电力电子技术总结复习

电力电子装置及器件的保护

过电压的产生及过电压保护过电流保护

缓冲电路（SnubberCircuit）过电压的产生及过电压保护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

(1)

操作过电压：由分闸、合闸等开关操作

引起

(2)

雷击过电压：由雷击引起过电压的产生及过电压保护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。

(2)关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。过电压保护措施图2-34过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路

电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴过电压的产生及过电压保护外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见，典型联结方式见图。图RC过电压抑制电路联结方式a)单相b)三相RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧。过电压保护大容量电力电子装置可采用图所示的反向阻断式RC电路反向阻断式过电压抑制用RC电路

保护电路参数计算可参考相关工程手册其他措施：用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件限制或吸收过电压.过电压保护过电流保护过电流——过载和短路两种情况

常用措施（图）

快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器。同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。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。

过电流保护措施及配置位置采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。选择快熔时应考虑：(1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定。(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定。(3)快熔的I2t值应小于被保护器件的允许I2t值。(4)为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。过电流保护快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。短路保护方式：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件（很难用快熔保护），需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应最快。过电流保护缓冲电路缓冲电路（吸收电路）：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。关断缓冲电路（du/dt抑制电路）——吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路（di/dt抑制电路）——抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起——复合缓冲电路。其他分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。缓冲电路作用分析无缓冲电路：V开通时电流迅速上升，di/dt很大。关断时du/dt很大，并出现很高的过电压。有缓冲电路：V开通时：Cs通过Rs向V放电，使iC先上一个台阶，以后因有Li，iC上升速度减慢。V关断时：负载电流通过VDs向Cs分流，减轻了V的负担，抑制了du/dt和过电压。

di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a)电路b)波形缓冲电路绪论什么是电力电子技术电力电子技术的发展史电力电子技术的应用

课程总结电力电子与信息电子14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信息电子技术——信息处理

信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收问题电力电子技术——电力变换

电子技术一般即指信息电子技术，广义而言，也包括电力电子技术。电力电子技术——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。包括电力电子器件和电力电子变流技术信息电子器件即工作在开关状态，也工作在放大状态。电力电子器件为了减少损耗，工作在开关状态。变换类型和控制方法相位控制和PWM控制分析方法和规律根据电源的换相和所用器件分析器件导通关断条件，强迫换流，无功通路控制原则：有序均衡控制PWM等效假设法稳态工作时伏秒平衡，能量守恒法

第2章电力电子器件2.1电力电子器件概述2.2功率二极管2.3晶闸管2.4典型全控型器件2.5其他新型电力电子器件

器件概述1.电力电子系统组成2.损耗分类3.器件分类电力电子系统组成电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路及缓冲保护电路组成图2-1电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2锁闭电路能处理的电功率大，即器件承受电压和电流的能力大。电力电子器件一般都工作在开关状态。实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。

电力电子器件的特征主要损耗通态损耗：导通时器件上有一定的通态压降断态损耗：阻断时器件上有微小的断态漏电流流过开关损耗：开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗

通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗

是器件功率损耗的主要成因器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素

电力电子器件的损耗

按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类：电压驱动(开关频率高)、电流驱动（通态压降低）电力电子器件的分类

按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况：单极性、双极性和复合型按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类：不可控、半控和全控晶闸管1.晶闸管及其工作原理2.晶闸管的基本特性3.晶闸管的主要参数4.晶闸管的派生器件晶闸管的工作原理

几点结论：具有单向导电性，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。在承受正向电压时，可通过门极控制开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。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。电流定额通态平均电流

ITa

——晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流在一个周期内的平均值。称为晶闸管的额定电流。

晶闸管的主要参数如何选择晶闸管？

晶闸管电流定额可按下式计算选择：

在实际应用中，选择晶闸管时，应从额定电压和额定电流两方面共同计算选择。

由于晶闸管承受瞬间过电压能力较差，因此选择晶闸管额定电压时，应留有充分的安全裕量，可按下式计算选择：常用电力电子开关器件性能对比符号可控性驱动信号额定电压、电流工作频率饱和压降二极管不可控无

最大有高有低小晶闸管半控脉冲电流（开通）最大最低中GTO全控正、负脉冲电流大较低小GTR全控正电流中中小IGBT全控正电压较大较高小MOSFET全控正电压小最高大BECBEC第三章晶闸管相控整流电路（重点）

