電力電子復(fù)習(xí)整理

1、第一章電力電子技術(shù)的概念根據(jù)電力電子器件的特性、采用一種有效的靜態(tài)變換和控制方法，將一種電能形式轉(zhuǎn)換為另 一種電能形式的技術(shù)。電力電子功率變換的分類AC/DC 變換 整流器DC/AC 變換 逆變有源逆變 DC/AC 變換時(shí)，交流輸出與電網(wǎng)相連。無源逆變 DC/AC 變換時(shí)，交流輸出直接與負(fù)載相連 。AC/AC 變換 變頻器DC/DC 變換 直流斬波第二章功率半導(dǎo)體器件分類不可控型: 功率二極管 :導(dǎo)通和關(guān)斷均由電路潮流決定。半可控型 : 晶閘管 :在器件在承受正向電壓時(shí)，由控制信號(hào)控制器件的導(dǎo)通，而關(guān)斷狀態(tài)由電路潮流決定。全控型 : 可控開關(guān) :由控制信號(hào)控制器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。絕緣柵雙極晶體管

2、（ IGBT ）門極可關(guān)斷晶閘管（ GTO ）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ MOSFET ）雙極結(jié)型晶體管（ BJT）絕緣柵門極換流晶閘管（ IGCT ） 二極管的工作原理、特性和分類當(dāng)功率二極管承受正向電壓時(shí)，它的正向?qū)▔航岛苄?，大約在1V左右。當(dāng)功率二極管承受反向電壓時(shí)，只有極小的漏電流可通過該器件。正向平均電流IF (AV) 設(shè)正弦半波電流的峰值為Im，則額定電流為：1 .1 F (AV )0 1 m Sin td (If 、；0(ImSin t)2d( t)額定電流有效值為:Im2某電流波形的有效值與平均值之比為這個(gè)電流的波形系數(shù)：K電流有效值Kf丄1.57f電流平均值 |fav 2額定電流I

3、F(AV)=100A的電流功率二極管，其額定電流有效值IF=Kf IF(AV)=157A。正向壓降UF幾種常用的功率二極管肖特基二極管快恢復(fù)二極管工頻二極管晶閘管的工作原理、特性、分類和選型(電流有效值、波形系數(shù)、額定電壓和額定電流) 晶閘管承受正向電壓時(shí)，在門極注入正向脈沖電流可將它觸發(fā)導(dǎo)通。晶閘管一旦開始導(dǎo)通，門極就失去控制作用。不論門極觸發(fā)電流是否存在，晶閘管都保持導(dǎo) 通。通過外電路使陽極電流反向，并且降到接近于零的某一數(shù)值，可使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷。晶閘管通過電源電壓的正半波控制其導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管電流開始反向時(shí)，電源電壓變負(fù)，晶閘管所承受的電壓也同時(shí)反向。理想晶閘管將會(huì)使其電流在t=T/2

4、后立即變?yōu)?。波形如圖所示額定電壓Ur選用晶閘管時(shí)，應(yīng)使其額定電壓為正常工作電壓峰值UM的23倍，以作為安全裕量Ur=(23)Um根據(jù)所使用具體電流波形來計(jì)算出允許使用的電流平均值選用晶閘管時(shí)，設(shè)三相工頻半波電 流峰值為Im時(shí)的波形，通態(tài)平均電流為:t)Im1 .I T(AV)2 o I m Sin td(正弦半波電流有效值為:I ,0(ImSin t)2d( t)Im2晶閘管有效值與通態(tài)平均電流的比值為:U I1 cos 11.57IT AV2有效值與平均值的比為（波形系數(shù)）：I K f I d 57 I T （AV ）實(shí)際電路中，由于晶閘管的熱容量小，過載能力低，因此在實(shí)際選擇時(shí)，一般取1

