电力电子技术讲义

电力电子技术讲义第1页，课件共73页，创作于2023年2月4.1有源逆变的工作原理直流电逆变器交流电有源逆变无源逆变电网用电设备有源逆变应用：直流电动机可逆拖动，线绕式异步电动机串级调速，直流输电第2页，课件共73页，创作于2023年2月4.1.1工作原理12MVT10VT2L重物重物上升，变流器为电机提供能量，电机工作在电动状态；重物下降，电机工作在发电状态，变流器吸收电机提供能量，送回电网。第3页，课件共73页，创作于2023年2月仿真模型f41.mdl第4页，课件共73页，创作于2023年2月RMM+-Ud+-id功率发电机状态ERMM+-Ud+-id功率电动状态E整流（）逆变（）第5页，课件共73页，创作于2023年2月RMM+-Ud+-id短路发电机状态E整流与逆变的比较短路（不允许）第6页，课件共73页，创作于2023年2月4.1.2逆变条件要有给晶闸管正向电压的外部直流电源E，且E>Ud变流器工作在的区域（输出负电压）逆变角

整流Ud=Udocos()逆变Ud=-Udocos()逆变电路：单/三相半波；单/三相全控桥。（有或相当于有续流二极管的电路因无法输出负电压，不能做为逆变电路）逆变角的定义逆变电路的要求又称变流器（既能整流又能逆变）第7页，课件共73页，创作于2023年2月仿真模型f411.mdl4.1.3逆变失败与逆变角的限制第8页，课件共73页，创作于2023年2月VT2脉冲丢失逆变失败的原因触发电路不可靠（脉冲丢失或延时）晶闸管故障交流电源异常（缺相或丢失）逆变角太小Ud与E顺向连接造成短路第9页，课件共73页，创作于2023年2月逆变失败相当于短路，将损坏变流装置（整流失败只会使输出电压缺相）逆变角的限制第10页，课件共73页，创作于2023年2月4.2有源逆变电路的应用4.2.1直流电动机可逆拖动系统一组变流器供电，接触器控制正反转M+-Ud接触器动作慢,寿命短,且切换需要控制K1K2K1K2第11页，课件共73页，创作于2023年2月两组变流器供电Lc1Lc2LLc1Lc2Lc3Lc4LMMMLUVWO12三相半波UVWUVW三相桥式12反并连接12第12页，课件共73页，创作于2023年2月ML12ML12ML12ML12nT+-+-id+-+-id+-+-idText-++-id四象限运行图正转整流电动运行反转整流发电运行反转整流电动运行正转逆变发电运行有源逆变产生制动转矩，实现快速制动第13页，课件共73页，创作于2023年2月工作方式逻辑无环流工作方式

1/2组不同时工作无环流（无需笨重的电抗器限制环流）根据直流电动机的转向（E的极性）及零电流（Id=0）作出逻辑判断，按要求控制1/2两组变流器的工作状态ML12+-+-id环流环流：不经负载，徒增器件电流负担第14页，课件共73页，创作于2023年2月工作方式

Uc=0=90n=0Uc(Uc0)(Ud

=Ud

)1组整流，2组待逆变(1组脉冲左移，2组脉冲右移）电机正转；此时若要降低正转转速，只须降低Uc，则2组逆变，1组待整流，转速下降后，1组重新进入整流状态。第15页，课件共73页，创作于2023年2月Ud

=Ud

（）（平均值相等）

无直流环流,

ud

‡ud

(瞬时值不等）

有交流环流串环流电抗器抑制交流环流环流电抗器采用对称串入正反两组变流器，因为总有一组变流器流过直流电流，会造成电抗器铁芯饱和，电感量下降。Lc的大小以将环流限制在3%~5%Id即可第16页，课件共73页，创作于2023年2月应将此波形加一负号（使参考方向相同），又因使用相同电源，故应前移180°后比较ud

