廣東海洋大學電力電子復習綱要

1、 電力電子技術課程學習綱要1 器件晶閘管SCR：正常導通關斷條件：1.正向電壓,門極有觸發(fā)電流。2.反向電壓關斷；利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到近于零的某一數(shù)值以下。晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用電流定額： I（有效值）=1.57 IT(AV)（IT(AV)-通態(tài)平均電流） 全控型 GTO IGBT MOSFET 基本特點：導通關斷控制方式，工作頻率，容量。 GTO IGBT MOSFET導通： 正壓門極觸發(fā) UGE>UGE(th) UGS>UT關斷： 門極負脈沖 UGE=0或反壓 UGS=0或反壓開關器件串聯(lián)：1. 目的：增大電壓容量 2. 問題：均壓3.

2、解決方法：選件同參；并阻均壓；強脈沖觸發(fā)開關器件并聯(lián)：1. 目的：增大電流容量2. 問題：均流3. 解決方法：選件同參；串均流電抗器；強脈沖觸發(fā)設備/器件保護：過壓 ：阻容，壓敏電阻，避雷器，靜電屏蔽層過流：熔斷器，過流繼電器，斷路器，電子電路觸發(fā)電路： 有足夠的幅度、陡度、寬度及良好的可靠性、抗擾性、電氣隔離性。2整流電路單相全控整流電路R ，RLE負載整流計算波形R：Ud=0.9U2cos+1/2 Id=Ud/R加串L：Ud=0.9U2cos Id=Ud/R I2=IdRLE：Ud=0.9U2cos Id= (Ud-E)/r三相全控整流電路RLE負載整流逆變計算波形Ud=2.34U2cos

3、Id=(Ud-E)/(R+Rx) U* U*=Ud-Rx*IdP=U*Id=0.955cos輕載斷流影響: 平均值Ud增大；斷流升壓對電機調速不利-相當出現(xiàn)電壓擾動。控制角輸出Ud與功率因數(shù)關系： 越小，Ud越高，功率因數(shù)越高。單相三相全波整流器時交直流側諧波（次數(shù)）單相：交流側- n=2k+1=3,5,7諧波 直流側-2倍次諧波（a =0°）三相：交流測-n=6k±1=5,7,11.次諧波直流側-6倍次諧波（a =0°）a 不為0°- a 越近90°諧波幅值越大交流漏感影響：出現(xiàn)換相重疊角 ，整流輸出電壓平均值Ud降低。（可等效為內阻電路）。

4、多重化整流電路作用多重-多組串并聯(lián)目的: 減小交直流諧波； 提高功率因數(shù)。整流電路的有源逆變整流器輸出負電壓(電流恒正)->輸出負功率直流功率->交流功率。逆變直流->交流。無源逆變 變流側為負載。有源逆變 交流側為電網。 電路:可輸出負電壓的整流電路。逆變的條件(1)有直流電動勢E，其極性和晶閘管導通方向一致(2)有足夠大的平波電抗(3)> 90°，使Ud為負值。=180°-=090°時,稱逆變角逆變失敗的原因1.觸發(fā)電路工作不可靠，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。2.晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通。3.交流電源

5、缺相或突然消失。4.換相的裕量角不足，引起換相失敗。逆變失?。嵏玻┠孀儠r，由于換相失敗，Ud升高使Id急劇升高。有源逆變在直流輸電、新能源發(fā)電的應用直流可逆調速, 交流繞線機調速, 高壓直流輸電。晶閘管直流電動機系統(tǒng)：R較小, id大變化只引起n的小變化-硬特性。電流斷續(xù)時特性變軟, Id小變化引起n大變化。等效: Udo增加 (幾倍), R大增 (十幾,幾十倍),不利于調速。3斬波器基本降壓、升壓斬波器電路；電流路徑，電壓電流波形降壓斬波器電路 升壓斬波電路 升、降、升降壓型斬波器基本計算公式降壓斬波電路：輸出電壓平均值Uo=E +Em (io不連續(xù)) =E (io連續(xù))負載電流平均值：I