5、.52倍的安全系數(shù)，故在給定晶閘管的額定電流后，可計(jì)算出該晶閘管的任意波形時(shí)允許的電流平均 值為：I d（1.52）Kf半導(dǎo)體功率器件開關(guān)能量損耗的計(jì)算Ps U d I 0 f s (tc(on) tc(off)可控開關(guān)的理想特性描述 關(guān)斷時(shí)，不論正、反向阻斷電壓有多高，都沒有電流流過該器件 導(dǎo)通時(shí)，壓降為零，此時(shí)可傳導(dǎo)任意大的電流。 該器件一旦被觸發(fā)，立即從導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)，反之亦然。 該器件只需很小的電流就能觸發(fā)。BJT、達(dá)林頓管、MOSFET、GTO和IGBT的基本原理IGBT像MOSFET 樣，IGBT的輸入阻抗高，只需很小的能量來開關(guān)器件。如同BJT 一樣，即使當(dāng)它承受較高電壓時(shí)，

6、它的導(dǎo)通壓降也很小。與GTO類似，IGBT能夠被設(shè)計(jì)承受一定的反向壓降。IGBT的耐壓可以做得較高，最大允許電壓 UCEM可達(dá)4500V以上第三章似穩(wěn)態(tài)過程的概念電力電子技術(shù)的應(yīng)用中非正弦的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程。網(wǎng)絡(luò)換流整流器單相橋路：視在功率，有功功率，畸變功率和諧波S=UI=UId P 2UIdCOSQ1 UuIdSinD . S2P2Q2 D ! 82u Id畸變功率與控制角a無關(guān)，但在電壓、電流中產(chǎn)生以下特征頻率分量網(wǎng)絡(luò)電流：n= 1,3,5,7,9,11,?輸出電壓:m = 0,2,4,6,8,?網(wǎng)絡(luò)換流整流器三相橋路：視在功率，有功功率，畸變功率和諧波交流側(cè)總電流is和對(duì)應(yīng)的基波電流有效值

7、isi分別為:2| | 碼_ 1 d sid3Is,S2 P2Qi2Qix3UIs 、2UldUMQuid/ 爲(wèi)此處的畸變功率與控制角a無關(guān)與單相整流橋路相同，但沒有3及3的倍數(shù)次諧波n = 1，5，7，11，13，17，19直流電壓中的諧波m = 0， 6， 12, 18直流電流的諧波次數(shù):m = kx p， k = 0,1,2,3,?交流側(cè)電流中的諧波次數(shù)n = kx p± 1， k=1,2,3,以上各式中，p為每周期的脈沖次數(shù)。穩(wěn)態(tài)下的非正弦波形：THD，PF, DPF，浪涌（峰值）系數(shù)的計(jì)算電流的總諧波含有量為:%THDj100滄Is1100 Is Is1s1100I浪涌系數(shù)

8、：電流峰值和電流有效值的比值s. peak非正弦量的功率因數(shù)（PF） : PF=P/SUsIslCOS©IslPF- cos QVsIsIs位移功率因數(shù)(DPF ):DPS=cosj1非正弦電流條件下的功率因數(shù)I s1PF DPFIs傅立葉級(jí)數(shù)的展開方法，及其在諧波分析中的應(yīng)用（基波和諧波的表達(dá)式、幅值、有效值的計(jì)算）方波：4A11f (t)sin( t) -sin(3 t)sin(5 t) L35第四章單相橋式二極管整流電路Ls=0的波形和計(jì)算（輸出電壓、交流側(cè)電流有效值、諧波表達(dá)式、基波分量、諧波分量、功率因數(shù)）Is=IdIs- - >'2Id 0.9Id0h為偶數(shù)

9、Ish I s1/hh為奇數(shù)Udo 2 2Usns0.9U諧波總畸變率為：THD=48.43%isl波形曲線與us波形同相位：DPF=1.0IsiPF DPF 衛(wèi) 0.9Is右圖所示單相二極管整流電路，Ls為零，直流側(cè)為恒定電流，Id=10A。試計(jì)算負(fù)載所吸收的平均功率若us為正弦電壓曲線,Us = 120V,頻率 50Hz;若us為下圖所示的矩形波。(1) us為正弦電壓曲線，Us = 120V，VD.Ud=0.9Us=108VPd=Udld=1080W(2)根據(jù)整流電路的工作原理可知，直流輸出電壓波形如圖所示，所求平均電壓和負(fù)載吸收的功率分別為:200 120 0 60180200 -13