‡ud

(瞬时值不等）

有交流环流第17页，课件共73页，创作于2023年2月错位无环流工作方式错位无环流是二组变流器都输入脉冲，但二组脉冲彼此错开，使不工作一组所受到脉冲的晶闸管的阳极电压恰好为负，从而消除环流。第18页，课件共73页，创作于2023年2月4.2.2绕线转子异步交流电动机的串级调速系统频敏电阻器L2KMM1KMidETI3KMUdbUdBU2l(线电压）电路原理图电动机转动时，转子感应电压的频率较高，频敏电阻器等效电阻较大，限制启动电流第19页，课件共73页，创作于2023年2月调速原理第20页，课件共73页，创作于2023年2月第21页，课件共73页，创作于2023年2月第22页，课件共73页，创作于2023年2月4.3变流装置的功率因数及其对电网的影响4.3.1变流装置的功率因数以单相全波电路大电感负载电路为例第23页，课件共73页，创作于2023年2月变流装置的功率因数随移相角而变化,产品铭牌上的功率因数指额定工作条件下的数据第24页，课件共73页，创作于2023年2月4.3.2提高功率因数的方法i1CSCRu1idIcU1I1Idic1接入补偿电容LC滤波，去除高频谐波2电感电容谐振补偿法提高的方法第25页，课件共73页，创作于2023年2月降低的方法+Ud1+Ud2_UdM_Ud=Ud1+Ud2(输出电压高时)各装置工作在小角度+Ud1+Ud2_UdM_Ud=Ud1-Ud2(输出电压低时)小角工作小角及小角工作第26页，课件共73页，创作于2023年2月4.3.3变流装置对电网的影响变流装置产生谐波电流谐波污染源电网内部产生谐波电压降低电网质量通信线路杂音,电机噪音,附加温升,绝缘电压第27页，课件共73页，创作于2023年2月4.4变流装置触发电路主变压器同步变压器usUc触发电路负载ug同步电压us:保证触发脉冲与晶闸管有相同参考相位控制电压Uc：用于移相，改变a角us与Uc共同控制触发脉冲的位置。根据us的不同，触发电路包括正弦波触发电路与锯齿波触发电路。基本结构第28页，课件共73页，创作于2023年2月4.4.1正弦波同步触发电路第29页，课件共73页，创作于2023年2月同步移相环节V1R5R4RLC4Ucus+15VR8usugUcUc正值负值Uc=0第30页，课件共73页，创作于2023年2月脉冲形成放大环节第31页，课件共73页，创作于2023年2月其它环节输出部分：VD9/VD10防止输出负脉冲，R14为限流电阻，VD8/R12防止V3截止时，TP初级绕组产生感应高压击穿V3同步输入部分：us’经R1/C1滤波，防止电网电压波动对触发电路的影响，us落后us’一定角度-tg-1R1C1

min和

min的限制电路第32页，课件共73页，创作于2023年2月特点第33页，课件共73页，创作于2023年2月4.4.2锯齿波同步触发电路TSTPVD1VD2VD4VD10VD5VD6VD8VD11-VD14VD15VD7V2V3V4V5V7V6V8C1C8C5C7C4C3C2R2R1R4R3R11R12R16R8R7R6R5R10R9R17V1RP2VSR15R16R13R14VD9220V36VRP1+15VUc-15vUpXY-15V接封锁信号AB+15V第34页，课件共73页，创作于2023年2月脉冲形成放大环节TSTPVD1VD2VD4VD10VD5VD6VD8VD11-VD14VD15VD7V2V3V4V5V7V6V8C1C8C5C7C4C3C2R2R1R4R3R11R12R16R8R7R6R5R10R9R17V1RP2VSR15R16R13R14VD9220V36VRP1+15VUc-15vUpXY-15V接封锁信号AB+15V第35页，课件共73页，创作于2023年2月第36页，课件共73页，创作于2023年2月同步移相环节V2截止V2导通tus第37页，课件共73页，创作于2023年2月240120ususTuGVD1通C1放电V2截止VD1截止C1充电V2截止uG电压为正V2导通当电容电压为图示方向时V2总是截止第38页，课件共73页，创作于2023年2月第39页，课件共73页，创作于2023年2月其它环节第40页，课件共73页，创作于2023年2月双脉冲电路第41页，课件共73页，创作于2023年2月特点抗干扰性能好,移相范围宽,具有强触发/双脉冲/脉冲封锁环节,应用于大中容量的变流器中第42页，课件共73页，创作于2023年2月4.4.3触发脉冲与主电路电压的同步us180ugUustttugUt正弦波触发电路120t120锯齿波触发电路t120Uc=0Uc=0同步问题第43页，课件共73页，创作于2023年2月主变压器同步变压器usUc触发电路负载uguU以U相为例第44页，课件共73页，创作于2023年2月同步示例解题步骤（1）确定同步电压与主电路晶闸管阳极电压的相位关系（2）画出阳极电压与电网电压的相位关系（3）确定同步电压与电网电压的相位关系变压器钟点数：以初级线电压为长针，次级线电压为短针所构成的。偶数钟点初次级接法相同（Y/Y），奇数钟点接法不同

