华中科技大学电力电子学考试提纲38页PPT

复习提纲1电力电子学课程复习提纲第1章电力电子变换和控制技术导论1.3开关型电力电子变换的基本原理及控制方法4类基本变换器的定义、变换原理、基本推导、控制方式、重要概念1.5开关型电力电子变换器的应用领域（两大类）电力变换电源:VVVF电源，UPS电源、直流输电、习题：page299：1、3、5、9电力补偿器:习题page3161、2、3、41.4开关型电力电子变换器基本特性（5条共性，见下页）1.1电力技术、电子技术、电力电子技术的研究对象（定义）:“交叉”与“倒三角形”page3。2电子电子变换器5条基本特性hiii1111+=sv1C1Lshssiii+=1hvvv2212+=hiii2212+=hvvv0010+=2L2CRLohooiii+=1带LC滤波器的AC/DC-DC/AC电力电子变换器oLoC3T4T3D4D1T2T1D2D3T4T3D4D1T2T1D2Dv1(t)vd(t)Vdv2(t)1.一组开关电路，vo(t)=+vi,-vi,0;2.vo(t),ii(t)不可能是理想波形而含有谐波，需滤波。3.高频PWM控制，改善特性和经济性。4.vo(t),ii(t)波形采用傅立叶分析较方便。5.使vo(t),ii(t)波形对称分布并具有周期性，可消除偶次谐波，表达式较简洁。复习提纲3第2章半导体电力开关器件（配合7.1,7.3,7.4,8.1）•6种常用的半导体开关器件的基本工作原理和外特性：–二极管D–双极结型电力三极管BJT（半导体电力三极管）–晶闸管（Thyristor）=SCR(半控、)–可关断晶闸管GTO–电力场效应晶体管P-MOSFET–绝缘门极双极型晶体管IGBT（擎住效应）–模块：p49-51复习提纲4重要内容开通、关断条件控制及驱动信号的特点（驱动电路完成），工作特性（静态：伏安特性开关特性＝》硬、软开关技术）使用参数（电压、电流额定值的定义），如二极管、晶闸管额定电流IR＝允许的电流有效值Irms/1.57，例2-1RRrmsIII57.12==复习提纲5第3章直流－直流变换器3.1Buck变换器电路结构和降压原理导通占空比D＝Ton/TsTon＝DTsToff＝Ts－Ton＝（1－D）TsT导通，D截止，iL上升:（3-7）式T截止，D导通，iL下降:（3-9）式输出电压脉动:（3-12）式电流连续:变压比M＝Vo/Vs＝D,Vo=DVs电流不连续:变压比M＝Vo/VsD,VoDVs参见（3－18）式及说明，D+D11TEGRBDiViigVoioiCCi(a)buck电路图+-+-LLilvoVCoo（配合7.3，7.4，8.1）把硬软开关的概念，开关轨迹，开关特性，元件的安全工作区等概念弄清楚复习提纲6第3章直流－直流变换器3.2直流-直流升压变换器变换器):电路结构和升压原理导通占空比D＝Ton/TsTon＝DTsToff＝Ts－Ton＝（1－D）TsT导通，D截止，iL上升:(3-31）式，C对R放电；T截止，D导通，iL下降:(3-32）式，iL对C充电，并对R供电输出电压脉动:（3-37）式电流连续:变压比M＝Vo/Vs＝1/(1-D)；Vo=Vs/(1-D)电流不连续:变压比M＝Vo/Vs1/(1-D);VoVs/(1-D)参见（3－41）式及说明++-LDTCRiVLVLioici+-oV(a)电路结构7dV1T2T1D2DaLaRaEABIAB(b)第一、第二两象限变换电路3T4T断通dV1T2T1D2DaLaRaEABIAB(a)四象限直流-直流变换电路3T3D4T4DdV1T2TaLaRaEABIAB3T3D4T4D通断eABeABaABKVKIRVN=ABTeIKT=)(ABAVV)(ABAII第一象限第四象限第三象限第二象限dVBAIBAIABeTN+aEdVABIABABI+aEeTNABBAIeTN+aE-dVABABI+aE-dVABIeTN(d)(c)第三、第四两象限变换电路3.5四象限直流－直流变换器对直流电机电枢供电复习提纲8(b)单端正激DC/DC变换器***dVLi2i3i1ioVLD3ovOAN1N2N3D1D2FDCsiSRCHB(b)单端反激变换器**dV2iHOSL1N2N1D1FDA1iRC-+oVL23.6带隔离变压器的直流－直流变换器（定义：单端、正激、反激、磁通复位）变压器的分析是关键，变压器的作用有哪些？