2022年电力电子教材重点知识点总结.docx

电力电子技术复习题第 1 章 绪 论1 电力电子技术定义： 是使用电力电子器件对电能进行变换和掌握的技术,是应用于电力领域的电子技术,主要用于电力变换；2 电力变换的种类（1） ）沟通变直流 AC-DC ：整流（2） ）直流变沟通 DC-AC ：逆变（3） ）直流变直流 DC-DC ：一般通过直流斩波电路实现,也叫斩波电路（4） ）沟通变沟通 AC-AC ：可以是电压或电力的变换,一般称作沟通电力掌握3 电力电子技术分类： 分为电力电子器件制造技术和变流技术；4、相控方式 ;对晶闸管的电路的掌握方式主要是相控方式5、斩空方式：与晶闸管电路的相位掌握方式对应,采纳全空性器件的电路的主要掌握方式为脉冲宽度调制方式；相对于相控方式可称之为斩空方式；第 2 章 电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系（1） ）主电路：电力电子系统中指能够直接承担电能变换或掌握任务的电路；（2） ）电力电子器件：指应用于主电路中,能够实现电能变换或掌握的电子器件；广义可分为电真空器件和半导体器件；2 电力电子器件一般特点： 1、处理的电功率小至毫瓦级大至兆瓦级； 2、都工作于开关状态,以减小本身损耗； 3、由电力电子电路来掌握； 4、安有散热器3 电力电子系统基本组成与工作原理（1） ）一般由主电路、掌握电路、检测电路、驱动电路、爱护电路等组成；（2） ）检测主电路中的信号并送入掌握电路,依据这些信号并依据系统工作要求形成电力电子器件的工作信号；（3） ）掌握信号通过驱动电路去掌握主电路中电力电子器件的导通或关断；（4） ）同时,在主电路和掌握电路中附加一些爱护电路,以保证系统正常牢靠运行；4 电力电子器件的分类依据掌握信号所掌握的程度分类（1） ）半控型器件：通过掌握信号可以掌握其导通而不能掌握其关断的电力电子器件；如 SCR 晶闸管；（2） ）全控型器件：通过掌握信号既可以掌握其导通,又可以掌握其关断的电力电子器件；如 GTO、GTR、MOSFET 和 IGBT ；（3） ）不行控器件：不能用掌握信号来掌握其通断的电力电子器件；如电力二极管；依据驱动信号的性质分类（1） ）电流驱动型器件：通过从掌握端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件；如 SCR、GTO、GTR；（2） ）电压驱动型器件：通过在掌握端和公共端之间施加肯定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件；如 MOSFET、IGBT ；依据器件内部载流子参加导电的情形分类（1） ）单极型器件：内部由一种载流子参加导电的器件；如MOSFET；（2） ）双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件；如SCR、GTO、GTR；（3） ）复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件；如IGBT；5 半控型器件 晶闸管 SCR2.3.1.4.4 晶闸管的关断工作原理满意下面条件,晶闸管才能关断：（1） ）去掉 AK 间正向电压；（2） ）AK 间加反向电压；（3） ）设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下；2.3.2.1.1 晶闸管正常工作时的静态基本特性（1） ）当晶闸管承担反向电压时,不论门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通；（2） ）当晶闸管承担正向电压时,仅在门极有触发电流的情形下晶闸管才能导通；（3） ）晶闸管一旦导通,门极就失去掌握作用,不论门极触发电流是否仍存在,晶闸管都保持导通；（4） ）如要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下；2.4.1.1 GTO 的结构（1） ）GTO 与一般晶闸管的相同点：是 