2022年电气类专业知识点--电力电子知识点讲义整理.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载电力电子技术学问点讲义汇总-每天向上图文工作室独家整理复习笔记学问点 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(4)沟通变沟通 AC-AC :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;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:指能
2、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;2 电力电子器件一般都工作于开关状态,以减小本身损耗;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
3、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
4、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 SCR 晶闸管的结构与工作原理名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载晶闸管的双晶体管模型将器件 N1、P2 半导体取倾斜截面,就晶闸管变成V1-PNP 和 V2-NPN 两个晶体管;晶闸管的导通工作原理(1)当 AK 间加正向电压 E A,晶闸管不能导通,主要是中间存在反向 PN 结;(
5、2)当 GK 间加正向电压 E G,NPN 晶体管基极存在驱动电流 I G,NPN 晶体管导通,产生集电极电流 I c 2;(3)集电极电流 I c 2 构成 PNP 的基极驱动电流,PNP 导通,进一步放大产生 PNP 集电极电流 I c 1;(4)I c 1 与 I G 构成 NPN 的驱动电流,连续上述过程,形成剧烈的负反馈,这样 NPN 和 PNP 两个晶体管完全饱和,晶闸管导通;2.3.1.4.3 晶闸管是半控型器件的缘由(1)晶闸管导通后撤掉外部门极电流IG,但是 NPN 基极仍旧存在电流,由PNP 集电极电流Ic 1供应,电流已经形成剧烈正反馈,因此晶闸管连续维护导通;(2)因此
6、,晶闸管的门极电流只能触发掌握其导通而不能掌握其关断;2.3.1.4.4 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
7、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;GTO 元,(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
8、即可以通过门极电流掌握GTO 导通和关断;第 2 页,共 26 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载(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UGS大于某一电压值UT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
9、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;(1)IGBT 是三端器件,具有栅极G、集电极2.4.4.1 IGBT的结构和工作原理C 和发射极E;(2)IGBT 由 MOSFET 和 GTR 组合而成;第 3 章 整流电路(1)整流电路定义:将沟通电能变成直流电
10、能供应直流用电设备的变流装置;3.1.1 单相半波可控整流电路( 4)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;( 7)几个定义 “ 半波” 整流:转变触发时刻,u d 和 di 波形随之转变,直流输出电压 u d 为极性不变但瞬时值变化的脉动直流,其波形只在 u 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;3.1.1.3 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
11、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原理图名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载 由 4 个晶闸管( VT 1 VT 4)组成单相桥式全控整流电路; VT 1 和 VT 4 组成一对桥臂,VT 2 和 VT 3组成一对桥臂;( 2)单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图0
12、:VT 1 VT 4未触发导通,出现断态,就ud0、di0、2i0;uVT1uVT4u2,uVT1uVT41u2;a 点电压高于b 点, VT 1 和 VT 4 承担正向电压,因此牢靠导通,2:在角度时,给VT 1 和 VT 4 加触发脉冲,此时uVT1uVT40;电流从 a 点经 VT 1 、R、VT 4 流回 b 点;udu2,i2id,外形与电压相同;:电源u2过零点, VT 1 和 VT 4承担反向电压而关断,uVT1uVT41u2(负半周) ;2同时, VT 2 和 VT 3未触发导通,因此ud0、id0、2i0;2:在角度时,给VT 2 和 VT 3加触发脉冲,此时b 点电压高于a
13、 点, VT 2 和 VT 3承担正向电压,因此牢靠导通,uVT 2uVT30;VT 1 阳极为 a 点,阴极为b 点; VT 4 阳极为 a 点,阴极为b 点;因此uVT1uVT4u2;电流从 b 点经 VT 3 、R、VT 2 流回 b 点;udu2,i2id;( 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Ud12 U2sintdt22 U21cos0.9 U21cos22( 5)负载直流电流平均值IdUd22U21cos0.9U21cosRRR22( 6)晶闸管参数运算名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共
14、 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 承担最大正向电压:1学习好资料欢迎下载12U22 承担最大反向电压:2U2 触发角的移相范畴:0 时,Ud0 U2;180o时,Ud0;因此移相范畴为180o; 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IdVT1Id0.45U2cos 2;2R3.1.2.2 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( 2)单相桥式全控整流电路带阻感负载时的波形图分析时,假设电路已经工作于稳态下;名师归纳总结 - - - - - - -假
15、设负载电感很大,负载电流不能突变,使负载电流di连续且波形近似为一水平线;:在角度时,给VT 1 和 VT 4 加触发脉冲,此时a 点电压高于b 点, VT 1 和 VT 4 承担正向电压,因此牢靠导通,uVT1uVT40;电流从 a 点经 VT 1 、L 、R、VT 4流回 b 点,udu2;id为一水平线,iVT1,4idi2;VT 2 和 VT 3为断态,iVT2,30:虽然二次电压u 已经过零点变负,但因大电感的存在使VT 1 和 VT 4连续导通;第 5 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料欢迎下载uVT1uVT40,udu2,iVT1,4id
16、i2,iVT2,30;2:在角度时,给VT 2 和 VT 3加触发脉冲,此时b 点电压高于a 点, VT 2 和 VT 3承担正向电压,因此牢靠导通,uVT 2uVT30;由于 VT 2 和 VT 3的导通, 使 VT1 和 VT 4 承担反向电压而关断iVT1,40;VT 1 阳极为 a 点,阴极为 b 点;VT 4 阳2极为 a 点,阴极为b 点;因此uVT1,4u2;电流从 b 点经 VT 3 、L 、R、VT 2流回 b 点,udu2;id为一水平线,iVT 2,3idi2; 2:虽然二次电压u 已经过零点变正,但因大电感的存在使VT 2 和 VT 3连续导通;uVT2uVT30,uV
17、T1,4u2,udu2,iVT 2,3idi2,iVT1,40;( 3)直流输出电压平均值Ud12U2sintdt22 U2cos0.9 U2cos( 4)触发角的移相范畴0 时,Ud0 U2;90o时,Ud0;因此移相范畴为90o;正向:2U2( 5)晶闸管承担电压:;反向:2U23.1.2.3 带反电动势负载时的工作情形( 1)单相桥式全控整流电路带反电动势负载时的原理图 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢(忽视其中的电感)等时,负载可看成一个直流电压源,即反电动势负载;正常情况下,负载电压ud最低为电动势E ;u2E时,才有晶闸管承担正电压,有导通的可能; 负载侧只有u 瞬时值的肯定值大于
18、反电动势,即 2( 2)单相桥式全控整流电路带反电动势负载时的波形图:名师归纳总结 在角度时,给 VT 1 和 VT 4 加触发脉冲, 此时u2E,说明 VT 1 和 VT 4 承担正向电压, 因此牢靠导通,udu2,第 6 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料欢迎下载udu2,idudRE;idudRE;:在角度时,u2E,说明 VT 1 和 VT 4 已经开头承担反向电压关断;同时,由于VT 2 和 VT 3仍未触发导通,因此udE,di0;:此过程为VT 2 和 VT 3 导通阶段, 由于是桥式全控整流,因此负载电压与电流
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