＝＝对比9.6反激式不能空载运行的原因？元件的反压？（3－108）式电流连续的条件？(3-105)式3.5多相、多重DC－DC变换器（仅掌握概念）复习提纲9第4章直流－交流变换器4.1逆变器的类型和性能指标逆变器的类型：–依据直流电源的类型，可分为电压型（VSI）和电流型(CSI)。–依据输出交流电压的波形，可分为CVCF正弦波逆变器和方波逆变器，VVVF逆变器。–依据逆变电路结构的不同可分为单相半桥、单相全桥、推挽式、三相桥式逆变器。–依据开关器件及其关断（换流）方式的不同可分为自关断(用全控型开关)、强迫关断（换流）、交流电源电势换流逆变器（有源逆变器）、负载反电势或负载谐振换流逆变器•输出波形性能指标：谐波系数HF：式4-1总谐波系数THD：式4-2，畸变系数DF：式4-5复习提纲104.2电压型单相方波逆变电路(a)电路ZdV3T4T3D4Db1T2T1D2DadiaiVd1vabv0t212111T1、T4通态时，不一定有电流T1、T4断态时，不一定有电压T1、T4通态时，若ia为正，则T1、T4导电。若ia为负，则D1、D4导电。Vab(t)（公式4-7）2sin4nnnVVdnm=次谐波幅值：21coscos2nnnVd=2sin411==dmVVn）幅值：基波（21coscos2=dV单脉冲调制的作用？何时无3次谐波？复习提纲114.3.2正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理P99图4.8，冲量等效原理－面积等效原理4.3.3单极性正弦脉冲宽度调制SPWMP101图4.94.3.4双极性正弦脉冲宽度调制SPWM正弦调制参考波vr(t),幅值Vrm，频率fr高频载波三角波vc(t),幅值Vcm，频率fc载波比N＝fc/fr,调制比M＝Vrm/VcmM1，VrmVcm,V1m=MVDM＝1，Vrm＝Vcm，V1mmax=VD谐波抑制：2p－1以下（单极性）电压利用率问题P107图4.107854.04V4180m1mmax1Dm1Dmmax1====VVVVVSPWM方波，波，复习提纲12dab32crab31crrdab41crab42crr432100VvTTvvvTTvvvVvTTvvvTTvvvTTTT====通，通、，通，通、，负半周正弦通，通、，通，通、，正半周正弦互补通、断与互补通、断与dV3T4T3D4Db1T2T1D2Daai负载驱动信号生成电路-1+--cv三角波rv正弦波-1+-+-AB11,TVg22,TVg44,TVg33,TVgAVAVBVBV+123411102t6,14===PffNrc单极性SPWM电压波形2trrfv,dVccfv,abvOO121123456（b）由相交确定开关点rcvv,（续2）复习提纲134-3-4双极性正弦脉宽调制BSPWM(续1)DV3T4T3D4Db1T2T1D2Daai负载-1+-+-cv三角波rv正弦波gV),(,4141TTVVgg),(,3232TTVVgg(b)驱动信号生成电路Dab32crDab41crDab32crDab41cr4321VvTTvvVvTTvvVvTTvvVvTTvvTTTT====通，、，通，、，正弦负半周通，、，通，、，正弦正半周互补通、断与互补通、断与9