电力电子技术课程学习指导资料

本文由zuklwz贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第一章电力电子器件的原理与特性1、本章学习要求、1.1电力电子器件概述，要求达到“熟悉”层次。1）电力电子器件的发展概况及其发展趋势。2）电力电子器件的分类及其各自的特点。1.2功率二极管，要求达到“熟悉”层次。1）功率二极管的工作原理、基本特性、主要参数和主要类型。2）功率二极管额定电流的定义。1.3晶闸管，要求达到“掌握”层次。1）晶闸管的结构、工作原理及伏安特性。2）晶闸管主要参数的定义及其含义。3）电流波形系数kf的定义及计算方法。4）晶闸管导通和关断条件5）能够根据要求选用晶闸管。1.4门极可关断晶闸管（GTO），要求达到“熟悉”层次。1）GTO的工作原理、特点及主要参数。1.5功率场效应管，要求达到“熟悉”层次。1）功率场效应管的特点，基本特性及安全工作区。1.6绝缘栅双极型晶体管（IGBT），要求达到“熟悉”层次。1）IGBT的工作原理、特点、擎住效应及安全工作区。1.7新型电力电子器件简介，要求达到“熟悉”层次。2、本章重点难点分析、有关晶闸管电流计算的问题：有关晶闸管电流计算的问题：晶闸管是整流电路中用得比较多的一种电力电子器件，在进行有关晶闸管的电流计算时，针对实际流过晶闸管的不同电流波形，应根据电流有效值相等的原则选择计算公式，即允许流过晶闸管的实际电流有效值应等于额定电流IT对应的电流有效值。利用公式I=kf×Id=1.57IT进行晶闸管电流计算时，一般可解决两个方面的问题：一是已知晶闸管的实际工作条件（包括流过的电流波形、幅值等），确定所要选用的晶闸管额定电流值；二是已知晶闸管的额定电流，根据实际工作情况，计算晶闸管的通流能力。前者属于选1用晶闸管的问题，后者属于校核晶闸管的问题。1）计算与选择晶闸管的额定电流解决这类问题的方法是：首先从题目的已知条件中，找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数（如电流幅值、触发角等），据此算出通过晶闸管的实际电流有效值I，考虑（1.5~2）倍的安全裕量，算得额定电流为IT=(1.5~2)I/1.57，再根据IT值选择相近电流系列的晶闸管。2）校核或确定晶闸管的通流能力解决这类问题的方法是：由已知晶闸管的额定电流，计算出该管子允许通过的电流有效值。根据实际电流波形求出电流波形系数，算得晶闸管允许的实际电流平均值为Id=1.57IT/kf（未考虑安全裕量时）。3、本章典型例题分析、例1.1晶闸管导通和关断的条件是什么？解：晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。例1.2单相正弦交流电源，其电压有效值为220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？考虑2倍安全裕量，晶闸管的额定电压如何选取？解：晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值：2202=311V；考虑2倍安全裕量，则晶闸管额定电压不低于2×311=622V，可取为700V。4、本章作业、1.1．有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？1.2．晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于什么？1.3．什么信号可用做晶闸管的门极触发信号？1.4．教材P43：1.3，1.4，1.5，1.6第二章相控整流电路1、本章学习要求、2.1整流电路的概念，要求达到“熟悉”层次。2.1.1整流电路的概念、电路组成、分类等知识。22.2单相可控整流电路，要求达到“掌握”层次。2.2.1单相半波可控整流电路，要求达到“掌握”层次。1）单相半波可控整流电路的组成及工作原理。2）计算带电阻性负载的单相半波可控整流电路的相关参数。2.2.2单相桥式全控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。1）单相桥式全控整流电路的组成及工作原理。2）带电感性负载时的工作波形。3）带反电动势负载时的工作波形。4）带反电动势负载时串接平波电抗器的作用。5）计算带不同性质负载时，单相桥式全控整流电路的相关参数。6）带大电感负载时电路的输出电压、输出电流和晶闸管的电压、电流波形。7）带不同性质负载时，控制角α的移相范围。8）该电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。9）该电路中相应晶闸管的选取。2.2.3单相桥式半控整流电路，要求达到“掌握”层次。1）单相桥式半控整流电路的组成及工作原理。2）单相桥式半控整流电路产生失控现象的原因及防止失控的措施。3）电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。2.2.4单相全波可控整流电路，要求达到“熟悉”层次。1）单相全波可控整流电路的组成及工作原理。2.3三相可控整流电路，要求达到“掌握”层次。2.3.1三相半波可控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。1）三相半波可控整流电路的组成及工作原理。2）三相半波可控整流电路的自然换相点，掌握移相控制角α的计算方法。3）带大电感负载时的工作波形。4）带大电感负载时电路相关参数的计算。5）该电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。6）该电路中相应晶闸管的选取。7）带不同性质负载时，控制角α的移相范围。2.3.2三相桥式全控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。31）三相桥式全控整流电路的组成及工作原理。2）当负载电流连续时，各晶闸管的换流顺序、相互间隔角度及每只管子的导电角。3）带大电感负载时电路的输出电压、输出电流和晶闸管的电压、电流波形。4）带大电感负载时，控制角α的移相范围。5）带大电感负载时电路相关参数的计算。2.3.3三相桥式半控整流电路，要求达到“熟悉”层次。1）三相桥式半控整流电路的组成及工作原理。2）三相桥式半控整流电路的失控现象。3）电路中，晶闸管组和二极管组的自然换相点以及各自的换相规律。2.4整流变压器漏抗对整流电路的影响，要求达到“掌握”层次。1）在考虑变压器漏抗时，整流电路在换相过程中输出电压值的特点。2）在考虑变压器漏抗时，晶闸管换相的物理过程和换相重叠角γ的概念。