6、o=(Uo-Em)/R 升壓斬波電路：電路-利用L電勢升壓 電壓:Uo=E/=E/(1-)電流： Io=Uo/R E*ILUo*Io IL(Uo/E)Io=Io/注意:如負載開路,C將充電至很高電壓升降壓斬波電路： Uo=(/)E=E/(1-) =00.5: Uo < E =0.51: Uo > E 斷流影響: 電流斷續(xù)則Uo被抬高實驗四象限斬波器電壓電流波形多重化斬波器作用脈波頻率升高,有利濾波平穩(wěn)電流 可增大輸出容量 可冗余備用,提高抗故障能力。4 交交變流相控調壓電路、輸出電壓功率與功率因數(shù)關系輸出電壓與 a 的關系： a U0 l與a 的關系： a 0功率因數(shù) l1 a ，

7、輸入電流滯后且畸變l 。單相調壓電阻負載基本波形,計算(=60°90°): 0° 60° 90°P/Pm: 100% 80% 50%I/Im=U0/Ui 100% 90% 70.7%Pm為全導通功率，Im為全導通電流Pm=U2/R P=I2/R三相Y/Y交流調壓基本特點：器件導通數(shù)，輸出電壓波形與諧波1.VT1、3、5導通，a，b，c正壓VT2、4、6導通，a，b，c反壓 2.觸發(fā)脈沖：雙脈沖或寬脈沖觸發(fā) 順序 1,2,3,4,5,6.間隔60o 3.初始靠線電壓導通，其0壓點超前相電壓30 o，故0°150°（以相壓0點為

8、的0點） 注：負載相電壓=電源相電壓 -三(管)相導通 負載相電壓=電源線電壓/2 -二(管)相導通(1) 0 o <a <60 o：三管導通與兩管導通交替;VT導通順序:561，61（Uc=0，5斷） (2）60 oa <90 o：2管導通；VT1通時uc回0,VT5斷兩管導通,每管導通120°(3)90°a <150°：兩管導通與0管導通交替，導通角度為: (300°2 a)。4.諧波TCR含義，作用TCR-晶閘管控制電抗器作用：通過控制a 角可連續(xù)調節(jié)流過電抗器的電流，從而調節(jié)無功功率。交流調壓電路特點：通過調波頭的形狀控制

9、功率。 響應快，適合小慣性負載，有高次諧波，功率因數(shù)低，電磁干擾大。交流調功電路特點：調波頭的數(shù)量控制功率。響應慢，適合大慣性負載，無高次諧波,功率因數(shù)高，電磁干擾小。直接交交變頻特點，主要用途特點：1.結構簡單,容量大,工作可靠; 2.器件多;諧波大,頻譜復雜; 3.輸出頻率較低，輸入功率因數(shù)較低。作用：主要用于大功率低速交流電動機調速。（用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉速的交流異步電動機或同步電動機調速。目前已在軋機主傳動裝置、鼓風機、礦石破碎機、球磨機、卷揚機等場合應用。）交流電子開關應用：TSC含義作用 TSC-晶閘管投切電容 作用：可動態(tài)補償無功；提高功率因數(shù)；穩(wěn)定電網

10、電壓；改善供電質量。單相交流分級調壓主電路5. 逆變 無源逆變 有源逆變逆變：直流電->交流電有源逆變-交流側接電網無源逆變-交流側接負載 換流電流從關斷支路向導通支路的轉移，也稱為換相。換流方式分類: 1)器件換流-自關斷換流2)電網換流-電網提供負電壓關斷晶閘管。例：整流與有源逆變電路。 3)負載換流-電流相位超前電壓的容性負載,可負壓關斷晶閘管4)強迫換流-設置附加LC等電路，關斷晶閘管。電壓電流型逆變電路特點 電壓型逆變電路特點：(1)直流側：電壓源或并聯(lián)大電容，電壓恒穩(wěn)。 (2)輸出交流側：電壓為階梯波,電流(RL負載)近正弦波。 (3)阻感負載功率通道： 有功通道-V,感性無

