电力电子复习整理.doc

1、第一章电力电子技术的概念根据电力电子器件的特性、采用一种有效的静态变换和控制方法，将一种电能形式转换为另 一种电能形式的技术。电力电子功率变换的分类AC/DC变换整流器DC/AC变换逆变有源逆变 DC/AC变换时，交流输出与电网相连。无源逆变 DC/AC变换时，交流输出直接与负载相连 。AC/AC变换变频器DC/DC变换直流斩波第二章功率半导体器件分类不可控型：功率二极管：导通和关断均由电路潮流决定。半可控型：晶闸管:在器件在承受正向电压时，由控制信号控制器件的导通，而关断状态由电 路潮流决定。全控型：可控开关：由控制信号控制器件的导通和关断。绝缘栅双极晶体管IGBT门极可关断晶闸管GTO电力

2、场效应晶体管MOSFET双极结型晶体管BJT绝缘栅门极换流晶闸管IGCT 二极管的工作原理、特性和分类当功率二极管承受正向电压时，它的正向导通压降很小，大约在1V左右当功率二极管承受反向电压时，只有极小的漏电流可通过该器件。正向平均电流IFAV设正弦半波电流的峰值为Im，那么额定电流为：t) *1I F (AV )20 I m sin td (额定电流有效值为：I* (hsin t)2d( t)IfIm2某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形系数Kf电流有效值心上 电流平均值 f If AV2额定电流IFAV =100A的电流功率二极管，其额定电流有效值IF =Kf IFAV =157

3、A。正向压降UF几种常用的功率二极管肖特基二极管快恢复二极管工频二极管晶闸管的工作原理、特性、分类和选型电流有效值、波形系数、额定电压和额定电流晶闸管承受正向电压时，在门极注入正向脉冲电流可将它触发导通。晶闸管一旦开始导通，门极就失去控制作用。不管门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导 通。通过外电路使阳极电流反向，并且降到接近于零的某一数值，可使已导通的晶闸管关断。 晶闸管通过电源电压的正半波控制其导通。当晶闸管电流开始反向时，电源电压变负，晶闸 管所承受的电压也同时反向。理想晶闸管将会使其电流在t=T/2后立即变为0。波形如下图。额定电压Ur选用晶闸管时，应使其额定电压为正常工作电压峰值UM

4、的23倍，以作为平安裕量Ur=(23)Um根据所使用具体电流波形来计算出允许使用的电流平均值选用晶闸管时，设三相工频半波电 流峰值为Im时的波形，通态平均电流为：1It(av) 20 ImSin td( t)正弦半波电流有效值为：I J 0(ImSin t)2d( t)Im2晶闸管有效值与通态平均电流的比值为:IIT AV2P U I1 cos 1有效值与平均值的比为(波形系数)：I K f I d 57 I t(AV)实际电路中，由于晶闸管的热容量小，过载能力低，因此在实际选择时，一般取1.52倍的平安系数，故在给定晶闸管的额定电流后，可计算出该晶闸管的任意波形时允许的电流平均 值为：1.5

5、7 I T( AV)I d2)Kf半导体功率器件开关能量损耗的计算1Ps _ U d I 0 f s (tc(on) tc(off)2可控开关的理想特性描述 关断时，不管正、反向阻断电压有多高，都没有电流流过该器件。 导通时，压降为零，此时可传导任意大的电流。 该器件一旦被触发，立即从导通状态到关断状态，反之亦然。 该器件只需很小的电流就能触发。BJT、达林顿管、MOSFET、GTO和IGBT的根本原理IGBT像MOSFET 样，IGBT的输入阻抗高，只需很小的能量来开关器件 如同BJT 一样，即使当它承受较高电压时，它的导通压降也很小。与GTO类似，IGBT能够被设计承受一定的反向压降。IG

