2021电力电子技术复习要点

2021电力电子技术复习要点复习要点电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术，是利用电力电子器件来转换和控制电能的技术。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术主要用于电力变换。电力包括交流和直流两种。从公用电网直接得到的是交流，从蓄电池和干电池得到的是直流。电力变换通常可分为四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。进行电力变换的技术称为变流技术。电力电子技术一般分为两个分支：电力电子器件制造技术和变流器技术。变换器技术又称电力电子器件应用技术，包括利用电力电子器件形成各种功率变换电路并对其进行控制的技术。电力电子器件应用技术：用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，及构成电力电子装置和电力电子系统的技术，是电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。电力电子器件制造技术：是电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理。对于信息电子，器件既可工作在放大状态，也可处于开关状态；而电力电子总处在开关状态，为避免功率损耗过大。这是电力电子技术的一个重要特征。电气工程的现代化。接口的强有力纽带。控制理论与自动化技术密不可分，电力电子设备是自动化技术的基本组成部分和重要支撑技术。21术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。计算机的作用与人脑的作用相比较。电力电子技术可以与人类的消化系统和循环系统相媲美。消化系统将能量转换（将电网的“粗电”转化为“精电”），然后循环系统将转换后的能量传输到大脑和全身。电力电子技术，连同运动控制，可以与人类的肌肉和四肢相比，使人们能够锻炼和从事劳动。电力电子技术的诞生以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志。IGBTMOSFETBJTMOSFETBJT模块：为了使电力电子装置的结构紧凑、体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，这给应用带来了很大的方便。功率集成电路：驱动、控制和保护电路与功率器件集成，形成功率集成电路（PIC）目前，它的功率仍然很小，但它代表了电力电子技术发展的一个重要方向。传统的发电方式是火力发电、水力发电以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风力发电的发展较快，燃料电池更是备受关注。太阳能发电和风力发电受环境限制，电能质量较差。它们通常需要储能装置来缓冲和改善电能质量，这就需要电力电子技术。当需要与电力系统连接时，也离不开电力电子技术。为了合理地利用水力发电资源，近年来抽水储能发电站受到重视。其中的大型电动机的起动和调速都需要电力电子技术。超导储能是未来的一种储能方式。它需要强大的直流电源，这也离不开电力电子技术。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源和变频交流电源，因此也可以说，电力电子技术研究的也就是电源技术。电力电子技术对节约电能具有重要意义。特别是在大型风机和水泵的变频调速使用中，以及在超大照明电源的使用中，电力电子技术的节能效果非常显著，因此也称为节能技术。主电路（mainpowercircuit）――电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路电力电子装置——可直接用于主电路中处理电能以实现电能转换或控制的电子装置同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征：（1）处理电力的能力，即耐受电压和电流的能力，是最重要的参数。（2）电力电子设备通常工作在开关状态(3)实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。（4）为了确保设备不会因热量损失而因温度过高而损坏，不仅在设备包装中注意散热设计，而且在其工作过程中通常会安装散热器。电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，而通过其它手段如光、磁等来传递信号。根据控制电路信号对装置的控制程度，可分为以下三类：(1)半控型器件――通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断（2）全控装置——通过控制信号，它可以控制开关，也称为自动关闭装置。不可控装置——它不能由控制信号控制，因此不需要驱动电路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——只有在控制端子和公共端子之间施加一定的电压信号，才能实现接通或断开控制按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：单极型器件――由一种载流子参与导电的器件双极器件——电子和空穴载流子参与传导的器件复合型器件――由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件普通二极管主要用于开关频率较低（1kHz）5？S快恢复二极管，恢复过程很短特别是反向恢复过程很短）称快速二极管肖特基二极管是一种基于金属和半导体接触形成的势垒的二极管。反向恢复时间很短（10~40ns）。当反向耐受电压较低时，正向压降也很小，明显低于快恢复二极管的压降。它的开关损耗和正向导通损耗比快二极管小，效率高。晶闸管是一个三端四层结构的半导体元件。主要有螺栓形和平板形两种封装结构，均引出阳极a、阴极k和门极g。晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释，当外电路向门极注入电流时，双晶体管形成强烈的正反馈，进入完全饱和导通状态，晶闸管导通。晶闸管在导通之后，如果撤掉门极电流，晶闸管由于内部已形成了强烈的正反馈仍然维持导通状态。为了关闭晶闸管，必须移除阳极施加的正向电压，或者必须向阳极施加反向电压，或者必须将流过晶闸管的电流减小到接近零的值。晶闸管在正常的门极控制导通之外，可能导通的情况：?阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应?阳极电压上升率du/dt过高?结温较高?光直接照射硅片，即光触发晶闸管的基本特性?承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通?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?晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用?要关闭晶闸管，晶闸管的电流只能降至接近零的某个值以下通常取晶闸管的断态重复峰值电压udrm和反向重复峰值电压urrm中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍40°C在规定的冷却状态下，当稳定结温不超过额定结温时，允许流动的最大工频正弦波半波电流的平均值被确定为晶闸管的额定电流。应根据实1.5~2保持当前IH――使晶闸管维持导通所必需的最小电流。它通常是几十到几百毫安，这与结温度有关。结温越高，IH越小。保持当前的IL一晶闸管来说，通常ilih2~4du/dt它是指在额定结温和栅极打开的条件下，不导致晶闸管从断开状态转换为接通状态的施加电压的最大上升率。通态电流临界上升率di/dtigbt(1)1000vgtr1/10，与电力mosfet（2）在相同的电压和电流额定值下，安全工作区域大于全球技术法规，并具有承受脉冲电流冲击的能力(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）MOSFETGTR率的特性2080模块可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性对于工作频率较高的电路，可以大大降低线路电感，从而简化保护和缓冲电路的要求将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上，称为功率集成电路。功率集成电路的主要技术难点：高低压电路之间的绝缘以及温升和散热的处理。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主要来自雷击和系统中的操作过程等外因操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起雷电过电压：由雷击引起内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程(1)换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压电感产生的过电压过电流分过载和短路两种情况。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作晶闸管串联目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联问题：理想的串联要求器件的分压相等，但由于特性不同，器件的电压分布不均匀压不等承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用在反向情况下，其中一个设备可能会先反向击穿，然后另一个可能会击穿。应采取均压措施挑选特性参数尽量一致的器件。采用电阻实现静态均压。采用阻容实现动态均压。晶闸管的并联用途：多个设备并联以承受大电流问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀均流措施尽可能选择特性参数一致的设备。采用均流电抗器。用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串联后并联的方法。变换电路：对于电力电子转换电路，我们必须了解各种电路的原理和概念，能够分析电路，绘制波形等。以下是需要掌握的各种电路和概念。1、单相整流电路单相半波整流电路单相桥式整流电路单相桥式半控整流电路单相全波整流电路2.三相整流电路