电力电子复习总结

电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电力电子技术复习电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1.1电力电子技术概述使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。1.1.1电力电子技术（PowerElectronics)的定义从工程的对象和内容及手段几方面理解电力电子技术对象：能量中的电能内容：对电能的变换和控制手段：利用电力电子器件（半导体器件）问题：为什么要对电能进行变换和控制？电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1.1.2电力（电能）变换的目的和作用电力系统的主体：固定频率50或60Hz的交流电作为主体。使用电力时固定频率的交流电未必总是最佳选择：需要改变频率，如变频空调将交流电变成直流电，如微机电源电能变换举例：电车控制、利用自然能发电电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系例1.1：电车（地铁等）用设置在车底下的变流装置控制来自架空线的直流电流，对电动机进行调速。(a)切换电阻方式直流电源M直流电动机直流电压控制tv改善乘坐舒适感（连续调速）节能（降低电阻损耗）(b)斩波电路方式直流电源M直流电动机直流电压控制tv（斩波电路）半导体开关免维护（无电刷）小而轻（高速运转）(c)逆变电路方式直流电源M异步电动机交流频率控制tv频率变换电路（逆变电路）图1.1电车的调速方式电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系风车交流发电机整流电路蓄电池频率变换电路负载工频电源图1.3风能发电能量流程太阳光太阳电池电压调节电路蓄电池频率变换电路负载工频电源图1.2太阳能发电能量流程例1.2：自然能发电（太阳能和风能）在采用自然能发电时，必须控制变化的发电功率。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1.1.3电能变换的种类逆变直流斩波交流调压控制变频、调功整流直流交流交流直流输出输入电力变换四大类型电力变换四大类交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系变流技术（电力电子器件应用技术）是电力电子技术的核心。包括：用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。电力电子器件制造技术是电力电子技术的基础。本课程的重点是变流技术。（1）研究内容包括两大分支：1.1.4.电力电子技术的特点电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。（2）与电子技术的关系电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2电力电子器件本章重点：1)电力电子器件的概念、特征和分类2）各种电力电子器件的基本特性：电气符号如何控制开通和关断主要参数电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系同处理信息的电子器件相比的一般特征：电力电子器件能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。半导体功率开关与普通半导体器件有何区别?电力电子器件，又称功率半导体器件，是电力电子电路（变流技术）的基础2.1电力电子器件的概念和特征电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系通态损耗Won断态损耗Woff开关损耗WSW开通损耗关断损耗电力电子器件的损耗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，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2.2电力电子器件的种类按照其控制通断的能力分类:不控型，半控型和全控型。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系电流驱动型——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。电压驱动型——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。按照驱动电路信号的性质，分为两类：从发展历程上看：首先开发了二极管，之后是晶闸管和晶体管系列器件。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2.3电力电子系统的组成电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路电气隔离控制电路电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2.4.1晶闸管正常工作时的特性总结如下：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。半控型器件2.4晶闸管(SCR)电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系断态重复峰值电压UDRM——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。反向重复峰值电压URRM——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，应考虑安全裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2～3倍。(1)电压定额2.4.2晶闸管的主要参数电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系通态平均电流IT(AV）——在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IT(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。维持电流IH——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。(2)电流定额电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：(3)动态参数•断态电压临界上升率du/dt——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率——电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。