6、BT的耐压可以做得较高，最大允许电压 UCEM可达4500V以上第三章似稳态过程的概念 电力电子技术的应用中非正弦的稳态运行过程。网络换流整流器单相桥路：视在功率，有功功率，畸变功率和谐波S=UI=Uld P 2UI d cos QiUI d sinDS2P2Q2 d i 82u iSJ3Uls2UId P %dCosQi32uidsinD92畸变功率与控制角a无关，但在电压、电流中产生以下特征频率分量网络电流：n = 1,3,5,7,9,11,输出电压：m = 0,2,4,6,8,网络换流整流器三相桥路：视在功率，有功功率，畸变功率和谐波 交流侧总电流is和对应的基波电流有效值 isi分别为

7、：此处的畸变功率与控制角a无关 与单相整流桥路相同，但没有 3及3的倍数次谐波n = 1，5，7，11，13，17，19 直流电压中的谐波m = 0， 6， 12， 18直流电流的谐波次数：m = kx p， k = 0,1,2,3,交流侧电流中的谐波次数n = kx p 1， k=1,2,3, 以上各式中，p为每周期的脉冲次数。稳态下的非正弦波形：THD，PF, DPF,浪涌峰值系数的计算100电流的总谐波含有量为:%THDj100旦Is1IsiSiIs1100浪涌系数：电流峰值和电流有效值的比值匸非正弦量的功率因数PFPF=P/SPFUs|s1 cos QVsIs凹 cos QIs位移功率

8、因数DPF :DPS=cosj 1非正弦电流条件下的功率因数I s1PF -DPFIs傅立叶级数的展开方法，及其在谐波分析中的应用基波和谐波的表达式、幅值、有效值的 计算方波：4A11f(t)sin( t)sin(3 t)sin(5 t) L35第四章单相桥式二极管整流电路Ls=0的波形和计算输出电压、交流侧电流有效值、谐波表达式、基波分量、谐波分量、功率因数s2 2匕nIs=IdIs1 2 2Id dI shIs1/hh为偶数h为奇数谐波总畸变率为：THD=48.43%is1波形曲线与us波形同相位：PF DPF Is右图所示单相二极管整流电路，Ls为零，直流侧为恒定电流，Id=10A。试计

9、算负载所吸收的As1A冗冗2 n2 n2 LsldLsldUdU doLsldLs IdkAo(t)KD, r分析图中电路的换流根本过程，其中us为正弦电压曲线， Id = 10A。Us=120V，频率50Hz, Ls=0,计算Ud和平均功率 Pd;Us = 120V，频率 50Hz，Ls=5mH，计算 g、Ud 和 Pd；(1)Ls=0Fd Udld单相桥式二极管整流电路Ls0的波形和计算(换相重叠角、输出电压) 换流：电流从一个二极管转到另一个二极管的过程。换流重叠角：换流时间所对应的电角度用符号r表示Ud0 s Ud单相半波：cos 1s22003平均功率。假设us为正弦电压曲线，Us

10、= 120V,频率 50Hz ； 假设us为下列图所示的矩形波。单相全波cosUd200V:120u J60 120*6060* I201*J11*-厂 200Vb(1) us为正弦电压曲线，Us = 120V，Ud=0.9Us=108VPd=Udld=1080W(2) 根据整流电路的工作原理可知，直流输出电压波形如下图，所求平均电压和负载吸收的功率分别为:200 120 0 60Ud180Ud割045 Ls=5mH12054V Pd Udld5410cos 1Lsld 10的波形和计算换相重叠角、输出电压cos12 Lsld、2UllUdLsld3 ,Lsldn/37t3UdUd0Ud1.3

11、5U llLsld7t第五章单相全控桥整流电路Ls=O 纯电阻负载、阻感负载、反电动势负载的波形和计算输出电压、交流侧电流有效值、谐波表达式、基波分量、谐波分量、功率因数/尹、/Fjr、 /、I JF1 Jr21Z B0K1 |-( aOi4Ij疔JFN1AM 1比 / 1Il (T円卜|丰Q|II /jJ/Jj丿1r I七JF.m肚1H*11叨TU d 0UdUdIs112Ussin t d( t)-0 VUsSin t d( t)Ud0 Ud s(1 cos )U s cos0.9U s cos交流有效值等于对应的直流电流：Is =Id2 2Id d Ish $h位移功率因数为：DPF=c