==rcffNcmVrmVtt12322234DVDVabv(c)电压波形2cmrmVVM=020vcvr144.4三相180度导电逆变器P112图4.13，开关管180度导电，任何时候三管导电各相对电源中点电压va0,vb0,vc0为幅高Vd/2，180度方波线电压为120度方波，幅值为Vd基波线电压幅值ddLLdddmLVVVVVVVV78.0621.1322120sin4m111======线电压基波有效值：4.5三相SPWM逆变器P116图4.15基波线电压幅值的最大值为：与120度方波线电压基波幅值的比值为：32max1dmLVV=mLV178.04=输出电压大小可控(改变Vrm)，频率可控(改变fr)，相位可控(改变fr的相位)4.8大容量逆变器的复合结构12阶梯波24阶梯波15第5章交流－直流变换器5.1整流器的类型和性能指标（p139）5.2不控整流5.2.3单相桥式不控整流（p141，图5.3）整流电压（5－11式）5.2.4三相半波不控整流（p142,图5.4）整流电压（5－12式）5.2.5三相桥式不控整流（p143,图5.5）整流电压（5－13式）整流电压6脉波，交流电流120度方波5.2.6电容滤波的不控整流（电容的影响：输入电流畸变，输出电压不再满足5－13式＝》有源功率因数校正可改善电流波形）165.3单相桥式相控整流电路（p149，图5.8）概念：page148－149相控整流时，整流电压、电源交流电流、功率因数都与负载性质、大小及触发控制角有关。电流连续和不连续时，整流电压和交流电流的表达式也不同。电阻、电感、反电势负载感性负载电流连续导电180度时，整流电压（5－48式）电流不连续时，导电角180度，整流电压（5－37式）这时触发角阻抗角与导电角的关系（5－45式）电感L越大，负载电流越大，电流越容易连续5.4三相半波相控整流电路（p161，图5.15）整流电压三脉波（5－67式）电源交流电流单向120度方波5.6三相全控桥6脉波整流电路（p162，图5.16）触发脉冲要求；感性负载电流连续时，整流电压为（5－73式）aVaVtdvVSLabaadcos63cos23)(3126===++复习提纲17LRn5.21(a)电路VanVbnVcnVc'Va'Vb'TaTcTbLciaIdVd(t)ib(c)电流换相波形0tibiaIdId(b)电压波形(m2)PEQHDGFM0vanE'tvbnmmmvan(m2)vd(t)vbnm2•5.6整流电路中交流电路电感对整流特性的影响（p170，图5.25）18lCDcLDSLLDSLLDVLaaaILVVVVVVVVVV222sin)2/sin(2)cos(cos3cos23,0,0cos34.2cos35.1cos23,0,034.235.123,0,0=+=+==========考虑换相重叠时的整流电压复习提纲19abc0DRLE负载AvavcvbTaTbTcLcLcLciaIdIdibiciaibHD0NPQGM(d)换相重叠时整流电压波形vavbvcE4E5E3E2E1t5.9相控有源逆变电路（p183，图5.30）+=+=+++=)cos(22cos)cos(22cos01max00dlCdlCIVLaIVLaa逆变角的定义，逆变产生条件，安全移相范围复习提纲205.9.4晶闸管相控有源逆变的应用（P187，图5.32）串极调速，直流输电5.10相控整流及有源逆变晶闸管触发控制5.11含有源功率因数校正环节的单相高频整流page193图5.36，p194图5.37的工作原理复习提纲21第6章交流－交流变换器6.2单相交流电压控制器（P203，图6.2）电阻负载、电阻电感负载有效控制角范围计算题6-1：压可控，电流不连续，输出电时，导电角控，电流为正弦波，不可＝时，导电角180180）晶闸管电流表达式（