2022年电力电子复习要点 .pdf

学习好资料欢迎下载电力电子考试一：填空、选择30 分二：简答30 分三：分析计算40 分第一、二章10 分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控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。电子技术包括：信息电子技术和电力电子技术信息电子技术包括模拟电子技术和数字电子技术电力电子技术主要用于电力变换而信息电子技术主要用于信息处理。2 电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC-AC：逆变（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制3.电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如可控硅整流器 SCR、快速晶闸管FST、双向晶闸管TRIAC、逆导晶闸管RCT、光控晶闸管LTT（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。如门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR、电力场效应晶体管MOSFET和绝缘栅双极晶体管IGBT。（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。4.晶闸管导通条件晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。5维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。变为关断：去掉阳极所加的正向电压，或者给阳极施加反压，或者使流过晶闸管的电流降低到接近零的某一数值以下6.GTO、GTR、MOSFET和 IGBT的导通和关断的条件门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR、电力场效应晶体管MOSFET和绝缘栅双极晶体管IGBT。GTO与普通晶闸管相同，只是导通饱和程度较浅。MOSFET导通：漏极与栅极加正电压，栅极与源级加合适正电压。关断：栅极与源级电压为0 或加反向电压。IGBT导通：集电极与发射极加正电压，同时栅极和射级加正压。关断：栅极射级之间施加反压或不加信号名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载第三章 40 分50分3.1 节 有大题概念整流电路：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。单拍电路：指变压器副边在工作过程中只流过一个方向的电流，此时变压器有直流磁化现象；双拍电路：指变压器副边在工作过程中流过正反双向电流；半波整流：其波形只在2u正半周内出现，因此称“半波”整流。触发延迟角 ：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用表示,也称触发角或控制角。导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为，用表示。在半波电路中，。的移相范围：指触发角 可以变化的角度范围。在不同的电路中，有不同的角度范围。单相半波可控整流电路中：0单相桥式全控整流电路中：带电阻 负载0180 阻感 负载 090三相半波可控整流电路：电阻负载时0 150 阻感负载090三相桥式全控整流电路：电阻负载时0120阻感负载 0 90双反星形可控整流电路：0120相控方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。（1）单相半波可控整流电路：2cos145.02dUU单相半波可控整流电路中：0(2)单相桥式全控整流电路A 带电阻 负载 的工作情况名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载VT1和 VT4组成一对桥臂，VT2和 VT3组成一对桥臂。直流输出电压平均值2cos19.02dUU负载直流电流平均值2cos19.02dRUI晶闸管电流平均值：2cos145.0212ddVTRUII（VT1、VT4与 VT2、VT3轮流导电）最大正向电压：)2(212U最大反向电压：22U单相桥式全控整流电路中：带电阻 负载0180 阻感 负载 090B 带阻感 负载 的工作情况负载电流di连续且波形近似为一水平线。直流输出电压平均值cos9.02dUU触发角的移相范围为o90。晶闸管承受电压：正向：22U；反向：22UC 带反电动势负载时的工作情况名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载Eu2时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。：停止导电角。22arcsinUE续流：串连一个平波电抗器（大电感）d2221222sind()cos0.9cosUUttUUREUIdd名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载3.2 节 有大题（1）三相半波可控整流电路A 电阻负载三相不可控整流电路：将晶闸管换成不可控二极管工作过程：三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压即为该相的相电压。21tt：a 相电压最高，则VD1导通，VD2和 VD3反压关断，auud。32tt：b 相电压最高，则VD2导通，VD3和 VD1反压关断，buud。43tt：b 相电压最高，则VD2导通，VD3和 VD1反压关断，buud。每个二极管导通120自然换向点：在相电压的交点1t、2t、3t 处，出现二极管换相，这些交点为自然换向点。三相半波可控整流电路：电阻负载时0 150阻感负载090三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（o0）（o30）（o60）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载 当o30时，负载电流处于连续状态，各相导电o120。当o30时，负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电o120。当o30时，负载电流处于断续状态，直到o150时，整流输出电压为零。o30时，整流电压平均值（负载电流连续）：cos17.12dUU当o0时，dU最大，2d17.1UU。o30时，整流电压平均值（负载电流断续）：)6cos(1675.02dUU当o150时，dU最小，0dU。负载电流平均值：RUIdd。晶闸管承受的最大反向电压：222RM45.2632UUUU晶闸管最大正向电压2FM2UU。阻感负载名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载 当阻感负载中的电感值很大时，整流获得的电流di波形基本是平直的，即流过晶闸管的电流接近矩形波。当o30时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载电流均连续。