•通态电流临界上升率di/dt——指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系3整流电路整流(Rectification)：把交流电变换成直流电。整流电路(Rectifier)：实现整流的电路。整流电路是出现最早的电力电子变流电路。最常用的变流电路。本章内容：由晶闸管构成的相控整流器（主要应用在大功率场合，如电池充电、直流电机驱动）电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1)晶闸管变流器的相位控制原理2）单相晶闸管桥式变流器触发角的定义，导通角的定义，移相控制范围的概念；不同负载情况下的整流输出波形；整流输出电压平均值的计算，整流输出电流平均值的计算。本章复习重点3）三相晶闸管桥式变流器自然换流点的定义，器件导通的规律，对触发脉冲的特殊要求。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系4）晶闸管变流器的逆变工作状态：逆变的概念，变流器工作于有源逆变模式的条件，逆变角的概念。整流与逆变工作模式的区别。最小逆变角的限制条件，逆变失败的原因和后果。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系3.1晶闸管变流电路及其控制原理3.1.1基本晶闸管整流电路•相位控制方式（相控）：通过控制器件导通的时刻（相位）来改变输出功率（电压、电流）的控制方式。触发角α:从晶闸管开始承受正向阳极电压到施加触发脉冲时刻的电角度导通角θ:晶闸管在一个电周期内导通的电角度。移相（控制）范围：触发角α的变化范围电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系•阻感负载•电阻负载•反电势负载电压与电流成正比，两者波形相同。u2过零时晶闸管关断由于电感的储能作用，u20后，电流继续流通，晶闸管仍然导通在|u2|E时，晶闸管承受正电压，才有导通的可能。•阻感负载加续流二极管电感性负载加续流二极管后，输出电压波形与电阻性负载波形相同。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系tOuaubuc3.2三相晶闸管变流电路自然换流点：控制角α的计算起点不再选择在相电压由负变正的过零点，而选择在各相电压的交点处三相可控整流电路的运行特性、波形不仅与负载有关，而且与控制角α有很大关系，应按不同α进行分析。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系•导通角共阴极组和共阳极组各1器件同时通形成供电回路，每个器件导通角为120三相桥式可控整流电路的特点•电压脉动次数ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。•触发脉冲的特点•按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60•共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。•同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系•在如下情况的触发问题电路启动时电流不连续时对触发脉冲的特殊要求触发时，必须保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲•解决办法宽脉冲触发双窄脉冲触发（常用）电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系•宽脉冲触发：触发脉冲宽度大于60•双窄脉冲触发：给上次触发的晶闸管1个补脉冲。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系3.3整流电路的有源逆变工作状态晶闸管变流器的两种工作状态:•整流——把交流电变成直流电。特点：ud0,电能流动方向：交流→直流•逆变——把直流电变成交流电，整流的逆过程。特点：ud0,电能流动方向：直流→交流1.逆变的概念有源逆变电路——交流侧和电网连结，逆变时可把直流电逆变为50Hz的交流电反馈回电网。无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载（如交流电机、电炉等）。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系2.逆变的条件产生逆变的条件：1）直流侧有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。2）晶闸管的控制角ap/2，使Vd为负值。3)电路直流回路中必须要有足够大的电感，以保证有源逆变连续进行电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系•直流侧平均电压•逆变角：把ap/2时的控制角用p-a=b表示，b称为逆变角。（逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b=0的起始点向左方计量）•0ap/2时，变流器工作在整流状态。•p/2ap时，变流器工作在逆变状态。•逆变和整流的区别cosddouub-cosddouua电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系•逆变失败（逆变颠覆）•逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路;•或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。限制最小逆变角是防止逆变失败的关键措施之一。3.逆变失败•为保证可靠换流，对最小逆变角应有限制bmin=d+g+q′bmin一般取30~35。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系4逆变电路逆变电路作用：固定直流→幅值和频率都可控的正弦交流逆变电路的交流侧接负载，为无源逆变。电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系逆变电路的种类：•根据输出端交流的相数分类单相逆变电路：逆变器的输出为单相交流电三相逆变电路：逆变器的输出为三相交流电•根据输入端直流电源特性分类电压源型逆变电路：逆变器的输入为直流电压源电流源型逆变电路：逆变器的输入为直流电流源电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系1)逆变的基本概念：有源逆变与无源逆变的区别；电压源型与电流源型逆变器的区别。2）四种换流方式的特点本章重点电力电子技术绪论(1)烟台大学测控技术系4.1逆变电路的基本工作原理逆变电路最基本的工作原理——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。——改变输入直流电平Ud的大小，就可改变交流电的幅值电力电子技