Y第45页，课件共73页，创作于2023年2月例4.4.1：已知三相半波可控整流电路主变压器的接法如图所示，采用正弦波（NPN）触发电路，要求电路工作在整流与逆变状态，试确定同步变压器器接法。U1V1W1UVWU1V1W1SUSVSWU1V130U1(U)120SUSUV解：（1）正弦波触发电路，主电路电压U超前同步电压SU120（2）变压器相量图（3）SUV落后U1V1120度，即同步变压器采用Y/Y-4接法1CFVT1负载SU与电网电压V1同相位第46页，课件共73页，创作于2023年2月例4.4.2三相全控桥主变压器接法/Y-5，采用NPN锯齿波触发电路，同步变压器次级电压us经阻容滤波为us’后接至触发电炉，us’落后us30°,试确定同步变压器接法。U1V1W1SUSVSWU1V1150UVSUSUV解：（1）锯齿波触发电路，主电路电压U超前同步电压SU'180度（2）变压器相量图（3）SUV落后U1V10度，即同步变压器采用Y/Y-10及Y/Y-4接法1CFVT1因SU'落后SU30度，故主电路电压U超前同步电压SU150度UVT44CFS（-U）150第47页，课件共73页，创作于2023年2月第5章交流调压和斩波电路5.1交流调压电路5.2直流斩波电路第48页，课件共73页，创作于2023年2月5.1交流调压电路用途:电炉温控,调光,异步交流电机调速调压器中晶闸管的控制分过零控制和移相控制调压电路分单相和三相调压电路有效值固定的交流电压调压器有效值可调的交流电压第49页，课件共73页，创作于2023年2月过零控制(通断控制)uinuout连续式断续式控制时间Tcn个周波连续输出n个周波断续输出第50页，课件共73页，创作于2023年2月特点：有级调压,输出电压(功率)调节不平滑,适合时间常数较大的对象.但谐波含量低,功率因数高.第51页，课件共73页，创作于2023年2月移相控制电阻性负载输出电压波形第52页，课件共73页，创作于2023年2月仿真模型f51.mdl第53页，课件共73页，创作于2023年2月电感性负载求取UO（IO）的关键是值的确定第54页，课件共73页，创作于2023年2月180Qa180度90度负载阻抗角上升0度（纯电阻）90度（纯电感）解超越方程(2)较为困难,根据负载阻抗角及查上图可得导通角第55页，课件共73页，创作于2023年2月第56页，课件共73页，创作于2023年2月感性负载对触发脉冲的要求(1)VT1/VT2触发脉冲必需隔离,即不能有公共接地端(2)采用强触发(宽脉冲/高频调制脉冲),防止输出电压正负波形不对称,出现直流分量第57页，课件共73页，创作于2023年2月5.2

直流调压器(斩波器)调压器按输出电压与输入电压的关系分：降压式/升压式/升降压式；调压器按工作方式分：斩波式/谐振式；斩波器用于直流电动机调速系统。固定的直流电压斩波器（调压器）可调的直流电压第58页，课件共73页，创作于2023年2月5.2.1降压斩波器EVDLMRVTIoUo降压斩波器电流连续第59页，课件共73页，创作于2023年2月仿真模型f52.mdlE=100V,ED=10V,R=50,L=1H第60页，课件共73页，创作于2023年2月输出电压控制方法第61页，课件共73页，创作于2023年2月求负载电流的最大值与最小值第62页，课件共73页，创作于2023年2月第63页，课件共73页，创作于2023年2月电流断续求出tx即可求出Uo及Io电流断续对电动机不利，少见。注意:io=0时uo=ED第64页，课件共73页，创作于2023年2月5.2.2升压斩波器设C足够大，Uo基本不变;L足够大，IE近似为一直线.VT导通，L储能IEEt1VT关断，L释能IE（U-E）（T-t1)则：IEEt1=IE（U-E）（T-t1)Et1=（U-E）（T-t1)U=TE/(T-t1)UE, 升压斩波器EVDLMRVTIoUo升压斩波器CIEuLtVT导通VT关断E-UOEIEtUOt+L储能L释能t1T升压斩波器多用于直流电机的在生制动第65页，课件共73页，创作于2023年2月5.2.3升降压斩波器EEVD2VD1LEDMVT1VT2LEDM斩波器IoUoIoUo半桥斩波器EVD2VD1LMVT1VT2全桥斩波器VD4VD3VT3VT4VT3不通/VT4导通构成半桥斩波器（一二象限）VT1不通/VT2导通构成半桥斩波器（三四象限）输出电压为+，输出电流可逆电流可逆斩波器VT1/VD1构成降压斩波器（VT2不通）电机工作在正转电动状态VT2/VD2构成升压斩波器（VT1不通）电机工作在正转发电状态第66页，课件共73页，创作于2023年2月EEVD2VD1LEDMVT1VT2LEDM斩波器IoUoIoUo半桥斩波器EVD2VD1LMVT1VT2全桥斩波器VD4VD3VT3VT4VT3不通/VT4导通构成半桥斩波器（一二象限）VT1不通/VT2导通构成半桥斩波器（三四象限）输出电压为+，输出电流可逆电流可逆斩波器VT1/VD1构成降压斩波器（VT2不通）电机工作在正转电动状态VT2/VD2构成升压斩波器（VT1不通）电机工作在正转发电状态第67页，课件共73页，创作于2023年2月ECVD1VD2VD3LL1L2L3MVT2VT1VT3多相多重斩波器三相三重斩波器（由LC滤波器和三个降压斩波器组成）i1i2i3ioi1ti2ttioi3t错开的单相斩波器使总输出电压/电流脉动减少（谐波含量低）第68页，课件共73页，创作于2023年2月5.2.4斩波器中晶闸管关断控制EEC1C1VDVD1VDL1LL1LMMVT2VT1VT2V