三相半波可控整流电路带阻感负载时角的移相范围为090 当o90时，负载电压du波形中正负面积相等，du平均值为 0。整流电压平均值（负载电流始终连续）：cos17.12dUU。晶闸管承受的最大正反向电压：222RMFM45.2632UUUUU（2）三相桥式全控整流电路阴极连接在一起的3 只晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组，处于桥臂上端。阳极连接在一起的3 只晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组，处于桥臂下端。晶闸管的导通顺序：VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6三相桥式全控整流电路：电阻负载时0120阻感负载 090带电阻负载时的工作情况（o0）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载 对于共阴极组的3 个晶闸管来说，阳极所接交流电压值最高的一个导通；对于共阳极组的3个晶闸管来说，阴极所接交流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VT1VT2VT3VT4VT5VT6，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT2、VT4、VT6的脉冲依次差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。整流输出电压du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。带电阻负载时的工作情况（o30）1、自然换向点仍为a、b、c 相的交点。2、与o0时相比，晶闸管起始导通时刻推迟了o30，组成du的每一段线电压因此推迟o30，du平均值降低。3、VT1处于通态的o120期间，变压器二次侧a 相电流0ai，波形与同时段的du波形相同。VT4处于通态的o120期间，ai波形与同时段的du波形相同，但为负值。带电阻负载时的工作情况（60）1、du平均值继续降低，并出现了为零的点。2、当o60时，du波形均连续，对于电阻负载，di波形与du波形的形状一样，保持连续。带电阻负载时的工作情况（90）当o60时，负载电流将出现断续状态。B带阻感负载情况整流电压平均值名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载)3cos(134.2：12060cos34.2：602doo2doUUUU输出电流平均值计算公式：RUIdd。有效值：I2=0.816Id 接反电动势阻感负载时：REUI-dd3.3 节 无大题变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角：换相过程持续的时间单向全波：22db）（cos-cosUIX单向全控桥22db2）（cos-cosUIX三相半波：26db2）（cos-cosUIX三相全控桥26db2）（cos-cosUIX换相压降 Ud：每次换相时使平均值降低的数值单向全波：dB1UdIX单向全控桥dB2UdIX三相半波：dB23UdIXXB=wLB 漏抗三相全控桥dB3UdIX3.6 节 填空大功率可控整流电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载3.7 整流电路的有源逆变工作状态（1）逆变：直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。（3）逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。（4）有源逆变电路：将交流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：将交流侧接到负载的电路，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载的电路。（6）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有源逆变产生的条件 变流电路外侧要有直流电动势，其极性必须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。要求晶闸管的控制触发角2，使dU为负值。(5)计算(同整流电路)Ud=-1.35U2l cosREUm-dId流过晶闸管电流有效值：IVT=0.577Id I2=0.816Id注意：半控桥和有续流二极管的电路，由于整流电压不能出现负值，因此不能实现有源逆变。有源逆变计算与整流类似。逆变角与触发角之间遵守的数学关系：+=逆变失败的原因：1.触发电路工作不可靠2.晶闸管故障3.交流电源缺相或突然消失4.换相的裕量角不足所以，不仅 不能为 0，而且不能太小一般为3035作业名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载第四章（两个逆变）逆变：将直流电能变成交流电能。有源逆变：逆变电路的交流输出侧接在电网上。无源逆变：逆变电路的交流输出侧直接和负载相连。换流：电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也叫做换相名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载换流方式分类：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压强迫换流：给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。也称电容换流。4.2 节 电压型逆变电路逆变电路分类：根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。电压（源）型逆变电路：直流侧为电压源。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，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率，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，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道。电流（源）型逆变电路：直流侧为电流源。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，直流回路呈现高阻抗。电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。（1）单相电压型逆变电路（1.A）半桥逆变电路20t：V1 栅 极 高 电 平，V2 栅 极 低 电 平，因 此V1 为 通态，V2为断态，则负载电压2/dmoUUu。2t 时刻：V1 开始关断，但感性负载中的电流oi不能立即改变方向，于是VD2 导通续流（称为续流二极管），则负载电压2/dmoUUu。直到3t 时刻oi降为零时，VD2 截止，V2开始导通，负载电压仍为2/dmoUUu，oi反向。上述电路中开关器件若为晶闸管，则需要使用强迫换流电路。缺点：输出交流电压幅值为Ud/2.