600MW机组理论培训教材

600MW机组理论培训教材基础理论部分第一节电力电子技术简介电力电子技术是以电力为对象的电子技术，是利用电力电子器件对电能进行控制、转换和传输的技术。电力电子电路的根本任务是完成交流和直流电能的转换。其基本的转换形式可分为如下四种：一是整流；二是直流斩波；三是逆变；四是可控硅整流。1.常用电力电子器件电力电子器件根据不同的开关特性可分为不可控器件、半控型器件、全控型器件三种类型；根据控制信号不同，电力电子器件还可分为电流控制型器件、电压控制型器件两类。1.1.半导体自然界中的物质，按照它们导电能力的强弱可分为导体、半导体和绝缘体三大类。凡容易导电的物质称为导体；不容易导电的物质称为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。半导体具有热敏性、光敏性、杂敏性等特殊性能。1.2.硅可控整流电路晶闸管又称可控硅SCR，是一种可控的整流元件，习惯上简称可控硅。可控硅有三个级，分别为阳极A,阴极K和控制极G。可控硅具有可控的单相导电特性，即一是当可控硅阳极电位高于向电压；二是控制极与阴极间必须加上正向触发电压。只有同时满足这两个条件，晶闸管才能导通，否则处于阻断状态。在整流电路中，晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发脉冲的输入时刻，即改变控制角（正向控制极电压的施加时刻滞后于自然换流点的电角度称为控制角）的大小，在负载上可得到不同数值的直流电压。应用:发电机励磁系统三相桥式全控整流电路2.直流-交流逆变电路：整流(将交流电转换为直流电)的逆向过程，即将直流电转换为交流电的过程，称为逆变。3.交流—交流变频电路：变频电路是用于改变交流频率的装置，以获得不同于电网频率或频率可调的交流电源，可应用于交流电动机的变频调速、感应加热等场合。变频有两种方式：一种是间接变频，另一种是直接变频,4.门电路与组合逻辑电路电子技术中将需要处理的电信号分为两大类：一类为模拟信号，指在时间上和数值上连续变化的信号；另一类为数字信号，数字电路中的工作信号通常都是持续时间很短的跃变信号，也称为脉冲信号。处理模拟信号的电路称为模拟电路，处理数字信号的电路称为数字电路。4.1.逻辑门电路最基本的逻辑门有三种，它们是与门、或门和非门。由这三种基本门电路可组成各种复合门电路以及能实现复杂逻辑功能的组合逻辑电路。4.1.1.与逻辑门电路实现与逻辑关系的电路称为与门。只有当输入端全为高电平时，输出才是高电平，否则输出均为低电平，符合与逻辑关系，故称为与门电路。如下图所示：4.1.2.或逻辑门电路实现或逻辑关系的电路称为或门。只要有一个输入端为高电平时，输出就是高电平，只有输入端均为低电平时输出才是低电平，符合或逻辑关系，故称为或门电路。如下图所示：4.1.3.非逻辑门电路实现非逻辑关系的电路称为非门。非门电路的输人与输出是相反的，即输入为1时，输出为0；输人为0时，输出为1,输出为输人的非，实现了非逻辑关系，故称为非门电路。如下图所示：4.1.4.与非逻辑门电路与非门是由一个与门和一个非门直接相连构成的。其中与门的输出连接非门的输入。与非门的逻辑关系可概括为：“有0为1,全1为0”。如下图所示：4.1.5.或非逻辑门电路或非门是由一个或门和一个非门直接相连构成的，其中或门的输出连接非门的输人。或非门的逻辑关系可概括为：“有1为0，全0为1”。如下图所示：4.2.TTL与非逻辑门电路由于这种集成门电路的结构形式采用了半导体三极管，其与功能和非功能都是用半导体三极管实现的，所以，一般称为晶体管—晶体管逻辑与非门电路，简称TTL与非门。在一块集成电路里，可以封装多个与非门。4.3.TTL三态输出与非门(TSL)三态输出与非门，简称三态门。它是一种受控与非门，且输出有3种状态。高电平1态，低电平0态和高阻状态(称为开路状态或禁止状态)。逻辑符号中的EN为控制端，A、B为输入端。当EN有效时，输出F=AB，三态门工作，且相当于与非门：当EN无效时，不管A、B的状态如何，输出端开路总处于高阻状态或禁止状态。