PNPN 四层半导体结构,外部引出阳极、阴极和门极；（2） ）GTO 与一般晶闸管的不同点： GTO 是一种多元的功率集成器件,其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小 GTO 元,这些 GTO 元的阴极和门极在器件内部并联在一起, 正是这种特别结构才能实现门极关断作用；2.4.1.2 GTO 的静态特性（1） ）当 GTO 承担反向电压时,不论门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通；（2） ）当 GTO 承担正向电压时,仅在门极有触发电流的情形下晶闸管才能导通；（3） ）GTO 导通后,如门极施加反向驱动电流,就GTO 关断,也即可以通过门极电流掌握 GTO 导通和关断；（4） ）通过 AK 间施加反向电压同样可以保证 GTO 关断；2.4.3 电力场效应晶体管 MOSFET（ 1）电力 MOSFET 是用栅极电压来掌握漏极电流的,因此它是电压型器件；（ 3）当 U GS 大于某一电压值 U T 时,栅极下 P 区表面的电子浓度将超过空穴浓度,从而使P 型半导体反型成 N 型半导体,形成反型层；2.4.4 绝缘栅双极晶体管 IGBT（1） ）GTR 和 GTO 是双极型电流驱动器件, 其优点是通流才能强, 耐压及耐电流等级高,但不足是开关速度低,所需驱动功率大,驱动电路复杂；（2） ）电力 MOSFET 是单极型电压驱动器件,其优点是开关速度快、所需驱动功率小,驱动电路简洁；（3） ）复合型器件：将上述两者器件相互取长补短结合而成,综合两者优点；（4） ）绝缘栅双极晶体管 IGBT 是一种复合型器件, 由 GTR 和 MOSFET 两个器件复合而成,具有 GTR 和 MOSFET 两者的优点,具有良好的特性；第 3 章 整流电路（ 1）整流电路定义：将沟通电能变成直流电能供应直流用电设备的变流装置；2、整流电路主要分类方法有：按组成的器件可分为不行控、半空、全控三种；按电路结构分为桥式电路和零式电路；按沟通输入相数分为单相电路和多相电路,按变压器二次电流方向是单向双向可分为单拍电路和双拍电路；3.1.1 单相半波可控整流电路（1） ）触发角 ：从晶闸管开头承担正向阳极电压起,到施加触发脉冲为止的电角度,称为触发角或掌握角；（2） ）几个定义瞬时值变化的脉动直流,其波形只在u 2 正半周内显现,因此称“半波”整流； 单相半波可控整流电路： 如上半波整流,同时电路中采纳了可控器件晶闸管,且沟通输入为单相,因此为单相半波可控整流电路；4、带阻感负载时 ;3、带电阻情形： ud =0.45U21+cos范畴是（ 0）5 电力电子电路的基本特点及分析方法（1） ）电力电子器件为非线性特性,因此电力电子电路是非线性电路；（2） ）电力电子器件通常工作于通态或断态状态,当忽视器件的开通过程和关断过程时,可以将器件抱负化,看作抱负开关,即通态时认为开关闭合,其阻抗为零；断态时认为开关断开,其阻抗为无穷大；3.1.2 单相桥式全控整流电路3.1.2.1 带电阻负载的工作情形1、单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图（3） ）全波整流在沟通电源的正负半周都有整流输出电流流过负载,因此该电路为全波整流；（4） ）直流输出电压平均值U d12U 2 sintd t22U 2 1cos 210.9U 2cos 2（5） ）负载直流电流平均值U d2I dR2U 2 1 Rcos 2U 2 10.9Rcos 2（ 6）晶闸管参数运算 承担最大正向电压：1 2U22 承担最大反向电压：2U 2 触发角的移相范畴： ； 晶闸管电流平均值： VT 1 、VT 4 与 VT 2 、VT 3 轮番导电,因此晶闸管电流平均值只有输出直流电流平均值的一半,即I dVT12 I d0.45 U 2 1Rcos 23.1.2.2 带阻感负载的工作情形 （1）单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图（ 