11、功通道-VD, 無功返直流源或C緩沖。電流型逆變電路特點：(1)直流側：串大電感，近電流源，電流平穩(wěn)。 (2)交流側: 電流為矩形波,負載（并電容）電壓近正弦波 (3)負載的容性無功由負電壓反饋到直流側,由電感緩沖，不需逆導二極管。三相電壓型輸出線相電壓波形多重與多電平逆變電路作用改進輸出電壓電流波形,減小諧波6 PWM含義：脈沖寬度調制技術其基本原理：沖量面積U*T等效原理PWM控制方法（1）計算法（2）調制法：1.三角載波調制法特點:較精確, 重心自動跟隨 ,易于硬件實現(xiàn)， 難于軟件實現(xiàn)。 2.中點采樣法（規(guī)則采樣法）特點：易軟件實現(xiàn)，精度稍低，相位(重心)不能跟隨。異步調制：異步調制-f

12、c 不變， N 隨fo 變載波與調制波不同步N整數(shù)時,uo的1,1/2,1/4周的脈沖都不對稱。當fo較低時，N 較大-低頻模擬性能較好。當fo增高時，N 減小-高頻模擬性能較差。 同步調制：載波與調制波保持同步,N=常數(shù)fo很低時， fc也低, 脈沖過寬,電流轉矩脈動大-對稱性,高頻性能好,低頻差 分段同步調制：可兼顧對稱性與高低頻性能。也可低頻異步調制，高頻同步調制，和分段同步效果接近。SPWM載波調制法特點, 空間矢量法特點 特點：每周期兩點采樣確定脈沖寬度和重心-較精確，重心自動跟隨，難于軟件實現(xiàn)。 空間矢量法特點：空間向量相電壓方程：dS /dt = US - iS *R US s

13、=a+b+c（s正弦分布，空間旋轉）設控制周期Tc，控制方程s Us*Tc（用Us控制跟隨*圓轉）SPWM 頻譜，諧波影響PWM整流電路特點：升壓斬波器性質，可調有功無功PWM滯環(huán)電流控制：電路，控制方式，響應，諧波單相電流控制PWM整流電路，APFC電路滯環(huán)控制方式1)滯環(huán)控制PWM電流跟蹤2)三相電流跟蹤型PWM逆變器滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路的特點 （1）硬件電路簡單； （2）屬于實時控制方式，電流響應快；（3）不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量；（4）和計算法及調制法相比，相同開關頻率時輸出電流高次諧波含量較多；（5）屬于閉環(huán)控制（這是各種跟蹤型PWM變流電路的

14、共同特點）PWM整流電路有升壓斬波特性,輸出Ud>交流峰值電壓單相整流UI環(huán)APFC中i過大時,i<0 ,VT應關斷,UVT= UdPWM斬波器實驗電壓電流波形SPWM變頻器實驗電流電壓波形7 軟開關電路變流設備高頻化優(yōu)點與問題 優(yōu)點：小型化。 問題：開關損耗、電磁干擾增大。 解決：軟開關技術: 降低開關損耗和開關噪聲；進一步提高開關頻率。 理想軟開關特點 零壓導通，零流關斷-開通和關斷0損耗0噪聲，但電路復雜。常用軟開關特點 0壓開關- 導通：0損耗0噪聲； 關斷：小損耗小噪聲。0壓軟開關特點，實現(xiàn)的基本電路與控制 0壓開關常用電路 開關并C； 反并D ； 配合外部L等電路 0壓關斷: 0壓導通: 降du/dt LC等電路先導通D8 組合變流電路 基本的變流電路：AC/DC、