如下图(a)所示为EN高电平有效，如下图(b)所示为EN低电平有效。4.4.半加器：在二进制数加法运算中，要实现最低位的加法，必须有两个输入端(加数和被加数),两个输出端(本位和数及向高位的进位数)，这种加法逻辑电路叫半加器。设A为被加数，B为加数，S为本位和，C为向高位的进位数。S是异或逻辑，C是与逻辑，可用异或和与门实现。半加器的逻辑符号如图下图所示：4.5.全加器：全加过程是被加数、加数以及低位向本位来的进位数三者相加，所以全加器有三个输入端(加数、被加数以及低位向本位来的进位数)，两个输出端(本位和数及向高位的进位数)。设An为被加数，Bn为加数，Cn-1为低位向本位的进位数，Sn为本位的全加和，Cn为本位向高位的进位数，全加器可由两个半加器和一个或门组成。4.6.基本R-S触发器：基本R-S触发器由两个与非门交叉连接而成。Rd、Sd是信号输入端，Q、Q是输出端。在正常情况下，两个输出端Q、苍的逻辑状态能保持相反。一般把Q的状态规定为触发器的状态。基本R-S触发器有两个稳定状态，即置位(置1)或复位(置0)状态。在直接置位端加负脉冲(RD=0)即可置位(Q=1〉，在直接复位端加负脉冲(RD=0)即可复位(Q=0)。负脉冲除去后，直接置位端和直接复位端都处于高电平(因为两个输入端平时固定接高电平)，此时触发器保持相应负脉冲去掉前的状态(保持原状态不变)，实现存储或记忆功能。但要注意负脉冲不可同时加在直接置位端和直接复位端。如下图所示：4.7.可控R-S触发器：克服基本R-S触发器输出状态直接受输入信号控制的缺点，在基本R-S触发器的基础上增加两个控制门和一个触发信号，让输入控制信号经过控制门传送到基本触发器。与非门GA和GB构成基本R-S触发器；与非门Gc和GD是控制门；S和R是置1和置0信号输入端(高电平有效)；CP是时钟脉冲，时钟脉冲起触发信号的作用。这就是可控R-S触发器。如下图所示：5.D/A转换器：能将数字量转换为模拟量的装置称为数/模变换器，简称D/A转换器。6.A/D转换器：能将模拟量转换为数字量的装置称为模/数变换器，简称AD变换器。第二节电气的基本概念和定律1.电气原理基本概念1.1.电路：为实现一定的目的，将有关的电气设备或部件按照一定方式联接起来所构成的电流的通路。它包括电源设备、负载设备、中间设备。根据电源与负载之间连接方式的不同，电路有通路、开路、短路三种不同的状态。电路理论中，引用的基本电路元件有：反映消耗电能的电阻元件、反映储存电场能量的电容元件、反映储存磁场能量的电感元件，以及反映向电路提供电能或信号能的电压源或电流源。上述元件都有两个两个端钮，称为二端元件。1.1.1.电阻元件电阻元件上电压和电流之间的函数关系，称为电阻元件的伏安特性。电阻元件两端电压与电流的关系服从欧姆定理，其伏安特性成正比关系，这种电阻元件称为线性电阻元件，通常把线性电阻元件称为电阻。正弦电路中电阻两端电压与电流相位相同，电阻上电压和电流的最大值、有效值均满足欧姆定理。导体电阻与导体长度成正比，与导体截面积成反比，与导体的材料有关。金属导体的电阻值，随温度的升高而增大。1.1.2.电容元件在两块金属极板之间隔以绝缘介质，就可以构成一个简单的电容器，实际电容器因介质不是理想的绝缘体，往往会出现一些漏电现象，如果不考虑这种微弱的漏电想象，电容器就可看作是一种理想的二端元件，称为电容元件。在电容电路中，电容元件有通交隔直的作用。1.1.3.电感元件一个用导线绕成的线圈，当线圈中有电流通过时，线圈周围即建立起磁场，磁场的磁通为Ф，如果不考虑导线的电阻，这就是一个理想二端元件，称为电感元件，单位为亨利H。在直流电路中，电感元件相当与短路。1.2.电场：带电体周围空间存在一种特殊形态的物质，称为电场。1.3.电场力：电场对置于其中的电荷有力的作用，称电场力。1.4.电流：在电场的作用下，电荷有次序的流动这一物理现象。衡量电流大小的量叫做电流强度，它等于单位时间内通过导体某横截面的电量。电流强度简称电流。并规定：正电荷流动的方向为电流的方向。