电力电子技术：10总复习

电力电子技术总复习自动化08.1-510-11学年第一学期第1章电力电子器件第2章整流电路第3章直流斩波电路第4章交流—交流电力变换电路第5章逆变电路第6章脉宽调制（PWM）技术1.同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征。2.电力电子系统的组成及各部分的作用3.电力电子器件的分类4.学习要点介绍各种器件的符号、简称、工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题，然后集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。最重要的是掌握其基本特性掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电力电子器件的两个基本要求由于电力电子电路的工作特点和具体情况的不同，可能会对与电力电子器件用于同一主电路的其它电路元件，如变压器、电感、电容、电阻等，有不同于普通电路的要求应用电力电子器件的系统组成电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成•控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断，来完成整个系统的功能返回有的电力电子系统中，还需要有检测电路。广义上往往其和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制电路，从而粗略地说电力电子系统是由主电路和控制电路组成的。主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，而通过其它手段如光、磁等来传递信号。返回由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必要的。器件一般有三个端子（或称极或管角），其中两个联结在主电路中，而第三端被称为控制端（或控制极）。器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。返回1、同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征：(1)能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数(2)电力电子器件一般都工作在开关状态导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替返回(3)实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路。(4)为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗返回阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断态损耗在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因器件开关频率较高时，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返回1)可控整流电路，重点掌握：电力电子电路作为分段线性电路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；2)电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其工作特点；(未讲不要求)3)与整流电路相关的一些问题，包括：(1)变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流电路工作情况的影响。(2)整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析，功率因数分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。(未讲不要求)例题单相半波整流电路a)TVTRu1u2uVTudid单相半波整流电阻负载电感负载无续流二极管有续流二极管UdIdUVTmax反向正反向反向IdVTIVTIdVDIVD移相范围18018018021cos0.452Ua21cos0.452URa21cos0.452URa22221(sin)21sin242VTUItdtRURpawwppaapp21()22VTddIIdtIpawppap22U22U21cos0.452Ua21cos0.452URa22UddVTIIpap2ddVDIIRpap22RVDdIIpap单相桥式整流电路u(i)pwtwtwt000i2udidddaauVT1,4uu2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4b)idOEudwtIdOwtaqd单相桥式全控整流电阻负载大电感负载UdIdUVTmax反向正向正反向IdVTIVTI2Id移相范围1809021cos0.92Ua21cos0.92URa22U22U20.9cosUa20.9cosURa2(22)U21cos0.452URa20.45cosURa22221(sin)1sin22VTUItdtRURpawwppaapp221IIVT12VTdIIudOudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtapapaiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR单相桥式半控整流电阻负载大电感负载UdIdUVTmax反向正向正反向IdVTIVTI2导通角180-a180-a21cos0.92Ua21cos0.92URa22U22U2(22)U21cos0.452URa22221(sin)1sin22VTUItdtRURpawwppaapp221IIVT21cos0.92Ua21cos0.92URaddVTIIpap2ddVTItdIIpapwppa2)(21222221(sin)1sin22VTUItdtRURpawwppaapp2．单相桥式全控整流电路，U2=100V，负载中R=2，L值极大，当a=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。解：1）ud、id和i2的波形如右图所示该波形可参考P26图6作出2）求整流输出平均电压Ud94.77866.0*100*9.030cos*100*9.0cos9.0cos2222daapUUU97.38294.77RUIdd97.382dII3）晶闸管电流有效值考虑过电流安全储备通常把晶闸管的额定电流放大1.5～2倍，又晶闸管的额定电流值是通态平均电流（正弦半波电流平均值），它同有效值的关系是。因此所选晶闸管的额定电流应为：55.2797.38*707.02dVTII1.35~32.2657.155.27)2~5.1(57.1)2~5.1()(VTAVFII为此可选50A的晶闸管。为了对过电压有安全储备，通常把晶闸管的额定电压也放大2～3倍，因此所选晶闸管的电压额定值应为2.424~8.2821002)3~2(2)3~2(2UUVTV，为此可选400V的晶闸管。最后根据晶闸管产品型号表可选用KP-50-4，即通态平均电流为20A，额定电压值电压为4级(400)的晶闸管。例：单相桥式全控整流电路，接电阻负载，交流电源电压u2在(220+10%)V范围内变化，要求输出的直流平均电压ud从50V～150V连续可调，且负载平均电流Id均能达到10A，试确定控制角的变化范围、计算晶闸管导通角的变化范围、要求的电源容量，并选择晶闸管。解：由式得到：由此得控制角由上式可知，电源电压u2越小，a越小；直流输出电压ud越大，a也越小，所以最小控制角amin对应：u2=220*90%=198V，ud=150V（相应）2cos19.02aUUd19.02cos2UUda)19.02arccos(2UUda9.46)11989.01502arccos(a686.0cosmina同样电源电压u2越大，a越大；直流输出电压ud越小，a也越大，所以最大控制角amax对应：u2=220*110%=242V，ud=50V由于导通角，a的变化范围为46.9°～122.7°，可导出q的变化范围为：133.1°～57.3°。7.122)12429.0502arccos(amincos0.54a（）apq在本例中要求输出电流平均值Id能达到10A，由于随a的增大而增大，为此交流电源电流的最大有效值应对应a取122.7°时的情况：2dII2sin22()2(1cos)sin(2122.7)2(122.7)102(1cos122.7)2.011020dIIApappaappp电阻负载时平均电流和变压器二次电流有效值的计算公式书中p47要求的电源容量相应为：322220110%204.84105KVASUI晶闸管电流有效值2112014.14A22VTII考虑过电流安全储备通常把晶闸管的额定电流放大1.5～2倍，又晶闸管的额定电流值是通态平均电流（正弦半波电流平均值），它同有效值的关系是)(57.1AVFTII因此所选晶闸管的额定电流应为：()(1.5~2)(1.5~2)14.1413.5~18A1.571.57VTFAVII为此可选20A的晶闸管。为了对过电压有安全储备，通常把晶闸管的额定电压也放大2～3倍，因此所选晶闸管的电压额定值应为2(2~3)2(2~3)2220110%684~1026VVTUU为此可选1000V的晶闸管。最后根据晶闸管产品型号表可选用KP-20-10，即通态平均电流为20A，额定电压值电压为10级(1000)的晶闸管。三相可控整流电路电阻负载：a=30的波形特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。晶闸管导通角为120a30的情况特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于150-a。a=30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtwt1OtOtuVT1•电阻负载：•a=60的波形•特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。晶闸管导通角120•a60的情况•特点：负载电流断续，晶闸管导通角2(120-a)。电路名称三相半波三相桥式全控输出平均电压范围0～1.17U20～2.34U2脉动频率3f=150Hz6f=300Hz电阻性负载移相范围150°120°晶闸管最大正向电压晶闸管最大反向电压晶闸管导通角120°（a≤30°）120°（a≤60°）（a＞30°）（a＞60°）不同a时Ud（a≤30°）（a≤60°）（30°＜a≤150°）（60°≤a≤120°）a150)120(2aacos17.12U)]6cos(1[675.02apUacos34.22U)]3cos(1[34.22apU26U26U22U2623U电感性负载移相范围90°90°晶闸管导通角120°120°晶闸管电流平均值晶闸管电流有效值晶闸管最大正向电压晶闸管最大反向电压不同a时UddI31dI31dI3