12、os/Z =cosaPFIs0.9 cos单相全控桥整流电路Ls0的波形和计算换相重叠角、输出电压cos()cos2 LsId、2UsUdA2LsIdUdscos-LsId图中，交流电的额定电压为230V,工作频率为50Hz，线路电感Ls上的压降为额定电压的5%,线路的传输容量S=5kVA、控制角a=30o、有功消耗为3kW。试计算在额定输入电压下的换流重叠角r和Ud各为多少？ 根据条件，求得线路电流的额定值为Us5000230系统等效阻抗的模数为：欧 线路的等效电感为：根据 Ud sCOSLsId整流器吸收的有功功率为：P UdId 0.9U sI d cos - Lsl： 3kW将条件代入

13、上式中得：Id d 10714.320 将分别代入2 l I2cos( ) cos J d Udscos Lsld V2Usd s解得：有源逆变产生的原理和条件，逆变失败的原因及其防止措施。条件： 直流侧要有电动势，其极性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； 要求晶闸管的控制角 a n /2,使Ud为负值。逆变失败的原因：逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平 均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变 颠覆。防止逆变失败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良

14、好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出 充足的换向裕量角卩等。整流电路多重化的目的一是可以使装置总体的功率容量大二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰三是提高功率因素第六章直流斩波的根本概念、根本的斩波电路类型利用一个或多个开关将某个直流电压等级转换成另一个电压等级 降压斩波器一Buck斩波电路升压斩波器一Boost斩波电路降压/升压斩波器一Buck-Boost斩波电路Cuk斩波器全桥斩波器降压斩波电路的工作原理和计算在开关闭合期间，图中的二极管变为反向偏置，此时，输入电源将能量送到负载和电感中 在开关断开时，电感中的电流那么经过二极管将它所储存的能量转移到负载中。(U d U0

15、)切 U 0 (Ts 切)U 0 ton dUd Ts升压斩波电路的工作原理和计算当开关器件处于导通状态时，电源将能量传送到电感中；当开关器件处于断开状态时，电 源和电感同时都向输出局部提供能量。Udton (U d Uo)toff升降压斩波电路的工作原理和计算TstonUoUo当开关闭合时，电感从电源得到能量，此时二 极管由于反偏而处于截止状态；当开关断开时，储存在电感中的能量转移到输 出负载之中，而电源此时并不提供任何能量给 负载。由与D 与 UdUoUdDTs ( Uo) (1 D)TS 0 移项得：U d适川于全控型蛊件适用于晶闸t?第七章 换流方式:熄灭：换流电流不是从一个支路向另一

16、个支路的转移，而是在支路内部终止而变为零。反应二极管：负载向直流侧提供反应能量通道的二极管续流二极管：使负载电流连续作用的二极管。控制方式：方波控制方式和 PWM控制方式SPWM波的根本原理、波形，幅值调制比、频率调制比。控制信号uctr是正弦波，逆变器输出的是幅值和频率均可控的正弦波。直流-交流逆变电路中的控制信号uctr可以是恒定的或随时间变化，该调制信号的输出是这个 调制信号与开关频率恒定的三角波进行比拟后产生。SPWM通过改变占空比实现控制，它不仅可有效的控制平均直流输出电压的幅值，而且还能 根据调制信号的频率来控制逆变器的基波输出频率。U trimmf3Uctrm :控制信号峰值Utrim :三角波信号幅值f1:调制频率fs：三角波utri的频率,载波频率,开关频率(Uctrm Utrim)SPWM波的谐波构成。PWM所产生的谐波频率以旁瓣的形式围绕着开关频率及开关频率的倍数附近。 谐波幅值越靠近mf及其倍数次谐波的位置时，对应的谐波幅值越大。当频率调制比mf 9时，谐波存在的位置与上述情况相同，但谐波幅值与mf无关。幅值调制比的选择，超调制的概念和特点。调制波的幅值大于载波幅值。 在