电力电子教材重点知识点总结

《电力电子技术》复习题1章绪论电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进展变换和掌握的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。电力变换的种类沟通变直流AC-DC：整流直流变沟通DC-AC：逆变直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现，也叫斩波电路沟通变沟通AC-AC：可以是电压或电力的变换，一般称作沟通电力掌握电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。4、相控方式;对晶闸管的电路的掌握方式主要是相控方式5、斩空方式：与晶闸管电路的相位掌握方式对应，承受全空件的电路的主要掌握方式为脉冲宽度调制方式。相对于相控方式可称之为斩空方式。2章电力电子器件电力电子器件与主电路的关系主电路：电力电子系统中指能够直接担当电能变换或掌握任务的电路。电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或掌握的电子器件。广义可分为电真空器件和半导体器件。电力电子器件一般特征：1、处理的电功率小至毫瓦级大至兆瓦级。2、都工作于开关状态，以减小本身损耗。3、由电力电子电路来掌握。4、安有散热器电力电子系统根本组成与工作原理一般由主电路、掌握电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。-1-检测主电路中的信号并送入掌握电路，依据这些信号并依据系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。掌握信号通过驱动电路去掌握主电路中电力电子器件的导通或关断。同时，在主电路和掌握电路中附加一些保护电路，以保证系统正常牢靠运行。电力电子器件的分类依据掌握信号所掌握的程度分类半控型器件：通过掌握信号可以掌握其导通而不能掌握其关断的电力电子器件。如SCR晶闸管。全控型器件：通过掌握信号既可以掌握其导通，又可以掌握其关断的电力电子器GTO、GTR、MOSFET和IGBT。不行控器件：不能用掌握信号来掌握其通断的电力电子器件。如电力二极管。依据驱动信号的性质分类电流驱动型器件：通过从掌握端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如SCR、GTO、GTR。电压驱动型器件：通过在掌握端和公共端之间施加肯定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如MOSFET、IGBT。依据器件内部载流子参与导电的状况分类单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。如MOSFET。双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。如SCR、GTO、GTR。复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。如IGBT。半控型器件—晶闸管SCR2.3.1.4.4晶闸管的关断工作原理满足下面条件，晶闸管才能关断：-2-去掉AK间正向电压；AK间加反向电压；设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。2.3.2.1.1晶闸管正常工作时的静态根本特性当晶闸管承受反向电压时，不管门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的状况下晶闸管才能导通。晶闸管一旦导通，门极就失去掌握作用，不管门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。假设要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。GTO的构造GTO与一般晶闸管的一样点：是PNPN四层半导体构造，外部引出阳极、阴极和门极。GTO与一般晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是这种特别构造才能实现门极关断作用。GTO的静态特性GTO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。GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的状况下晶闸管才能导通。GTO导通后，假设门极施加反向驱动电流，则GTO关断，也即可以通过门极电流掌握GTO导通和关断。通过AK间施加反向电压同样可以保证GTO关断。MOSFET-3-〔1〕电力MOSFET是用栅极电压来掌握漏极电流的，因此它是电压型器件。〔3〕当U 大于某一电压值U 时栅极下P区外表的电子浓度将超过空穴浓度从而使GS TP型半导体反型成N型半导体，形成反型层。绝缘栅双极晶体管IGBTGTR和GTO但缺乏是开关速度低，所需驱动功率大，驱动电路简单。电力MOSFET是单极型电压驱动器件，其优点是开关速度快、所需驱动功率小，驱动电路简洁。复合型器件：将上述两者器件相互取长补短结合而成，综合两者优点。IGBTGTR和MOSFET两个器件复合GTR和MOSFET两者的优点，具有良好的特性。3章整流电路〔1〕整流电路定义：将沟通电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。2、整流电路主要分类方法有：按组成的器件可分为不行控、半空、全控三种；按电路构造分为桥式电路和零式电路；按沟通输入相数分为单相电路和多相电路，按变压器二次电流方向是单向双向可分为单拍电路和双拍电路。单相半波可控整流电路触发角：从晶闸管开头承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或掌握角。几个定义瞬时值变化的脉动直流，其波形只在u正半周内消灭，因此称“半波”整流。2如上半波整流，同时电路中承受了可控器件晶闸管，且交-4-流输入为单相，因此为单相半波可控整流电路。3、带电阻状况：ud=0.45U2(1+cos )4、带阻感负载时;5电力电子电路的根本特点及分析方法