3）由于变压器漏抗的影响，将产生换相压降、造成整流输出电压波形畸变以及平均值的变化。4）换相压降与哪些因素有关。2.5整流电路的有源逆变工作状态，要求达到“掌握”层次。2.5.1逆变的概念，要求达到“熟悉”层次。1）逆变的概念。2）整流和逆变的关系。3）电源间能量的流转关系。2.5.2有源逆变产生的条件，要求达到“掌握”层次。1）产生有源逆变的两个条件及其含义。2）有源逆变时能量的流转方向。2.5.3三相有源逆变电路，要求达到“掌握”层次。1）三相半波有源逆变电路的组成及工作原理。2）三相半波有源逆变电路中相关电量的计算。3）三相桥式有源逆变电路的组成及工作原理。4）三相桥式有源逆变电路中相关电量的计算。2.5.4逆变失败的原因及最小逆变角的限制，要求达到“掌握”层次。1）逆变角β的定义。2）逆变失败的概念。43）逆变失败的原因及防止措施。4）确定最小逆变角的三个因素及其含义。2.5.5有源逆变的应用，要求达到“熟悉”层次。1）直流可逆电力拖动系统中，反并联变流电路控制直流电机的四象限工作运行状态和运行条件。2）高压直流输电系统的结构。3）高压直流输电系统中，能够根据功率的流向，判断中间直流环节两侧变流器的工作状态。2.6整流电路的谐波和功率因数，要求达到“熟悉”层次。1）整流电路中，功率因数λ的定义。2.7晶闸管直流电动机系统，要求达到“熟悉”层次。1）整流状态下，电流连续和电流断续时电动机的机械特性。2）逆变状态下，电流连续和电流断续时电动机的机械特性。2.8电力公害及改善措施，要求达到“熟悉”层次。2、本章重点难点分析、本章的重点是：波形分析法和单相桥式可控整流电路；有源逆变产生的条件；难点是：带不同性质负载时整流电路的工作情况；变压器漏抗对整流电路的影响。波形分析法：波形分析法：整流电路的分析，通常采用波形分析法。所谓波形分析法，是指根据电源电压和控制角以及负载性质，作出负载电压、负载电流、整流元件的电压和电流等波形图，再由波形图推导出该电路基本电量的计算公式和数量关系。具体来说，分析方法和步骤如下：1）绘出主电路原理图，包括标明交流电压、各整流元件序号和负载性质。2）画出各相电压或线电压波形图，并确定整流元件的自然换相点。3）根据控制角在相应位置上绘出触发脉冲，并标明相应序号。4）根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压、负载电流、晶闸管电流以及晶闸管两端电压的波形，5）根据波形图推导出基本电量的计算公式。变压器漏抗对整流电路的影响：变压器漏抗对整流电路的影响：通常整流电路输入端都接有整流变压器，由于整流变压器存在漏抗，在换相时，对整流电压波形将产生影响，不仅产生换相压降，而且使相电压和线电压波形出现缺口，造成电网电压发生畸变。53、本章典型例题分析、例2.1接有续流二极管的单相半波可控整流电路，带大电感负载，R=5Ω，变压器二次侧电压U2=220V。试计算当触发角α分别为30°和60°时，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值和有效值；问在什么情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？解：1）当α=30°时，1+cosα1+cos30°=0.45×220×=92.4V22U92.4Id=d==18.5AR5π?α180°?30°IdT=Id=×18.5=7.7A流过晶闸管的电流平均值为2π360°Ud=0.45U1流过晶闸管的电流有效值为IT=π?α180°?30°Id=×18.5=16.9A2π360°IdD=ID=流过续流二极管的电流平均值为π+α180°+30°Id=×18.5=10.8A2π360°π+α180°+30°Id=×18.5=14.1A2π360°流过续流二极管的电流有效值为2）当α=60°时，1+cosα1+cos60°=0.45×220×=74.3V22U74.3Id=d==14.9AR5π?α180°?60°流过晶闸管的电流平均值为IdT=Id=×14.9=5A2π360°Ud=0.45U1流过晶闸管的电流有效值为IT=π?α180°?60°Id=×14.9=8.6A2π360°IdD=ID=流过续流二极管的电流平均值为π+α180°+60°Id=×14.9=9.9A2π360°π+α180°+60°Id=×14.9=12.2A2π360°流过续流二极管的电流有效值为3）要使IdD＞IdT，由公式知，只需满足π+απ?α＞，即α＞0°2π2π例2.2在单相桥式全控整流电路中，如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，该电路的工作情况将如何？如果这只晶闸管被烧成短路，该电路的工作情况又会如何？答：如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，则该单相桥式全控整流电路将作为单相半6波可控整流电路工作；如果这只晶闸管被烧成短路，则会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重情况下甚至可能使整流变压器因过流而损坏。因此，在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。例2.3单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是什么？在何种情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？答：单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是：为感性负载中电感储存的能量提供一条专门的释放回路，以避免发生一只晶闸管持续导通而两只二极管轮流导通的“失控现象”。由公式知，流过续流二极管的电流平均值IdD=αI，πdπ?α流过晶闸管的电流平均值IdT=Id2παπ?απ，即α＞要使IdD＞IdT，则只需满足＞π2π30例2.4单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R=1Ω，L值很大，即满足ωLR，U2=100V，当α=60时，求：1）作出输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i2的波形；2）求整流输出平均电压Ud、电流Id和二次侧电流有效值I2；3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。