3）直流输出电压平均值U d12U 2 sintd t22U 2 cos0.9U 2 cos（ 4）触发角的移相范畴（ 5）晶闸管承担电压： 正向： 2U 2 ；反向： 2U 23.2 三相可控整流电路3.2.1 三相半波可控整流电路3.2.1.1 电阻负载（2） ）三相半波不行控整流电路带电阻负载时的波形图o 依据上述过程如此循环导通,每个二极管导通120 ； 自然换向点：在相电压的交点t 1、t2 、t3 处,显现二极管换相,即电流由一个二极管向另一个二极管转移,这些交点为自然换向点；o（3） ）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（0 ）自然换向点：对于三相半波可控整流电路而言,自然换向点是各相晶闸管能触发导通的o最早时刻（即开头承担正向电压） ,该时刻为各晶闸管触发角的起点,即0 ；（6） ）三相半波可控整流电路带电阻负载不同触发角工作时的情形总结o 当30时,负载电流处于连续状态,各相导电120 o ；oo 当30时,负载电流处于连续和断续的临界状态,各相仍导电120； 当30 o 时,负载电流处于断续状态,直到150 o 时,整流输出电压为零； 结合上述分析,三相半波可控整流电路带电阻负载时角的移相范畴为 150 o ,其中经历了负载电留恋续和断续的工作过程；（7） ）数值运算o30时,整流电压平均值（负载电留恋续） ：5U d162632U 2 sintd t3 6 U 22cos1.17U 2coso当0时, U d 最大, U d1.17U 2 ；o30时,整流电压平均值（负载电流断续） ：U d12632U 2 sintd t 32 U 2 12cos60.675U 21cos6当150 o 时, U d 最小, U d0 ；U d 负载电流平均值： I dR 晶闸管承担的最大反向电压：为变压器二次侧线电压的峰值,U RM23U 26U 22.45U 2 晶闸管承担的最大正向电压：如 a 相,二次侧 a 相电压与晶闸管正向电压之和为负载整流输出电压U d ,由于U d 最小为 0,因此晶闸管最大正向电压 U FM2U 2 ；2.2.1.2 阻感负载（3） ）三相半波可控整流电路带阻感负载不同触发角工作时的情形总结 阻感负载状态下, 由于大电感的存在, 使负载电流始终处于连续状态, 各相导电o120； 当30 o 时,负载电压 ud 波形将显现负的部分,并随着触发角的增大,使负的部分增多； 当90 o 时,负载电压ud 波形中正负面积相等,ud 平均值为 0；1.17U 2 cos；23U 26U 22.45U 2 结合上述分析,三相半波可控整流电路带阻感负载时角的移相范畴为 90 o ；（4） ）数值运算 整流电压平均值（负载电流始终连续） ： U d 晶闸管承担的最大正反向电压：为变压器二次侧线电压的峰值,U FMU RM3.2.2 三相桥式全控整流电路3.2.2.1带电阻负载时的工作情形（ 3）总结 对于共阴极组的3 个晶闸管来说,阳极所接沟通电压值最高的一个导通；对于共阳极组的 3 个晶闸管来说,阴极所接沟通电压值最低的一个导通； 每个时刻均需 2 个晶闸管同时导通,形成向负载供电的回路,其中1 个晶闸管是共阴极组的, 1 个是共阳极组的,且不能为同 1 相的晶闸管； 对触发脉冲的要求： 6 个晶闸管的脉冲按 VT 1VT 2VT 3VT 4VT 5VT 6 的次序,相位依次差60 o ； 共阴极组 VT 1、VT 3、VT 5 的脉冲依次差差120 o ；120 o ,共阳极组 VT 2、VT 4、VT 6 的脉冲依次 同一相的上下两个桥臂,即 VT 1 与 VT 4, VT 3 与 VT 6, VT 5 与 VT 2,脉冲相差 180 o ； 整流输出电压 ud 一周期脉动 6 次,每次脉动的波形都一样,故该电路为6 脉冲整流电路； 与0 o 时相比,晶闸管起始导通时刻推迟了30 o ,组成 ud 的每一段线电压因此推迟30 o ,ud 平均值降低；VT 1 处于通态的120 o 期间,变压器二次侧 a 相电流 i