92电力电子技术-复习

电力电子技术-复习•考试内容：第1章到第9章•考试题型–填空题20分–问答题25分–波形题25分–计算题30分第1章绪论电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。☞电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。☞变流技术则是电力电子技术的核心输入输出交流（AC）直流（DC）直流（DC）整流直流斩波交流（AC）交流电力控制变频、变相逆变表1-1电力变换的种类第2章电力电子器件☞电力电子器件的功率损耗关断损耗开通损耗开关损耗断态损耗通态损耗第2章电力电子器件•电力电子器件的分类（P40-41）–按照能够被控制电路信号所控制的程度•半控型器件：晶闸管•全控型器件：GTO、GTR、MOSFET、IGBT•不可控器件：电力二极管–按照驱动信号的性质•电流驱动型：晶闸管、GTO、GTR•电压驱动型：MOSFET、IGBT–按照驱动信号的波形•脉冲触发型：晶闸管、GTO•电平控制型：MOSFET、IGBT第2章电力电子器件•晶闸管正常导通条件–在承受正向电压和门极有触发电流情况下，晶闸管才能开通。•维持晶闸管导通的条件–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•怎样才能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。第3章整流电路•单相可控整流电路•三相可控整流电路•变压器漏感对整流电路的影响•整流电路的有源逆变工作状态•相控电路的驱动控制第3章整流电路•单相可控整流电路–带电阻负载–带阻感负载–带反电动势负载–电压、电流计算3.1.1单相半波可控整流电路)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00图3-1单相半波可控整流电路及波形■带电阻负载的工作情况◆变压器T、电压瞬时值u1和u2，有效值U1和U2。其它物理量表示如图.◆电阻负载、电压与电流波形相同。◆暂认为晶闸管（开关器件）为理想器件。晶闸管导通时其管压降等于零，晶闸管阻断时其漏电流等于零。触发脉冲3.1.2单相桥式全控整流电路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形a)■带电阻负载的工作情况◆电路分析☞4晶闸管组成1-4,2-3同开同断。☞在u2正半周√在0---a，id=0,ud=0,VT1、VT4串联承受电压u2。√在a处给VT1和VT4加触发脉冲，该两管通，电流从a-负载-b端。☞在180,id=0,VT1和VT4断。VT2和VT3的a=0处为wt=p☞u2负半周，在a处触发VT2和VT3导通,电流从b-负载-到a端。3.1.1单相半波可控整流电路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++图3-2带阻感负载的单相半波可控整流电路及其波形■带阻感负载的工作情况◆阻感负载的特点是电流不突变。◆电路分析☞VT断态,id=0,ud=0,uVT=u2。☞a处ud=u2，id从0开始增加。☞在180处，id﹥0，VT仍导通。☞wt2时刻，id降至零，VT关断。☞ud波出现负，平均值Ud下降。晶闸管关断条件：晶闸管的电流降到维持电流以下2tw3.1.2单相桥式全控整流电路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u图3-6单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路及波形■带阻感负载的工作情况◆电路分析☞在u2正半周期√触发角a处给晶闸管VT1和VT4加触发脉冲使其开通，ud=u2。√负载电感很大，id近似为水平线。☞u2过零时，VT1VT4流过id，不断。☞wt=p+a时，触发VT2和VT3导通，VT1VT4断,电流转移,称换相,亦称换流。■带反电动势负载时的工作情况◆蓄电池、直流电动机等是反电动势负载。◆电路分析☞|u2|E时，才有导通的可能。导通后ud=u2，☞直至|u2|=E，id=0，ud=E时关断。☞称为停止导电角。3.1.2单相桥式全控整流电路b)idOEudwtIdOwtaq图3-7单相桥式全控整流电路接反电动势—电阻负载时的电路及波形REuidd212sinUE(3-16)3.1.4单相桥式半控整流电路■与全控电路在电阻负载时的工作情况相同。■带电感负载◆电路分析（先不考虑VDR）☞每一个导电回路由1个晶闸管和1个二极管构成。3.1.4单相桥式半控整流电路图3-11a单相桥式半控整流电路，阻感负载时的电路及波形■带电感负载（先不考虑VDR）☞在u2正半周，a处触发VT1。☞u2过零变负时，VT1继续导通，电流由VT1和VD2续流,ud=0。☞在u2负半周a处触发VT3，VT1反压关断。☞u2过零变正时，VD4通，VD2断。VT3和VD4续流，ud又为零。b)uO2OudidIdOOOOi2IdIdIIdwtwtwtwtwtwtapapaiVT1iVD4iVT3iVD2红色—--无VDR3.1.4单相桥式半控整流电路图3-11a单相桥式半控整流电路，阻感负载时的电路及波形◆续流二极管VDR☞若无续流二极管，则去掉触发脉冲，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，称为失控。Ob)2OudidIdOOOOi2IdIdIIdwtwtwtwtwtwtapapaiVT1iVD4iVT2iVD3u红色—--无VDR第3章整流电路•三相可控整流电路–带电阻负载–带阻感负载–电压、电流计算3.2.1三相半波可控整流电路a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac☞a=30√电流处于连续和断续的临界状态，各相导电120。图3-14三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形a)3.2.2三相桥式全控整流电路■原理图◆阴极连接在一起的（VT1，VT3，VT5)称为共阴极组；另3个称为共阳极组。◆共阴极组与共阳极组与a，b，c三相电源相接。