两两分别导通的，每对晶闸管流过一半电流。负载上平均电流就分成两半：5）负载电流的有效值：6）流过晶闸管的电流有效值)2cos1(45.0212RUIIddT22222sint11()sin2R2UUIdtR22222sint111()tsin22R222TUUIdIR29勤劳积蓄的必见加增电感负载负载电流连续时，整流电压平均值Ud：2212sintdt0.9cosdUUU移相范围：0~90º。30勤劳积蓄的必见加增单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：①作出ud、id、和i2的波形；②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；③考虑安全裕量,确定晶闸管的额定电压和额定电流。31勤劳积蓄的必见加增①ud、id和i2的波形如图32勤劳积蓄的必见加增32/131②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为Ud＝0.9U2cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)Id＝Ud/R＝77.97/2＝38.99(A)I2＝Id＝38.99(A)③晶闸管承受的最大反向电压为：U2＝100＝141.4（V）流过每个晶闸管的电流的有效值为：IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶闸管的额定电压为：UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶闸管的额定电流为：IN＝(2~3)×6.36∕1.57＝8~12（A）晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。22233勤劳积蓄的必见加增反电动势负载负载电流平均值：电流有效值：电压平均值：在相同的α角下，整流输出电压比电阻性负载时大，其值为tRE-tsin212dUIdt)RE-tsin2(122dUItE)d-tsin2(12UEUd34勤劳积蓄的必见加增三相半波可控整流电路α=30°负载电压电流连续α30°负载电流是不连续α=30°电压平均值Ud平均电流Id：Id=Ud/R流过晶闸管的平均电流：IDT=Id/3流过晶闸管的电流有效值：晶闸管的两端最大反向电压cos17.1ttdsin22326562UUUd4)2(cos331t)Rtsin2(21265622RUdUIT1222*36DTUUU35勤劳积蓄的必见加增三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当a=60°时，要求：①画出ud、id和iVT1的波形；②计算Ud、Id、IdT和IVT。36勤劳积蓄的必见加增37勤劳积蓄的必见加增38勤劳积蓄的必见加增3.1三相半波可控整流电路在三相半波整流电路中，如果A相的触发脉冲消失，试绘出在电阻性负载和电感性负载下整流电压ud的波形。3839勤劳积蓄的必见加增电感负载在30°α≤90°区输出电压ud出现负值40勤劳积蓄的必见加增大电感负载接续流二极管ud不出现负值。41勤劳积蓄的必见加增三相桥式可控整流电路42勤劳积蓄的必见加增三相桥式全控整流电路带电阻负载=30时的波形ud1ud2=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT143勤劳积蓄的必见加增三相桥式全控整流电路带电阻负载=60时的波形=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtt1OtOtuVT144勤劳积蓄的必见加增三相桥式全控整流电路带电阻负载=90时的波形ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT145勤劳积蓄的必见加增(一)电阻性负载当α≤60°时，电流连续；α60°，电流不连续。这样我们计算时也要分为两种情况：①当0°≤α≤60°时②当60°α120°，整流只在正半周进行③当α=120°时,，Ud=0。电阻负载时最大移相范围是120°。cos35.1cos34.2cos63ttdsin2332223232LdUUUUU)]3cos(1[34.2ttdsin63232UUUd1)3cos(46勤劳积蓄的必见加增(二)电感负载:在大电感负载下，晶闸管的导通角总是θ=120°，电感负载要求的最大移相范围是α=0°~90°。实际工作中电流呈矩形波，设其中幅值为Id,Id=Ud/R晶闸管承受的电流平均值：IdT=Id/3有效值：晶闸管通态平均电流：cos35.1cos34.2ttdsin63223232LdUUUUdddTIIIII577.0332212dTAVTIII368.057.1)(47勤劳积蓄的必见加增变压器漏感对整流电路的影响48勤劳积蓄的必见加增变压器漏感对整流电路影响的一些结论。（1）出现换相重叠角γ,整流输出电压平均值Ud降低。（2）整流电路的工作状态增多。（3）晶闸管的di/dt减小,有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。（4）换相时晶闸管电压出现缺口,产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通,为此必须加吸收电路。（5）换相使电网电压出现缺口,成为干扰源。49勤劳积蓄的必见加增有源逆变电路分析50勤劳积