a0 ,波形与同时段的ud 波形相同；VT 4 处于通态的120 o 期间,i a 波形与同时段的ud 波形相同,但为负值； 与30 o 时相比, 晶闸管起始导通时刻连续向后推迟 30 o ,ud 平均值连续降低, 并显现了为零的点； 当60 o 时, ud 波形均连续,对于电阻负载,i d 波形与ud 波形的外形一样,保持连续；（ 3）总结 当60 o 时,负载电流将显现断续状态；o 当120时,整流输出电压 ud 波形全为零, 因此带电阻负载时的三相桥式全控整流电路 角的移相范畴是 120 o ；3.2.2 、2 带阻感负载时的工作情形角的移相范畴是 903.2.2.7 三相桥式全控整流电路的定量分析ooo（ 1）带电阻负载时的平均值特点：60时,整流输出电压连续；60120时,整流输出电压断续； 整流电压平均值运算公式：以ud 所处的线电压波形为背景,周期为；3260 o ： U d13336U 2 sintd t2.34U 2cos60 o120o ： U d1336U 2sintd t 2.34U 2 1cos3 输出电流平均值运算公式：IU dd；R3.3 变压器漏感对整流电路的影响（补）3.7 整流电路的有源逆变工作状态3.7.1 逆变的概念.1 什么是逆变？为什么要逆变？（ 1）逆变定义：生产实践中,存在着与整流过程相反的要求,即要求把直流电转变成沟通电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变；（3） ）逆变电路定义：把直流电逆变成沟通电的电路；（4） ）有源逆变电路：将沟通侧和电网连结时的逆变电路,实质是整流电路形式；（5） ）无源逆变电路：假如变流电路的沟通侧不与电网连结,而直接接到负载的电路,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的沟通电供应负载的电路；（6） ）有源逆变电路的工作状态：只要满意肯定条件,可控整流电路即可以工作于整流状态,也可以工作于逆变状态；（7） ）变流电路：既工作在整流状态又工作在逆变状态的整流电路；2 逆变产生的条件要有直流电动势,其极性必需和晶闸管的导通方向一样,其值应大于变流电路直流侧的平均电压； 要求晶闸管的掌握触发角2 ,使U d 为负值；3 三相桥整流电路工作于有源逆变状态；4 逆变失败：逆变运行时,一旦发生换相失败,外接得直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或者使逆变的输出的平均电压和直流电动势变成顺向串联；由于逆变电路内阻很小,就会形成很大的短路电流；4.1 1、逆变失败的缘由：A、触发电路工作不行靠,不能准时、精确的给各晶闸管安排脉冲B、晶闸管发生故障,在应当阻断器件,器件失去阻断才能,或在应当导通时,器件不能导通,造成逆变失败C、在逆变工作中,沟通电源发生缺相或突然消逝,由于直流电动势的存在,晶闸管仍可导通,此时变流器的沟通侧由于失去了同直流电动势极性相反的沟通电压,因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路D 换相的裕量角不足,引起换相失败,应考虑变压器漏抗引起重叠角对逆变电路换相的影响；5、防止：为防止逆变失败逆变角不能等于 0,而且不能太小,必需限制在某一答应的最小角度内；第 4 章 逆变电路（1） ）逆变定义：将直流电能变成沟通电能；（2） ）有源逆变：逆变电路的沟通输出侧接在电网上；（3） ）无源逆变：逆变电路的沟通输出侧直接和负载相连；4.1 换流方式分类： 器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流；电压换流：给晶闸管加上反向电压使其关断电流换流：先使晶闸管电流减为零,然后通过反并联二极管使其加上反向电压；4.2 电压型逆变电路（1） ）逆变电路分类：依据直流侧电源性质可以分为电压（源）型逆变电路和电流（源）型逆变电路；（2） ）电压（源）型逆变电路 VSI：直流侧为电压源；（3） ）电流（源）型逆变电路 