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载（1.B）全桥逆变电路有 4 个桥臂，看作两个半桥电路组合而成，两对桥臂交替导通各180，波形与半桥相同，输出交流电压幅值为Ud。移相调压：采用移相的方式调节逆变电路的输出电压，实际上调节输出电压脉冲宽度。（2）三相电压型逆变电路 开关器件为IGBT。直流侧由两个电容器组成，电压中点为N。直流电压为dU，因此“+”电压为2/dU，“”电压为2/dU。负载侧中点为N。（2）工作方式（180导电方式）每个桥臂（上或下）的导电角度为180，同一相上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120。oo600oo12060oo180120oo240180oo300240oo360300V1V1V1V4V4V4V6V6V3V3V3V6V5V2V2V2V5V5 任一瞬间，将有三个桥臂同时导通，可能是上面一个桥臂下面两个桥臂，也可能是上面两个桥臂下面一个桥臂同时导通。每一次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，即纵向换流。计算：输出线电压有效值：基波幅值：Uuv1m=1.1Ud 基波有效值：Uuv1=0.78Ud 负载相电压有效值：Uun=0.471Ud 基波幅值：Uun1m=0.637Ud 基波有效值：Uun1=0.45Ud 作业：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载第五章：直流-直流变流电路（4 种斩波电路）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。直接直流变流电路也叫直流斩波电路。基本直流斩波电路：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斩波电路和 Zeta 斩波电路。斩波电路三种控制方式：脉冲宽度调制（PWM）、频率调制和 混合型（ton 和 T 都可调）。1.降压斩波电路（1）包含全控型器件V，由 IGBT组成。（2）包含续流二极管VD，作用是保证IGBT关断时给负载中电感电流提供通道。（3）负载：直流电动机，两端呈现反电动势mE。（4）假设负载中电感值很大，电流连续。负载电压平均值：EETtUono，其中为占空比。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载电感 L极大时，负载电流平均值：REUImoo。2升压斩波电路（1）包含全控型器件V，由 IGBT组成。（2）包含极大值的电感L 和电容 C。（3）负载为电阻R。输出电流平均值：RUIoo。升压斩波电路能够保证输出电压高于电源电压的原因。（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。3.升降压斩波电路0 1/2:降压1/2 1：升压EEttUon-1offo4.CuK斩波电路EEttUon-1offo与 3 相比，输入点与电流和输出负载电流都是连续的复合斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路的组合多相多重斩波电路：相同结构的基本斩波电路组合作业：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载第六章（一个交流-交流变流电路）交流电力控制电路-只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路变频电路-该变频率的电路交流电力控制电路-两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管就可控制交流电力交流调压电路每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值；交流调功电路以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数和断态周期数的比，调节输出功率的平均值；交流电力电子开关并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。相控方式斩控方式6.1.1 单相交流调压电路(1)相控方式(电路 原理 计算)1、电阻负载控制触发角 范围：0I0=U0/R 2、阻感负载控制触发角 范围：；斩控方式(了解)一般采用全控型器件作为开关器件阻抗角：=arctan（wL/R）例题：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载第 7 章 PWM 控制技术PWM 控制：即脉冲宽度控制技术，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，其中包含波形的形状和幅值。冲量：指窄脉冲的面积。脉冲面积等效原理：当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，即惯性环节的输出响应波形基本相同。PWM 波形：正弦半波分成N 等份，得到N 个彼此相连的脉冲序列，该序列脉冲为等宽度而不等幅值，即脉冲宽度均为N/，但脉冲幅值不等，按正弦规律变化。采用N 个等幅值而不等宽度的矩形脉冲代替，保证矩形脉冲的中点与相应正弦半波脉冲的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦半波脉冲的面积（冲量）相等，这样能够保证矩形脉冲与正弦半波脉冲的作用相同。SPWM 波形：当 PWM 波形的脉冲宽度按正弦规律变化，与正弦波等效时，称为SPWM 波形。获得 PWM 的方法:计算法/调制法/跟踪控制法调制法：调制信号：希望逆变路输出的波形载波：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。单相桥式逆变电路与PWM 控制技术调制信号波为ru 正弦波，载波为cu 三角波。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 21 页 -学习好资料欢迎下载（1）单极性PWM 控制技术特点：在调制信号波半个周期内，三角形载波只在正极性或负极性一种极性范围内变化（2）双极性PWM 控制技术特点：在调制信号波半个周期内，三角形载波可以在正极性或负极性两种极性范围内变化异步调制和同步调制载波比：载波频率cf 与调制信号频率rf之比，rc/ffN。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）控制方式：保持载波频率cf 固定不变，这样当调制信号频率rf 变化时，载波比N 是变化的同步调制（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，即改变调制信号波频率的同时成正比的改变载波频率，保持载波比N 等于常数，称为同步调制。分段同步调制（1）定义：把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，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）7.3 PWM跟踪控制技术PWM 波形生成的第三种方法 跟踪控制方法把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 21 页 -