范围是〔0 π〕电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性电路。电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当无视器件的开通过程和关断过程时，可以将器件抱负化，看作抱负开关，即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作状况1、单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图全波整流在沟通电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此该电路为全波整流。直流输出电压平均值U 1d

sintd(t)2 2U21cos 2

2

1cos2负载直流电流平均值UI

2 2U21cos

U0.9

1cosd R R 2 R 2晶闸管参数计算-5-1(2

2U2)2②承受最大反向电压：U22③触发角的移相范围： 。④晶闸管电流平均值：VT 、VT与VT 、VT轮番导电，因此晶闸管电流平均值只1 4 2 3有输出直流电流平均值的一半，即I

dVT

1I2

0.45U21cos。R 2带阻感负载的工作状况〔1〕单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图直流输出电压平均值U 1d

sintd(t)2

cos0.9U2

cos触发角的移相范围晶闸管承受电压：正向：

2 U；反向：U2 2 23.2.1.1电阻负载〔

三相可控整流电路三相半波可控整流电路-6-三相半波不行控整流电路带电阻负载时的波形图120o。 ⑤自然换向点：在相电压的交点t、t 1 2 3管向另一个二极管转移，这些交点为自然换向点。三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图〔0o〕自然换向点：对于三相半波可控整流电路而言，自然换向点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻〔即开头承受正向电压，该时刻为各晶闸管触发角的起点，即0o。三相半波可控整流电路带电阻负载不同触发角工作时的状况总结①当30o时，负载电流处于连续状态，各相导电120o。②当30o时，负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120o。③当30o时，负载电流处于断续状态，直到150o时，整流输出电压为零。④结合上述分析，三相半波可控整流电路带电阻负载时角的移相范围为150o，其中经受了负载电流连续和断续的工作过程。数值计算6①30o时，整流电压平均值〔负载电流连续：61

5 3 2Ud23

66

2U2sintd(t)2U2cos1.17U2cosd d 2当0o时，U 最大，U 1.17d d 2②30o时，整流电压平均值〔负载电流断续：U

1

2U sintd(t)32U[1cos(

)]0.675U[1cos(

)]d 3

26

2 2 6 2 6d 当150o时，U 最小，U 0d Id

Ud。R④晶闸管承受的最大反向电压：-7-为变压器二次侧线电压的峰值，URM⑤晶闸管承受的最大正向电压：

2 6U22.45U2如a相，二次侧a相电压与晶闸管正向电压之和为负载整流输出电压U ，由于U 最d d0，因此晶闸管最大正向电压UFM2.2.1.2阻感负载

2U 。2三相半波可控整流电路带阻感负载不同触发角工作时的状况总结120o。d②当30o时，负载电压u 波形将消灭负的局部，并随着触发角的增大，使负的局部增多。d③当 90o时，负载电压u 波形中正负面积相等，u 平均值为d d④结合上述分析，三相半波可控整流电路带阻感负载时角的移相范围为90o。数值计算 ①整流电压平均值〔负载电流始终连续：U 1.1U cos d 2②晶闸管承受的最大正反向电压： FM RM

2 6U22.45U2三相桥式全控整流电路3.2.2.1带电阻负载时的工作状况〔3〕总结3321阴极组的，11-8-③对触发脉冲的要求：6VT1

—VT2

—VT3

—VT4

—VT5

—VT6

的挨次，相位依次差60o。VT

、VT

、VT

的脉冲依次差120oVT

、VT

、VT

的脉冲依次差120o。

1 3 5

2 4 6⑤同一相的上下两个桥臂，即VT1

与VT4

，VT3

与VT6

，VT5

与VT2

，脉冲相差180o。⑥整流输出电压u 一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉冲整流d电路。d①与0o时相比晶闸管起始导通时刻推迟了30o组成u 的每一段线电压因此推迟30o，du 平均值降低。d1②VT处于通态的120oa相电流i1a

