电力电子期末总复习

1、1电力电子技术School of Information Science & Engineering, Ningbo University2目录 0 引言 1 电力电子器件 2 整流器 3 斩波器 5 逆变电路 6 PWM 技术3电力领域的电子技术: 使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。模拟电子技术电子技术信息电子技术电力电子技术数字电子技术引言逆变直流斩波直流交流电力控制变频、变相整流交流交流直流 输出 输入电力电子学电子学电力学控制理论连续、离散 电路、器件静止器、旋转电机4电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。晶闸管问世，(“公元元年”)

2、IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生5通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗1 电力电子器件1） 基本概念和器件分类不控器件：功率二极管半控器件：晶闸管全控器件：GTO,GTR,功率MOSFET,IGBT,IGCT等6其他分类电流驱动型 通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。电压驱动型 仅通过在控制端和公共端之间施

3、加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。7功率二极管 额定电流在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。换算关系：正弦半波电流的有效值I和平均值IF(AV)之比：()1.57F AVII2 器件8晶闸管正常触发导通条件： UAK0 and UGK0关断条件 ：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)其他触发晶闸管导通的方法：l 阳极电压升高至相当高的数值造成雪

4、崩效应l 阳极电压上升率du/dt过高l 结温较高l 光触发9晶闸管参数通态平均电流 IT(AV)使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的24倍。浪涌电流ITSM 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 du/dt(断态电压临界上升率)di/dt(通态电流临界上升率)10晶闸管派生器件GTOGTO 工作原理 GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。 GTO关断过程中有强烈正反馈使

5、器件退出饱和而关断。 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受di/dt能力强 。11GTR 一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大,出现雪崩击穿。 只要Ic不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。 二次击穿：一次击穿发生时，如不能有效的限制电流，Ic突然急剧上升，电压陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。 安全工作区 最高电压UceM、集电极最大电流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临界线限定。12功率 MOSFET通态电阻 Ron具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。原因是电流越大，发热越大，通态电阻就加大，从而限制电流的加大，有利

6、于均流。功率MOSFET特点：l MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。l 可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数，加快开关速度。l 不存在少子储存效应，关断过程非常迅速。l 开关时间在10100ns之间，工作频率可达100kHz以上，是主要电力电子器件中最高的。l 场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。l 开关频率越高，所需要的驱动功率越大。13IGBT一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。擎住效应或自锁效应IGBT的特点(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

7、；(2) 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力；(3) 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，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。143 功率集成和功率模块：了解两个主要问题高低压电路之间的绝缘问题温升和散热的处理。4 其他新型器件: 了解155 门极驱动电路 电气隔离：光隔离一般采用光耦合器 磁隔离元件通常是脉冲变压器,当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调的方法。TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E2 对晶

8、闸管门极触发脉冲的要求 脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。 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。 有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。166 电力电子器件器件的保护（1）电力电子装置可能的过电压外因过电压和内因过电压外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见(2)过流负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器17(3) 缓冲（吸收）电路功能： 抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。b)tuCEiCOdidt抑制

9、电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC图1-38di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路 b) 波形7 电力电子器件器件的串联和并联使用 当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。 多个器件并联来承担较大的电流方法：考虑均压（静态，动态）和均流。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2182 整流电路1: 掌握: 工作原理, 波形分析, 定量计算, 基本概念2: 掌握: 工作原理, 波形分析, 定量计算, 基本概念3 其他单相整流电路: (1) 单相全波可控整流 (了解 )(2) 单相桥式半控整流 : X4 基本概念：a, ,

10、 相控, 续流,单双拍2.1 Single-phase rectifier192.2 三相可控整流电路1 三相半波共阴极组连接自然换相点工作原理, 波形分析, 定量计算2 三相桥式全控整流: 掌握所有内容3 变压器漏抗对整流电路的影响:掌握所有内容20整流电路定量计算整流电路定量计算可可控控整整流流电电路路 (2-3)212.5 整流电路的谐波和功率因数 基本概念可控整流电路带电感性负载，交流侧电流的谐波和功率因数p 单相桥式全控整流电路交流侧电流中仅含奇次谐波,三相桥式全控整流电路包含 6k1.p 单相桥式全控整流电路p 三相桥式全控整流电路输出电压和电流的谐波 = 0, mk 0位移因数

11、(基波功率因数)基波因数222.7 整流电路的逆变运行 min= + +mUXIBdsin21cos2233 斩波器1 6 种斩波电路 Buck 、 Boost 、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路 电路结构, 原理 , 基本的定量计算 (前3种） 相同点与不同点2 其他 (了解)245 无源逆变1 基本换流方式两类逆变器 VSI:3相:180o导通方式每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 。纵向换流。加入死区时间避免桥臂直通 CSI 3 相:120o 导通3 多电平逆变和多重连接 (了解)251 基本原理: 面积等效原理2

12、PWM逆变电路及其控制方法: 计算法和调制法，自然采样, 规则采样, 特定谐波消除, 同步调制和异步调制 (掌握) PWM逆变电路输出谐波t : SPWM波中谐波主要是角频率为wc、2wc及其附近的谐波; 提高直流电压利用率的方法和降低器件的开关顺序: 梯形波调制,线电压控制方式(了解) PWM 逆变器的多重连接 (X)6 PWM 技术技术261 1 交流调压交流调压2 2 交流调功交流调功3 3 控制方式控制方式 相控相控 斩控斩控 通断控制通断控制7 交交变换交交变换（科院不要求）（科院不要求） 27成绩评定成绩评定 实验成绩占总评的实验成绩占总评的30%，期末考试成绩占，期末考试成绩占5

13、0%，平时成绩（作业平时成绩（作业+课堂表现）占课堂表现）占20%。测算：测算： 若总评能达若总评能达75分分实验约（实验约（70-80）30%=21-24分分; 平时约（平时约（75-80）20%=15-16分分; 则期末需：（则期末需：（35-39）/0.5=70-78分分28题型 填空填空 (约约30%) 选择题选择题(约约20%) 简答简答 (约约20%)晶闸管触发电路要求晶闸管触发电路要求电力电子器件特点、驱动电路电力电子器件特点、驱动电路 计算计算 (约约30%)额定电流计算额定电流计算三全桥三全桥.漏感整流计算漏感整流计算单桥单桥.整流计算整流计算对晶闸管门极触发脉冲的要求脉冲的

14、宽度应保证晶闸管可靠导通。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。有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。292-4图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的图中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流与电流有效值有效值I1、I2、I3。mmmmmdIIItIttdII27. 0)22(4)2/21 (2)cos(2sin214/41mmmmmmIIItItdtItdtII48. 081163418)322sin41

15、)4(21222cos12sin2124242421mmdIttdII54. 0sin142mmmIItdtII67. 04183sin1422mmmdIItdII41)02(221203KEY:mmmIItdII21221212023305.上题中如果不考虑安全裕量上题中如果不考虑安全裕量,问问100A 的晶闸管能送出的平均的晶闸管能送出的平均电流电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少各为多少?35.32948. 0I,90.2326741. 0AIAIm56.1265434. 025 .78413mIa) Im1A, Id10.2717Im1=89.48Ab) Im2 c) Im3=2I=314 A, Id3= Id2100A=?1001.57=I额定电流