3.1整流电路的构成原理

3.2单相可控整流电路分析

3.3三相可控整流电路分析

3.4电容滤波不可控整流电路分析

3.5交流电源回路电感效应

3.6全控变流电路的有源逆变工作状态3.7谐波和无功功率分析基础自然换相与自然换相点自然换相点:

在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换相的时刻称为自然换相点。控制角

：从自然换相点计起，到发出控制脉冲使晶闸管导通为止的时间间隔，以电角度表示，称为控制角。

单相可控整流电路(重点)：

电阻负载

单相半波可控整流电路

阻感负载

单相可控整流电路

电阻负载

(工作过程、波形、

单相桥式全控整流电路阻感负载

反电动势负载

数量关系)

阻感负载

单相桥式半控整流电路

反电动势负载

阻感负载数量关系式只考虑WL>>R，情况，连续和断续时工作状态的不同阻感负载为了提高输出电压值加续流二极管半控电路加续流二极管可以防止失控阻感负载半控电路和加续流管的全控电路输出电压波形与电阻负载相同？三相可控整流电路（重点）：

电阻负载

三相半波可控整流电路阻感负载

反电动势负载

三相可控整流电路

(工作过程、波形、

数量关系)

电阻负载

三相桥式全控整流电路

阻感负载

三相可控整流电路电阻、阻感负载都有断续连续之分三相桥式全控整流电路每60换相（器件得到触发脉冲）一次，顺序为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。共阴极组VT1、VT3、VT5的换相依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2换相也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，换相相差180。uabuacubcubaucaucb三相桥式全控整流电路--电阻负载

=01、电路特点2、控制角起始位置选取3、换相特点4、分析方法

三相桥式全控整流电路二.电阻负载连续断续三相桥式全控整流

电路--阻感负载

=9003.4电容滤波不可控整流电路3.4.1电容滤波的单相不可控整流电路3.4.2电容滤波的三相不可控整流电路整流电路的谐波和功率因数

3.7.1谐波和无功功率分析基础

3.7.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析

3.7.3电容滤波的不可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析

3.7.4整流输出电压和电流的谐波分析3.7许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网带来不利影响。电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害。谐波和无功功率对电网和负载的影响整流电路的谐波和功率因数3.7非正弦电路的有功功率

设正弦波电压有效值为U，畸变电流有效值为I，基波电流有效值及与电压的相位差分别为I1和j

1。这时有功功率为：P=UI1

cos

j

1

功率因数为：

基波因数——n

=I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比

位移因数（基波功率因数）——cos

j

1可见，功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。谐波和无功功率分析基础

3.7.1交流电源回路电感效应换相重叠角定义：换相过程持续的时间，用电角度g表示电源回路电感对整流电路影响的一些结论:出现换相重叠角g

，整流输出电压平均值Ud降低整流电路的工作状态增多晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通

有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt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换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。3.6全控整流电路的有源逆变工作状态1.逆变的概念2.三相桥式变流器逆变工作状态3.逆变失败与最小逆变角的限制3.逆变产生的条件逆变的概念单相全波电路的整流单相全波电路的逆变逆变角b有源逆变产生的条件⑴外部条件：变流器直流侧应有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流平均电压。⑵内部条件：控制角使变流器输出电压Ud<0。逆变失败与最小逆变角的限制什么是逆变失败（逆变颠覆）?逆变失败的原因是什么?如何确定最小逆变角bmin

bmin=d+g+q′

变流器为逆变工作状态时，若发生换相失控，就会导致外接电动势通过晶闸管形成短路，或者发生输出平均电压和外接电动势顺向串联形成短路，这种情况称为逆变失败或称为逆变颠覆。3.8晶闸管相控触发电路3.8.1对相控触发电路的基本要求3.8.2控制角a的移相控制方法3.8.3相控触发电路的同步方式及输出3.8.4单结晶体管移相触发电路3.8.5垂直移相相控触发电路举例晶闸管相控触发电路晶闸管门极驱动电路也称为触发电路；晶闸管通常采用相位控制方式。一般晶闸管变流电路的控制框图一般晶闸管变流电路的控制框图移相控制方法一般分为延时移相控制和垂直移相控制。3.8.2控制角a的移相控制方法第四章斩控调压电路二.斩波器的工作原理一.概述三.直流斩波器的主要类型及电量分析四.复合斩波电路和多重多相斩波电路