◆晶闸管的导通顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。图3-18三相桥式全控整流电路原理图3.3变压器漏感对整流电路的影响■变压器漏感◆实际上变压器绕组总有漏感，该漏感可用一个集中的电感LB表示，并将其折算到变压器二次侧。◆由于电感对电流的变化起阻碍作用，电感电流不能突变，因此换相过程不能瞬间完成，而是会持续一段时间。■现以三相半波为例来分析，然后将其结论推广◆假设负载中电感很大，负载电流为水平线。3.3变压器漏感对整流电路的影响udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca◆分析从VT1换相至VT2过程☞wt1时触发VT2，漏感致ia、ib不能突变，VT1VT2通，相当于短路，产生环流ik。☞ik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。☞当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断，换流结束。☞g表示换相重叠角。wt1时刻图3-26考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形3.7整流电路的有源逆变工作状态使变流器工作于有源逆变状态的条件–直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；–要求晶闸管的控制角απ/2，使Ud为负值。逆变失败–逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流。•逆变失败的原因–触发电路工作不可靠，如脉冲丢失、脉冲延时等。–晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。–交流电源缺相或突然消失。–换相的裕量角不足，引起换相失败。•防止逆变失败的方法–采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角β等3.7整流电路的有源逆变工作状态例：三相全控桥变流器，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，U2=220V，LB=1mH，当EM=-400V，=60时求Ud,Id与g的值，此时送回电网的有功功率是多少？解：由题意可列出如下3个等式：三式联立求解，得＝[2.34×220×1×cos(180°-60°)＋6×50×1×10-3×(-400)]/(1+6×50×1×10-3)＝-290.3（V）由下式可计算换流重叠角：，代入数据，得：cos(180°-60°)－cos（180°-60°+g）=0.1279送回电网的有功功率为ddUUUpcos34.22REUIMdd/dBdBdIfLImX62/Up)(7.109AId)6/(]6)(34.2[U2BBdfLREfLRCOSUp)6/(2)sin2/()cos(cos22UILmUIXdBdBpgaa6279.0120cos0g00090.812090.128gKWRIIEPddM85.3117.1097.109400223.8相控电路的驱动控制电网电压同步环节锯齿波形成脉冲形成双窄脉冲放大控制信号同步信号为锯齿波的触发电路结构•换流–电流从一个支路向另一个支路转移的过程•换流方式–器件换流–电网换流–负载换流–强迫换流•电压型逆变电路第4章逆变电路4.2单相电压型逆变电路b)a)ttOOONoUm-Umiot1t2t3t4t5t6V1V2V1V2VD1VD2VD1VD2图4-6单相半桥电压型逆变电路及其工作波形■半桥逆变电路◆在两个电容的联结点便成为直流电源的中点。◆工作原理☞设V1和V2的栅极信号互补。☞uo为矩形波，Um=Ud/2。☞电路带阻感负载，io如图所示的电流波形。4.2.1单相电压型逆变电路a)b)图4-7单相全桥逆变电路的移相调压方式◆移相调压方式☞上下桥互补,且V3的基极信号比V1落后q（0＜q＜180°）。☞工作过程√t1时刻前V1和V4导通，uo=Ud。√t1时刻V4截止，uo=0。√t2时刻V1截止，uo=-Ud。√到负载电流过零，uo仍为-Ud。√t3时刻V3截止，而V4不能立刻导通，VD4导通续流，uo再次为零。☞改变q就可调节输出电压。第5章直流直流变流电路•基本斩波电路•复合斩波电路•带隔离的直流直流变流电路5.1.1降压斩波电路图5-1降压斩波电路的原理图及波形a）电路图b）电流连续时c）电流断续时的波形■降压斩波电路（BuckChopper）EETtEtttUonoffononoa5.1.2升压斩波电路0iGE0ioI1a)b)图5-2升压斩波电路及其工作波形a）电路图b）波形■升压斩波电路◆工作原理☞假设L和C值很大。☞V通态，L蓄能，C较大Uo基本恒定。V断态，向C充电，并向负载供能。◆基本的数量关系☞稳态时，L积蓄与释放的能量相等offoontIEUtEI11化简得EtTEtttUoffoffoffono上式中的1/offtT(5-20)(5-21)5.1.3升降压斩波电路a)图5-4升降压斩波电路及其波形a）电路图b）波形■升降压斩波电路◆工作原理☞V导通时，L贮能。C维持输出。☞V关断时，L向负载放能，电流i2，负载电压上负下正。EEtTtEttUononoffonoaa15.2复合斩波电路和多相多重斩波电路电流可逆斩波电路桥式可逆斩波电路5.2.1电流可逆斩波电路ttb)uoioiV1iD1iV2iD2a)图5-7电流可逆斩波电路及其波形a）电路图b）波形◆电路结构☞V1和VD1构成降压斩波电路，第1象限、电动。☞V2和VD2构成升压斩波电路，第2象限、再生制动。☞防止V1和V2同时导通。5.2.2桥式可逆斩波电路图5-8桥式可逆斩波电路■桥式可逆斩波电路◆将两个电流可逆斩波电路组合起来，电动机可以4象限运行。◆工作过程☞V4导通时，等效为电流可逆斩波电路，提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限。☞V2导通时，V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路，提供负电压，工作于第3、4象限。5.3带隔离的直流直流变流