10、3.33V3Fd Udld 1333.3W單相橋式二極管整流電路Ls>0的波形和計(jì)算(換相重疊角、輸出電壓) 換流：電流從一個(gè)二極管轉(zhuǎn)到另一個(gè)二極管的過程。換流重疊角：換流時(shí)間所對(duì)應(yīng)的電角度用符號(hào)r表示單相半波：cos 1LsId、2U sUd0 0.45Us UdLs2nldUd 0.45Ucos 1HIdA2 LsIdU dU d00.9Usnn單相全波線，Id = 10A。和平均功率分析圖中電路的換流Us=120V ,頻基本過程，其中us為正弦電壓曲率 50Hz, Ls=0，計(jì)算 UdPd;Us = 120V，頻率 50Hz，Ls=5mH，計(jì)算 g、Ud 和 Pd;LsUd 0.9

11、Us 0.45 12054V2Fd UdId 54 10540W(2)Ls=5mHcos3LsId ,250 5 10 3 10 1 ?2Us2 1200.9074 r = 24.850.45Us0.45 120250 5 1021051.5V RUdId 51.5 10515W三相橋式二極管整流電路 Ls=0的波形和計(jì)算（輸出電壓、交流側(cè)電流有效值、諧波 表達(dá)式、基波分量、諧波分量、功率因數(shù)）VDt 了細(xì)¥亠導(dǎo)通1 Q¥IVD掙不昴通六脈動(dòng)整流電路直流電壓由6個(gè)線電壓的部分區(qū)間所形成，每個(gè)二極管導(dǎo)通120。d01n/3td( t)3 2U lln1.35U llUdo 2

12、.34U線電流is的有效值 J Id 0.8161 d is的基波分量is1 3的有效值為：ls1 1 6Id 0.781 dnis1與相電壓us同相位，所以：DPF=1.0Ish 一 h = 5, 7, 11, 13, h3PF 0.955n三相橋式二極管整流電路Ls>0的波形和計(jì)算（換相重疊角、輸出電壓）cos12 LsIdv2U LLUdLsId3 ,LsI dn/3n3UdUd0Ud1.35U llLsIdn第五章單相全控橋整流電路Ls=0 （純電阻負(fù)載、阻感負(fù)載、反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載）的波形和計(jì)算（輸出電壓、交流側(cè)電流有效值、諧波表達(dá)式、基波分量、諧波分量、功率因數(shù)）UdU d 0Ud

13、Is1122-o V2Ussin t d( t)二Us 0.9Us12 22Ussin t d( t)Uscos 0.9UscosUd0 Ud 0.9Us(1 cos )交流有效值等于對(duì)應(yīng)的直流電流：Is2 2|d 0弘心半PFIs0.9 cos位移功率因數(shù)為：DPF=cos<ZA =cosa單相全控橋整流電路Ls>0的波形和計(jì)算（換相重疊角、輸出電壓）cos()cos2 LsIdx2UsUdA2LsIdUd0.9Uscos2 LsId已知圖中，交流電的額定電壓為230V,工作頻率為50Hz，線路電感Ls上的壓降為額定電壓的5%,線路的傳輸容量 S=5kVA、控制角 a=30o、有

14、功消耗為3kW。試計(jì)算在額定輸入 電壓下的換流重疊角r和Ud各為多少？ 根據(jù)已知條件，求得線路電流的額定值為IsS 5000Us23021.74A系統(tǒng)等效阻抗的模數(shù)為：Zb=Us /Is=10.58歐線路的等效電感為：Ls=0.05-Zb /w=1.684mH根據(jù) Ud 0>9UsCOs整流器吸收的有功功率為：P UdId 0.9U sI d cos - Lslf 3kW將已知條件代入上式中得：I； 640.236ld 10714.320 Id=17.196A將Id=17.196A分別代入cos()cos2 LsId2UsUd 0.9Uscos - LsId解得：r= 5.9oUd =