本章介绍了4种基本斩波电路，其中最基本的是降压斩波电路(BuckChopper)、升压斩波电路(BoostChopper)和极性反转型斩波器(Buck-Boost电路)两种，对这两种电路的理解和掌握是学习本章的关键和核心，也是学习其他斩波电路的基础。因此，本章的重点是，掌握降压斩波电路、升压斩波电路、极性反转型斩波器(Buck-Boost电路)的工作原理、数量关系。降压斩波器升压斩波器升降压斩波器直流斩波器分析几点注意L和C的值都很大，保证C两端的电压基本不变，过L的电流基本不变。关系推导分析时将其过L电流和C两端电压两者都视为常定值，实际工作时有小的脉动电路工作时分析的是稳态，L与C中已经储存了一定量的能量。在一个周期内两者从电源吸收的能量等于释放的能量。分析时所有的元件都是无损耗元件，电源提供的能量都被负载消耗

第五章晶闸管交流变换电路5.1交－交变频器5.2相控交流调压电路5.4其他交流电力控制电路5.3斩控交流调压电路1.交－交变频器交-交变频器实际上是由晶闸管全控整流电路组合而成的交流电路，通过对各全控整流电路输出电压大小和方向的组合控制，使负载得到一个电压和频率可控的交流电。晶闸管交-交变频电路的基本结构、控制方式和基本工作原理单相交交变频电路原理图单相交-交变频电路一.电路构成和工作原理2、工作原理P组工作时，负载电流io为正N组工作时，io为负两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率wo改变变流电路的控制角a，就可以改变交流输出电的幅值。单相交交变频电路原理图和输出电压波形单相交-交变频电路为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制在半个周期内让P组a

角按正弦规律从90°减到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。

uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波4、正弦波输出交-交变频器工作原理单相交-交变频电路单相交交变频电路输出电压和电流波形三.实际工作波形考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段：123456工作状态

反组逆变死区正组整流正组逆变死区反组整流电流极性

io<0

io=0io>0io>0io=0io<0电压极性

uo>0

——uo>0uo<0——

uo<02.交流电力控制电路交流电力控制电路的结构

两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管就可控制交流电力交流电力控制电路的类型交流调压电路:交流调功电路:交流电力电子开关:每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。二．阻感负载1.阻感负载时a的移相范围负载阻抗角：j=arctan(wL/R)若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1

的角度为j，当用晶闸管控制

时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。

a

=0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为

j≤a≤π单相交流调压电路5.3斩控式交流调压器斩控式交流调压器特点

输入、输出都是交流电压，调幅不调频;

电力电子开关是双向导电的。分类

互补控制斩控式和非互补控制斩控式1.互补控制斩控式交流调压器主电路结构

S1、S2均为双向电力电子开关，其中S1为斩波开关，S2为续流开关。基本原理

通断规律是：S1闭合S2断开，S1断开时S2闭合。即S1和S2的动作规律在时间上是互补的，所以称为互补式控制方式。第六章逆变电路—交-直-交变频电路基础6.1变频器的基本概念6.2电压逆变器6.4PWM控制技术6.3电流逆变器6.5PWM整流器原理和控制方法1.变频器的电路构成2.变频器的基本工作原理6.1变频器的基本概念3.变频器中逆变器的基本类型按直流输入端滤波器分类电压型逆变器电流型逆变器按电子开关的工作规律分类：三.逆变器中的电子开关1.逆变器对电子开关的要求：对正向电流既能控制开通，又能控制关断。高开关速度和低能量损耗。有足够的电压和电流定额。提供滞后电流通路。实现负载与电源间的无功交换。电压型逆变器采用逆导型电力电子开关。逆导型由单向导电电子开关与开关二极管反并联而成。6.1变频器的基本概念三.逆变器中的电子开关2.换流方式：电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相。分为器件换流、电网换流、负载换流和强迫换流四种。后三种用于晶闸管电路。6.1变频器的基本概念器件换流原理图（1）180°导电方式

每个器件导电180°，同一相上下两臂交替导电，各组器件开始导电的角度差120°

任一瞬间有三个桥臂同时导通每次换流都是在同一相上下两开关之间进行，也称为纵向换流三相桥式电压型逆变器-控制方式晶闸管区间00~600~1200~1800~2400~3000~3600VT1导通导通导通╳╳╳VT2╳导通导通导通╳╳VT3╳╳导通导通导通╳VT4╳╳╳导通导通导通VT5导通╳╳╳导通导通VT6导通导通╳╳╳导通

每器件导电180°同一相上下两开关交替导电