电力电子技术复习笔记

1、电力电子学 美国学者W. Newell认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。 一般工业 工业中大量应用各种交直流电动机，都是用电力电子装置进行调速的。 一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。交通运输 电气化铁道中广泛采用电力电子技术。电气机车中的直流机车中采用整流装置，交流机车采用变频装置。 电动汽车的电机依靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也

2、离不开电力电子装置。一台高级汽车中需要许多控制电机，它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制。电力系统 直流输电在长距离、大容量输电时有很大的优势，其送电端的整阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置，而轻型直流输电则主要采用全控型的IGBT器件。近年发展起来的柔性交流输电（FACTS）也是依靠电力电子装置才得以实现的。 晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）、静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等电力电子装置大量用于电力系统的无功补偿或谐波抑制。 在变电所中，给操作系统提供可靠的交直流操作电源，给蓄电池充电等都需要电力电子装置。 电子装置用电源 各种电子装置一般都需要不

3、同电压等级的直流电源供电。通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源，现在已改为采用全控型器件的高频开关电源。大型计算机所需的工作电源、微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源。 在大型计算机等场合，常常需要不间断电源Uninterruptible Power Supply_ UPS）供电，不间断电源实际就是典型的电力电子装置。家用电器 其它 航天飞行器、载人航天器、抽水储能发电站超导储能平均电流晶闸管的主要参数电流有效值二者关系 I=IT*1.57维持电流IH 维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安。 结温越高，则IH越小。 擎住电流 IL 擎住

4、电流是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。 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。2.6 功率集成电路与集成电力电子模块实际应用电路 高压集成电路（High Voltage ICHVIC） 一般指横向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 智能功率集成电路（Smart Power ICSPIC） 一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。 智能功率模块（Intelligent Power ModuleIPM） 专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT（Int

5、elligent IGBT）。按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况 单极型：肖特基二极管、电力MOSFET和SIT等。 双极型：基于PN结的电力二极管、晶闸管、GTO和GTR等。 复合型 ：IGBT、SITH和MCT等。 31.1 单相半波可控整流电路VT的a 移相范围（使输出从开始导通到输出为0的a 角度）为180。31.2 单相桥式全控整流电路 带电阻负载的工作 a 角的移相范围为180带阻感负载的工作情况晶闸管承受的最大正反向电压均为 。晶闸管移相范围为903.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路的一些特点 每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴

6、极组的和共阳极组的各1个，且不能为同一相的晶闸管。 对触发脉冲的要求 6个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60 。 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180 。2.7.1 逆变的概念从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件有二：有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致（与原向相反），其值大于变流器直流侧平均电压。晶闸管的控制角 /2，使Ud为负值。1) 逆变失败的原因：触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给

7、各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。如在负段触发的管子，在正段触发。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。如负半周管子失去阻断能力，导通到正半周。交流电源缺相或突然消失。如失去阻断作用能继续导通。换相的裕量角不足，引起换相失败。2) 确定最小逆变角bmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于bmin=d +g+q d 晶闸管的关断时间tq折合的电角度g 换相重叠角q安全裕量角3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路1) 脉冲形成环节与放大V4、V5 脉冲形成；V7、V8 脉冲放大。当V4关断，V5和V6导通，C3的充电电压为左正右负，约30v。当V4导通，

8、A点降为0V，V5截止脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。2) 同步信号和锯齿波的形成锯齿波电压形成的方案较多，本电路采用恒流源电路。同步信号为同步变压器。锯齿波是由开关V2管来控制的。V2开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C1。 锯齿波总是对应于同步信号的负半周产生。3) 移相环节 双窄脉冲形成环节双脉冲电路 V5、V6构成“或”门当V5、V6都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。只要V5、V6

9、有一个截止，都会使V7、V8导通，有脉冲输出。三相桥式全控整流电路的情况，X输出，Y输入。如VT1器件的X端（V4导通，X表现出为0）接VT6器件的Y端（V6为0，V7、V8导通）。5) 强触发电源通过R15充电至50V；放电过程中由VD15箝位在15V。第4逆变的概念 与整流相对应，直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。 交流侧接负载，为无源逆变，本章主要讲述无源逆变。 变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。 器件换流只适用于全控型器件，其余三种方式主要是针对晶闸管而言的。 器件换流和强迫换流属于自换流，电网换流和负

10、载换流属于外部换流。 根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类1电压型逆变电路：直流侧是电压源。2电流型逆变电路：直流侧是电流源。电压型逆变电路的特点 1直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。2由于直流电压源的钳位作用，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功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。电流型逆变电路主要特点 1直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。2交流输出电流为矩形波与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。3直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。4.3.1 单

11、相电流型逆变电路每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶闸管开通时的di/dt。Ld是一个大电感，串联在直流侧相当于电流源，起缓冲无功能量的作用。而在晶闸管导通或关断时，直流侧电流不反向，所以Ld不能缓冲di/dt。在晶闸管导通或关断的时侯，流过Lt的电流有一个突变，Lt能缓冲di/dt。 4.3.2 三相电流型逆变电路等效换流电容概念：图4-16中的换流电容C13就是图4-14中的C3与C5串联后再与C1并联的等效电容。分析从VT1向VT3换流的过程 假设换流前VT1和VT2通，C13电压UC0左正右负。 换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。 t1时刻触发VT3导通，VT1被施以反

12、压而关断，Id从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段，如图416b。uC13下降到零之前，VT1承受反压，反压时间大于tq就能保证可靠关断。t2时刻uC13降到零，之后C13反向充电，忽略负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iU=Id-iV，VD1和VD3同时导通，进入二极管换流阶段。随着C13电压增高，充电电流渐小，iV渐大，t3时刻iU减到零，iV=Id，VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束。t3以后，进入VT2、VT3稳定导通阶段。（5-1）5.1.1 降压斩波电路，电流

13、断续(5-25)5.1.2 升压斩波电路电压升高的原因：电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住(5-26)输出电流的平均值Io为：电源电流的平均值I1为：5.1.3升降压斩波电路当0a 1/2时为降压，当1/2a uc时使V4通，V3断，uo=Ud 。当uruc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如io0，V1和V4通；如io0，VD1和VD4通， uo=Ud 。当uruc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号。如io0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。单极性调制方式的特点是在一个开关周期内两只功率管以较高的开关频率互补开关，另两只功率管以较低的输出电压基波频率工作，从而在很大程度上减小了开关损