0波形与同时段的u 波形一样。d4VT处于通态的120o期间，i波形与同时段的u 波形一样，但为负值。4a dd①与30o时相比晶闸管起始导通时刻连续向后推迟30o，u 平均值连续降低并消灭了为零的点。d②当 60o时，u 波形均连续，对于电阻负载，i波形与d d d〔3〕总结①当60o时，负载电流将消灭断续状态。d②当120o时整流输出电压u 波形全为零因此带电阻负载时的三相桥式全控整流电路角的移相范围是120o。d3.2.2、2带阻感负载时的工作状况903.2.2.7三相桥式全控整流电路的定量分析〔1〕带电阻负载时的平均值-9-①特点：60o60o120o时，整流输出电压断续。②整流电压平均值计算公式：以ud

所处的线电压波形为背景，周期为。360o：U

1

3

6U

cos d 2 23 331160

120o：Udo3o

3

[1cos(2

)]Id

Ud。R变压器漏感对整流电路的影响〔补〕-10-整流电路的有源逆变工作状态逆变的概念.1什么是逆变？为什么要逆变？〔1〕逆变定义：生产实践中，存在着与整流过程相反的要求，即要求把直流电转变成沟通电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。逆变电路定义：把直流电逆变成沟通电的电路。有源逆变电路：将沟通侧和电网连结时的逆变电路，实质是整流电路形式。无源逆变电路：假设变流电路的沟通侧不与电网连结，而直接接到负载的电路，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的沟通电供给负载的电路。有源逆变电路的工作状态：只要满足肯定条件，可控整流电路即可以工作于整流状态，也可以工作于逆变状态。变流电路：既工作在整流状态又工作在逆变状态的整流电路。逆变产生的条件①要有直流电动势，其极性必需和晶闸管的导通方向全都，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。d②要求晶闸管的掌握触发角，使U为负值。d2三相桥整流电路工作于有源逆变状态。逆变失败：逆变运行时，一旦发生换相失败，外接得直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使逆变的输出的平均电压和直流电动势变成顺向串联。由于逆变电路内阻很小，就会形成很大的短路电流。、逆变失败的缘由：-11-A、触发电路工作不行靠，不能准时、准确的给各晶闸管安排脉冲B、晶闸管发生故障，在应当阻断器件，器件失去阻断力量，或在应当导通时，器件不能导通，造成逆变失败C、在逆变工作中，沟通电源发生缺相或突然消逝，由于直流电动势的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器的沟通侧由于失去了同直流电动势极性相反的沟通电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路D影响。50，而且不能太小，必需限制在某一允许的最小角度内。

4章逆变电路逆变定义：将直流电能变成沟通电能。有源逆变：逆变电路的沟通输出侧接在电网上。无源逆变：逆变电路的沟通输出侧直接和负载相连。换流方式分类：器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流。电压换流：给晶闸管加上反向电压使其关断电流换流：先使晶闸管电流减为零，然后通过反并联二极管使其加上反向电压。电压型逆变电路逆变电路分类：依据直流侧电源性质可以分为电压〔源〕型逆变电路和电流〔源〕型逆变电路。电压〔源〕型逆变电路VSI：直流侧为电压源。电流〔源〕型逆变电路CSI：直流侧为电流源。电压型逆变电路特点-12-①直流侧为电压源，或并联有大电容。直流侧电压根本无脉动，直流回路呈现低阻抗。②由于直流电压源的钳位作用，沟通侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而沟通侧输出电流波形和相位因负载阻抗状况的不同而不同。③当沟通侧为阻感负载时，需要供给无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。④图中逆变桥各臂都并联反响二极管，为了给沟通侧向直流侧反响的无功能量供给通道。〔3〕电流型逆变电路的特点：①直流侧串联大电感，相当于电流源。直流侧电流根本无脉动，直流回路呈现高阻抗。②电路中开关器件的作用仅是转变直流电流的流通路径，因此沟通侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。沟通侧输出电压波形和相位则因负载阻抗状况的不同而不同。③当沟通侧为阻感负载时需要供给无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。〔补充些公式〕5章直流-直流变流电路直流-直流变流电路〔DC-DC〕定义：将一种直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电的装置。升降压斩波电路、CUK斩波电路、SepicZeta斩波电路。-13-根本直流斩波电路为：降压斩波电路和升压斩波电路。降压斩波电路降压斩波电路：输出到负载的电压平均值U0最大为E，减小占空比，U0随之减小。公式负载电压平均值：Uo

tonEE，其中为占空比。T电感L