电力电子技术期末总结

1、#绪论:1.电子技术的两大分支是什么？信息电子技术与电力电子技术*2.简单解释电力电子技术.使用电力电子器件对电能进行变换和限制的技术,即应用于电力领域的电子技术.3.要学习的4种电力电子器件是什么？器件：电力二极管、晶闸管、IGBT、POWERMOSFET四种.* 4.电力变换器有哪几种？交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流* 5.电力电子技术的应用？一般工业：电化学工业；交通运输：电动汽车、航海；电力系统：柔性交流输电、谐波治理、智能电网；电子装置电源；家用电器：变频空调；其他：航天飞行器、发电装置.* 第一章：1 .*电力电子器件的分类：半控型：晶闸管；全控型：电力MOSFET

2、、IGBT;不可控型：电力二极管；电流驱动型：晶闸管；电压驱动型：电力MOSFET、IGBT;2 .*应用电力电子器件的系统组成：由限制电路和驱动电路和电力电子器件为核心的主电路组成.3 .电导限制效应：电导限制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低,维持在1v左右,所以正向偏置的PN结表现为低阻态.4 .电力二极管的根本特征：1.静态特征：当电力二极管承受的正向电压大到一定值门槛电压UTO,正向电流才开始明显增加,处于稳定导通状态.与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降.+.+,+.+0.000.0000-2.动态特性：延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf

3、=t2-t1反向恢复时间：trr=td+tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf/td,或称恢复系数,用Sr表示交界处电子和空穴的浓度差异,造成了各区的多子向另一区的扩散运动,到对方区内成为少子,在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子.这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷.空间电荷建立的电场被称为内电场或自建电场,其方向是阻止扩散运动的,另一方面又吸引对方区内的少子对本区而言那么为多子向本区运动,即漂移运动.扩散运动和漂移运动最终到达动态平衡,正、负空间电荷量达到稳定值,形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围,被称为空间电荷区,按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或

4、势垒区.5 .电力二极管的主要参数：正向平均电流IFAV、正向压降UF、反向重复峰值电压URRM、最高工作结温TJM、反向恢复时间trr、浪涌电流IFSM6 .电力二极管的类型：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管7 .晶闸管的静态特性和动态特性:A1P1NP2N2jiJ2J3GG1G产STEgb)c)aTIc2IIKb)TEa雪崩击穿正向导通'G2G1G'0UDRMUboUDSM+Ua1.静态特性承受反向电压时,不管门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通；伏安特性类似二极管的反向特性；承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通,或：(p42T1参考答案)晶闸管一

5、旦导通,门极就失去限制作用；要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下.-|A延迟时间td、上升时间tr、开通时间tgt=td+tr反向阻断恢复时间trr、正向阻断恢复时间tgr、关断时间tq(tq=trr+tgr)8 .晶闸管的主要参数：电压定额、电流定额、动态参数9 .电力MOSFET的根本特征:b)a)图1-194020100a)3050,非饱图1-20饱和区Ugs=8VUgs=7VUgs=6VUgs=5VUgs=4V图1-20电力MOSFET的转移特性和输出特性a转移特性b输出特性漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性ID较大时,ID与UGS的

6、关系近似线性,曲线的斜率定义为跨导GfsJ_'10'203040-50截止区Ugs=Ut=3VUds/Vb)图1图1-21电力MOSFET的开关过程a测试电路b开关过程波形up一脉冲信号源,Rs一信号源内阻,RG栅极电阻,RL一负载电阻,RF检测漏极电流,tr:Ugs从开启电压dUt上升到MOSFET进入非饱和区的炳电压duDsp这段时间称为上升时间dUGsa)10.IGBT根本特征:b)图1-21发射极栅极c集电极a)b)C)(1)开关速度高,开关损耗小.在电压1000V以上时,开关损耗只有GTR的1/10,与电力MOSFET相当(2)相同电压和电流定额时,平安工作区比GTR