15、173.47V有源逆變產(chǎn)生的原理和條件，逆變失敗的原因及其防止措施。條件： 直流側(cè)要有電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓； 要求晶閘管的控制角a > n2，使Ud為負(fù)值。逆變失敗的原因：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換流失敗，外接的直流電源就會(huì)通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平 均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變?yōu)轫樝虼?lián)，由于逆變電路內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，稱為逆變失敗或逆變 顛覆。防止逆變失敗的方法有：采用精確可靠的觸發(fā)電路，使用性能良好的晶閘管，保證交流電源的質(zhì)量，留出 充足的換向裕量角等。整流電路多重化的目的一是可以使裝置總體的功率容量大二是能夠減

16、少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對(duì)電網(wǎng)的干擾 三是提高功率因素第八早直流斬波的基本概念、基本的斬波電路類型利用一個(gè)或多個(gè)開關(guān)將某個(gè)直流電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換成另一個(gè)電壓等級(jí)降壓斬波器一Buck斬波電路升壓斬波器一Boost斬波電路降壓/升壓斬波器一Buck-Boost斬波電路Cdk斬波器全橋斬波器在開關(guān)閉合期間，圖中的二極管變?yōu)榉聪蚱?，此時(shí)，輸入電源將能量送到負(fù)載和電感中 在開關(guān)斷開時(shí)，電感中的電流則經(jīng)過二極管將它所儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載中。(U d Uo) tonU 0 (Ts ton)U 0 ton dUd Ts升壓斬波電路的工作原理和計(jì)算UoUdTs1 Uo與1 D 與 UdtonTsD1當(dāng)開關(guān)器

17、件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電源將能量傳送到電感中；當(dāng)開關(guān)器件處于斷開狀態(tài)時(shí)，電 源和電感同時(shí)都向輸出部分提供能量。U d ton(U d Uo)toff0 蟲左丄Ud TOff 1 D升降壓斬波電路的工作原理和計(jì)算當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電感從電源得到能量，此時(shí)二 極管由于反偏而處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，儲(chǔ)存在電感中的能量轉(zhuǎn)移到輸 出負(fù)載之中，而電源此時(shí)并不提供任何能量給負(fù)載UoUdDTs ( Uo) (1 D)Ts 0 移項(xiàng)得：|U d第七章?lián)Q流方式:適用于全控世蠱仲WIiWt才人.I, 匚 ” 、器件換流，強(qiáng)迫換流 負(fù)栽換流 電網(wǎng)換冊(cè)YY自換流外部換流熄滅：換流電流不是從一個(gè)支路向另一個(gè)支路的轉(zhuǎn)移，而是在

18、支路內(nèi)部終止而變?yōu)榱?。反饋二極管：負(fù)載向直流側(cè)提供反饋能量通道的二極管續(xù)流二極管：使負(fù)載電流連續(xù)作用的二極管?？刂品绞剑悍讲刂品绞胶?PWM控制方式SPWM波的基本原理、波形，幅值調(diào)制比、頻率調(diào)制比?？刂菩盘?hào)uctr是正弦波，逆變器輸出的是幅值和頻率均可控的正弦波。直流-交流逆變電路中的控制信號(hào) uctr可以是恒定的或隨時(shí)間變化，該調(diào)制信號(hào)的輸出是這 個(gè)調(diào)制信號(hào)與開關(guān)頻率恒定的三角波進(jìn)行比較后產(chǎn)生。SPWM通過改變占空比實(shí)現(xiàn)控制，它不僅可有效的控制平均直流輸出電壓的幅值，而且還能 根據(jù)調(diào)制信號(hào)的頻率來控制逆變器的基波輸出頻率。基mf faftrim1Uctrm:控制信號(hào)峰值Utrim :三角波信號(hào)幅值fl:調(diào)制頻率fs：三角波utri的頻率,載波頻率,開關(guān)頻率(Uctrm < Utrim)SPWM波的諧波構(gòu)成。PWM所產(chǎn)生的諧