1.5.电压：电荷在电场力的作用下从一点移动到另一点，其电位能的改变量称为电压。用来衡量电场力做功的能力。1.6.电动势：衡量电源将非电能转换为电能本领大小的物理量，用e表示。电动势仅存在于电源内部，并规定：电动势的方向是从负极到正极，电位升的方向。1.7.电位：在电场中，单位正电荷从a点移至参考点时，电场力所做的功，称为a点对参考点的电位。1.8.电阻：是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，是客观存在的，它与导体两端所加的电压和流过的电流强度大小无关，是用导体两端的电压同流过导体的电流强度的比值来表示该导体的电阻，单位用欧姆表示。1.9.电功：电流通过用电器所做的功，称为电功。单位用焦耳表示。1.10.电功率：单位时间内电流所做的功，称为电功率。单位用瓦特表示。1.11.交流电流和电压：大小和方向都随时间变化的电流和电压。1.12.正弦交流电流和电压：随时间变化按正弦规律变化的交流电流和电压。其表达式为：i=Imsin(ωt+ψ)u=Umsin(ωt+ψ)正弦交流量的三要素：Im最大值（振幅角）、ω角频率、ψ初相角。1.13.有效值：一个周期交流量（电压或电流）和某一直流量分别作用与同一电阻R上，若在相同的时间内它们所产生的热量相等，则称这个直流量的值为交流量的有效值，用I或U表示。设一交流量为：i=Imsin(ωt+ψ)或u=Umsin(ωt+ψ)则其有效值与最大值的关系为：1.14.瞬时功率：在正弦交流电路，某一时刻电路吸收或发出的功率。1.15.有功功率：在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式（如光、热、机械能等）的那部分能量的平均功率叫做有功功率。即电路中电阻元件所消耗的功率之和。用P表示，P=UIcosφ1.16.无功功率：用于电路内电、磁场交换的那部分能量最大功率。用Q表示。Q=UIsinφ1.17.视在功率：电路输入端电压有效值U和电流有效值的乘积。用S表示，S=UI。有功功率、无功功率、视在功率三者的关系：S2=P2+Q2。1.18.功率因数：有功功率与视在功率的比值，用cosφ表示。1.19.谐振：当一个含有L、C元件的无源一端口网络在正弦激励作用下，其人端阻抗呈电阻性，即网络中电压和电流同相时，这种工作状态称为谐振。谐振是正弦稳态电路的一种特殊工作状态，也是电路的一种特殊现象。1.20.串联谐振：当RLC串联电路发生谐振时称串联谐振。串联谐振条件：Xl=Xc其特点为：1.20.1.电路的阻抗Z0=R1.20.2.电路的电流I0=U0/R1.20.3.电路中各个元件的电压：Ur=UUl=Uc=QU（Q=1/ω0CR）“Q”为谐振电路的品质因数，它表明在谐振状态下，电感（或电容）上的电压为电路外施电压的多少倍。因此，串联谐振又称为电压谐振。它具有很大的破坏性。1.21.并联谐振：当RLC并联电路发生谐振时称并联谐振。并联谐振的条件：ωC=1/ωL并联电路发生谐振时，电感电流与电容电流大小相等，相位相反，支路电流在数值上会比总电流大很多，所以并联谐振又称电流谐振。1.22.三相制：由三个频率相同而相位不同的电压源作为电源供电的体系。1.23.对称三相正弦交流电源：由三个频率相同、振幅相等、相位互差120度的正弦电压源按一定方式联接而成的。每一个电压源称为一相。对称三相电压通常由三相交流发电机产生。1.24.三相电源和负载均可联成Y形和△形，三相电源和三相负载通过端线相联，可接成Y——Y、Y——△、△——Y、△——△四种形式。1.25.三相四线制系统：三相电源和负载采用Y-Y联接，且电源与负载的中性点相连接，称为三相四线制系统。电源与负载的中性点的连线称为中线，有时以大地作为中线，所以又称地线。1.26.中性点位移：在三相四线制系统中，即有中线的Y-Y系统，若中线阻抗ZN=0，则负载中性点和电源中性点电位相等，即中性点重合，这时虽然负载不对称，但是负载相电压仍是对称的。若中线阻抗ZN不等于0，则