7、大,且具有耐脉冲电流冲击水平通态压降比VDMOSFET低,特别是在电流较大的区域(4)输入阻抗高,输入特性与MOSFET类似(5)与MOSFET和GTR相比,耐压和通流水平还可以进一步提升,同时保持开关频率高的特点优点：开关速度高,输入阻抗高,为电压驱动,驱动功率小,开关损耗小,具有耐脉冲电流冲击的水平,通态压降较低,平安工作区：正偏平安工作区(FBSOA最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定反向偏置平安工作区(RBSOA)最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/dt确定11、电力电子器件的驱动根本任务、作用和隔离方法：1.将信息电子电路传来的信号按限制目标

8、的要求,转换为加在电力电子器件限制端和公共端之间,可以使其开通或关断的信号.对半控型器件只需提供开通限制信号.对全控型器件那么既要提供开通限制信号,又要提供关断限制信号；2.使电力电子器件工作在较理想的开关状态,缩短开关时间,减小开关损耗,对装置的运行效率、可靠性和平安性都有重要的意义.对器件或整个装置的一些保护举措也往往设在驱动电路中,或通过驱动电路实现；3.一般采用光隔离或磁隔离.12、晶闸管的触发电路要求：触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通(结合擎住电流的概念).触发脉冲应有足够的幅度.不超过门极电压、电流和功率定额,且在可靠触发区域之内.应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气

9、隔离.图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2-脉冲前沿上升时间(<1s);t1t3-强脉宽度IM-强脉冲幅值(3IGT5IGT);t1t4:脉冲宽度；I-脉冲平顶幅值(1.5IGT2IGT)+E,q+EopVDcR12TM12R413、过电压的产生原因：外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外因；内因过电压主要来自装置内部器件的开关过程.14、过电流保护的方法和第一保护举措：电子电路作为第一保护举措.du/dt或者过电流、di/dt,减少器件的15、*缓冲电路(吸收电路)及其作用：抑制电力电子器件的内因过电压、i西VDLIOa)无缓冲电路时b)开关损耗图1-38#第二章1、整

10、流电路中变压器T的作用：起变换电压和隔离的作用.2、触发延迟角与导通角：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a表示,也称触发角或限制角；导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角,用.表示.3、换相重叠角：换相过程持续的时间用电角度丫表示.4、变压器漏感对整流电路的影响:2.3变压器漏感对整流电路的影响考虑包括变压器漏感在内的交,流河电感的影响,该漏感可用一个集中的电感4表示以三相半波为例,结论可推广VT换相至的过程才因八h两相均有漏感故4、人均不能突变,于是叮I和VT同时导通,相当于将最F两痼短路,在两相组成的回路中产生环流人牛4是逐渐增大的,

11、而匚石乜是逐渐小的.当人增大到等于4,g盯1关断,换流过程求安-；一；减时结图2艾5二比三器是喜时的三相半调可控壑流电路及造期(1)出现换相重叠角g,整流输出电压平均值Ud降低.(2)整流电路的工作状态增多；(3)晶闸管的di/dt减小,有利于晶闸管的平安开通.有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt.(4) 换相时晶闸管电压出现缺口,产生正的du/dt,可能使晶闸管误导通,为此必须加吸收电路.(5)换相使电网电压出现缺口,成为干扰源.5、电力电子装置消耗无功对公共电网的危害：1、无功功率会导致电流增大和视在功率增加,导致设备容量增加；2、无功功率增加,会使总电流增加,从而使设备和线路的

12、损耗增加；3、使线路压降增大,冲击性无功负载还会使电压剧烈波动.6、电力电子装置产生的谐波对公共电网的危害：1、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾.2、谐波影响各种电气设备的正常工作,使电机发生机械振动、噪音和过热,使变压器局部严重过热,使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏；3、谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,会使上述1)和2)两项的危害大大增加,甚至引起严重事故；4、谐波会导致继电保护和自动装置的误动作,并使电气测量仪表计量不准确.5、谐波会对邻近的通信系统产生干扰

13、,轻者产生噪声,降低通信质量,导致信息丧失,使通信系统无法正常工作.7、触发电路或触发电路的概念:8、触发电路的定相与关键:# 第三章1、脉冲宽度调制：T不变,变tonUo0nt0f0fE=ET/toff2、升压斩波电路升压的关键原因：(一一升压比,调节其大小即可改变Uo大小)# 第四章1、单相交流调压电路电阻负载与阻感负载的移相范围：电阻：移相范围为0waw兀；阻感：waw兀(garctan(wL/R)# 第五章1、换流方式的种类：全控型器件：器件换流、晶闸管：电网换流、负载换流、强迫换流# 第八早1、同步调制与异步调制：异步调制一一载波信号和调制信号不同步的调制方式；同步调制一一N等于常数