CSI：直流侧为电流源；（4） ）电压型逆变电路特点 直流侧为电压源,或并联有大电容；直流侧电压基本无脉动,直流回路出现低阻抗； 由于直流电压源的钳位作用,沟通侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关；而沟通侧输出电流波形和相位因负载阻抗情形的不同而不同； 当沟通侧为阻感负载时,需要供应无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用； 图中逆变桥各臂都并联反馈二极管,为了给沟通侧向直流侧反馈的无功能量供应通道；（ 3）电流型逆变电路的特点： 直流侧串联大电感,相当于电流源；直流侧电流基本无脉动,直流回路出现高阻抗； 电路中开关器件的作用仅是转变直流电流的流通路径,因此沟通侧输出电流为矩形波,并且与负载阻抗角无关；沟通侧输出电压波形和相位就因负载阻抗情形的不同而不同； 当沟通侧为阻感负载时需要供应无功功率,直流侧电感起缓冲无功能量的作用；（补充些公式）第 5 章 直流-直流变流电路（1） ）直流-直流变流电路（ DC-DC ）定义：将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置；（2） ）常见的直流 -直流变流电路为直流斩波电路；包括：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、 CUK 斩波电路、 Sepic 波电路和 Zeta 斩波电路；（3） ）基本直流斩波电路为：降压斩波电路和升压斩波电路；5.1.1 降压斩波电路5.1.1.2 降压斩波电路：输出到负载的电压平均值U0 最大为 E,减小占空比,U0 随之减小；5.1.1.3 公式（1） ）负载电压平均值： U oton E TE ,其中为占空比；（2） ）电感 L 极大时,负载电流平均值：UoEmI；oR#斩波电路的三种掌握方式： 1）保持开关周期 T 不变, 调剂开关导通时间 ton ,称为脉冲宽度调制；2） 保持开关导通时间t on 不变,转变开关周期 T,称为频率调制或调频型；3） ton ,和 T 都可调,使占空比转变,称为混合型；5.1.1.4 总结（1） ）通过转变降压斩波电路的占空比大小,就可以转变输出负载电压的平均值；5.1.2 升压斩波电路5.1.2.3 公式（2） ）输出电压平均值：EI 1t on= U oE I1toff,因此 U otontt offEoffT E ； t off（3） ）输出电流平均值： I oU o ；R5.1.1.4 升压斩波电路能够保证输出电压高于电源电压的缘由（1） ）电感 L 放电时,其储存的能量具有使电压泵升的作用；（2） ）电感 L 充电时,电容 C 可将输出电压保持住；第 7 章 PWM 掌握技术PWM 掌握定义：即脉冲宽度掌握技术,它是对脉冲的宽度进行调制的技术,即通过对一系列脉冲的宽度进行调制, 来等效的获得所需要的波形, 其中包含波形的外形和幅值；7.2 PWM 逆变电路及其掌握方法7.2.1 PWM 调制法针对逆变电路：调制信号：期望逆变电路输出的波形载波：接受调制信号调制的信号,常见载波为等腰三角波或锯齿波PWM 波形：载波通过上述调制信号波调制后所得到的波形；（ 1）载波比：载波频率f c 与调制信号频率f r 之比, Nf c / fr ；7.2.2.1 异步调制（1） ）定义：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式,即N 值不断变化,称为异步调制；（2） ）掌握方式：保持载波频率fc 固定不变,这样当调制信号频率f r 变化时,载波比 N是变化的7.2.2.2 同步调制（ 1）定义：在逆变器输出变频工作时,使载波与调制信号波保持同步的调制方式,即转变调制信号波频率的同时成正比的转变载波频率,保持载波比 N 等于常数, 称为同步调制；7.2.2.3 分段同步调制（ 1）定义：把逆变电路的输出频率范畴划分成如干个频段,每个频段内保持载波比N为恒定（同步调制）,不同频段内的载波比不同（异步调制）