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电力电子技术课程辅导1 基本电路形式及波形辅1讲电力电子技术的知识1.电力电子技术的定义:1）国际电气和电子工程师协会（IEEE）的电力电子学会将电力电子技术表述为：有效地使用电力半导体器件，应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术。2）倒三角形的论述:Newell所提出的“倒三角”定义，已为各国所接受，即把电力电子学定义为一门交叉于电气工程三大领域：电力、电子和控制之间的边缘科学3）电力电子技术能实现的变换:电力电子技术中包括了:电压变换、电流变换、频率变换、波形变换等。因此，早期我国也称电力电子技术为半导体变流技术。4）电力电子器件:电力电子技术是在电力电子器件的基础上发展起来的。器件的符号、功能、特点5）电力电子技术的任务：电力电子技术是研究变流技术，其实就是利用弱电来控制强电的一门技术。它利用电力半导体器件本身具有的可控特性，把输入的电源能量经过变换，变成负载所需要的能量形式，来保证负载按照我们所期望的方式工作。电力电子技术是实现电源变换的。2.电力电子技术的基本内容：1）变流：（1）整流与逆变：把交流电变成直流电的过程叫整流。把直流电变成交流电的过程叫逆变。（2）直流变直流：斩波器可以实现这一任务。（3）交流变交流：蛮我们讲的交交变频器。2）电路形式与波形：（1）单相半波可控整流电路（2）单相全波整流电路（3）单相半桥电路（4）纯电阻负载（5）阻感负载（6）电感负载（7）反电势负载（8）三相半波整流电路（9）三相半波整流电路（共阳极）（10）三相半波整流电路电感负载（11）三相全桥电路=0=30=60三相全控桥整流输出电压脉动小，脉动频率高，F=300HZ。在负载要求相同的直流电压下，晶闸管所承受的最大正反向电压将比三相半波时减小一半。变压器的容量也较小。三相电流平衡，适用于大功率高电压可变直流电源的负载。电路需用六只晶闸管，触发电路较复杂。常用在可进行有源逆变的负载。或中大容量可逆调速直流电动机中。（12）三相半桥电路电阻负载大电感受负载（13）大电流电路（14）12相整流（15）单相无源逆变电路（16）三相无源逆变电路（16）三相有源逆变电路=30=60（17）三相桥逆变电路（18）交流调压电路（19）直流斩波器降压斩波器升压斩波器（20）复合斩波器分成降压斩波器 升压斩波器（21）桥式斩波器（22）斩波器换流电路（23）（23）电压型 逆转变器（24）电流型 逆转变器（23）电压型逆变器的特点：1）直流侧为电压源（或并联有大电容，相当于电压源），直流侧电压基本无脉动，直流回路基本呈现低阻抗。2）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。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。3）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。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥的各臂上都并联了反接续流二极管（24）电流型逆变电路有以下主要特点：1)直流侧为电流源(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。2)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，而且与负载阻抗角无关。而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。3)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。由于反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型逆变电路那样给开关器件反并联续流二极管。（25）换流方式所谓换流，是电力电子电路中常说的开通和关断电力电子器件，负载的电流由原来导通的电力电子器件提供转换成现在导通的电力电子器件提供，我们称之为换流。在换流过程中原来导通的器件要进入关断状态，而原来关断的器件要进入开通状态。1）器件换流；2）电网换流；3）负载换流；4）强迫换流。（26）半桥逆转变器（27）全桥逆转变器（28）带变压器中心抽头的逆转变器（29）三相桥式逆变器及输出波形（30）电流型 逆转变器（31）三相电流逆转变器的换流过程：（32）认识多重逆转变器（33）交-交变频电路（34）交-交变频器的无环流工作的死区（35）交-交变频器的工作方式：1）无环流工作方式：即两组整流器不能同时工作，一组工作，另一组不工作，两组整流器之间不存在环流。两组切换时必须有一个时间间隔（死区）。这将引起电流不连续。也限制了输出频率的提高。2）有环流工作方式：两组整流器同时加控制脉冲工作，组和组变流器输出直流平均电压相等，无直流环流产生。（36）国内交国内交-交交变频的的现状：状：2000年第一套热连轧机交交变频调速的在攀枝花钢铁公司投入运行。据统计从1996年至2005年，我国大功率交交变频轧机传动系统共263套，其中国内制造171套，占65%。我国大功率交交变频的技术水平与应用规模已超过美国GE、法国Alstom、意大利Ansaldo，达到世界先进水平；彻底扭转了大型工业轧钢传动装备长期依赖于进口的局面。（37）PWM是一种控制方法PWM（Pulse Width Modulation）型变频电路即采用脉冲宽度调制型变频电路。PWM控制技术就是控制半导体开关元件的导通与关断时间比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，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其输出响应波形基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。（38）用PWM带替正弦波与逆转变电路（39）三相PWM逆变器（40）电压型PWM逆变电路的控制方法。一、一、计算法算法根据上节讲述的PWM控制的基本原理，如果给出了逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。二、调制法制法把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。电力电子技术课程辅导2 计算公式辅2讲1。单相整流的计算公式：1）单相整流纯电阻负载2）单相整流阻-感负载3）单相整流电感负载2。三相整流的计算：1）三相半波电阻负载2）三相半波电阻-电感负载3）三相半波电感负载4）三相全波电感负载电力电子技术课程辅导3习题及作业辅3讲