14、,并在变频时使载波和信号波保持同步# 第七章1、零电压开关与零电流开关：零电压开关：使开关开通前其两端电压为零,那么开关开通时就不会产生损耗和噪声,这种开通方式称为零电压开通,简称零电压开关.零电流开关：使开关关断前其电流为零,那么开关关断时也不会产生损耗和噪声,这种关断方式称为零电流关断,简称零电流开关.# 第一章1、晶闸管的触发电路要求：# 第三章1、升压斩波电路原理：LVDR升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因:假设L值很大,C值也很大V通时,E向L充电,充电电流恒为I1,同时C的电压向负载供电,因C值很大,输出电压uo为恒值,记为Uo.设V通的时间为ton,此阶段L上积蓄的能量为

15、：E*I1*tonV断时,E和L共同向C充电并向负载R供电.设V断的时间为toff,那么此期间电感L释放能量为：U0E*I1*toff稳态时,一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等,即：T/toff>1,所以为升压是L储能之后具有使电压泵升的作用；二是电容C可将输出电压保持住.a)2、复合斩波电路和多相多重斩波电路:电流可逆斩波电路:tontoffV1和VD1构成降压斩波电路,由电源向直流电动机供电,电动机为电动运行,工作于第1象限UoEEV2和VD2构成升压斩波电路,把直流电动机的动能囊变为电能反枷到端源,使电动机作再生制动运行,工作于第2象限viJ丁VD?'UoLV31?VD4

16、女TV4avd3Z桥式可逆斩波电路:使V4保持通时,等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电路,向电动机提供正电压,可使电动机工作于第1、2象限,即正转电动和正转再生制动状态使V2保持通时,V3、VD3和V4、VD4等效为又一组电流可逆斩波电路,向电动机提供负电压,可使电动机工作于第3、4象限a电电电uo1hn口门门一01stoi*tb)电电3相3重斩波电路#第四章1、单相交流调压电路电阻和交流调功电路的原理与应用：交流调压电路一一每半个周波限制晶闸管开通相位,调节输出电压有效值.用于开关限制、异步电动机软启动、异步电动机调速交流调功电路一一以交流电的周期为单位限制晶闸管通断,改变通断周期数的比,

17、调节输出功率的平均值.用于电路的温度限制2、单相交流调压电路带电阻与阻感性负载的特性分析：of'q电阻负载工作原理：在u1的正半周和负半周,分别对VT1和VT2的开通角a进行限制就可以调节输出电压正负半周起始时刻a=0均为电压过零时刻,稳态时,正负半周的a相等负载电压波形是电源电压波形的一局部,负载电流也即电源电流图4-12.阻感负载阻感负载时a的移相范围负载阻抗角：=arctanwL/R晶闸管短接,稳态时负载电流为正弦波,相位滞后于u1的角度为中在用晶闸管限制时,只能进行滞后限制,使负载电流更为滞后,而无法使其超前a=0时刻仍定为u1过零的时刻,a的移相范围应为中WaW兀图4-23、

18、斩控式交流调压电路:和负载电压的波形相同VD1Viv2vd21V3立VD41uoZ'VD?V4Ui4、交流电力电子开关:两个反并联的晶闸图48巴C并入电网或从电网断开的作用图4-15a串联电感很小,用来抑制电容器投入电网时的冲击电流实际工程中,为防止电容器组投切造成较大冲击,一般把电容器分成几组图4-15b,可根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量TSC实际上为断续可调的动态无功功率补性奥a)b)图4-15UsUC%TiT-tTSC理想投切时刻原理说明iCtit2图4-16#第五章1、电压型逆变电路的特点:(1)直流侧为电压源或并联大电容,直流侧电压根本无脉动(2)输出电压为矩形波,输出电流因负载阻抗不同而不同(3)阻感负载时需提供无功.为了给交流侧向直流侧反应的无功提供通道,逆变桥各臂并联反应二极管半桥逆变电路：优点：简单,使用器件少