廣東海洋大學(xué)電力電子復(fù)習(xí)綱要

1、 電力電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)綱要1 器件晶閘管SCR：正常導(dǎo)通關(guān)斷條件：1.正向電壓,門極有觸發(fā)電流。2.反向電壓關(guān)斷；利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)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(dǎo)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(diǎn)：導(dǎo)通關(guān)斷控制方式，工作頻率，容量。 GTO IGBT MOSFET導(dǎo)通： 正壓門極觸發(fā) UGE>UGE(th) UGS>UT關(guān)斷： 門極負(fù)脈沖 UGE=0或反壓 UGS=0或反壓開關(guān)器件串聯(lián)：1. 目的：增大電壓容量 2. 問(wèn)題：均壓3.

2、解決方法：選件同參；并阻均壓；強(qiáng)脈沖觸發(fā)開關(guān)器件并聯(lián)：1. 目的：增大電流容量2. 問(wèn)題：均流3. 解決方法：選件同參；串均流電抗器；強(qiáng)脈沖觸發(fā)設(shè)備/器件保護(hù)：過(guò)壓 ：阻容，壓敏電阻，避雷器，靜電屏蔽層過(guò)流：熔斷器，過(guò)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(fù)載整流計(jì)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(fù)載整流逆變計(jì)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(duì)電機(jī)調(diào)速不利-相當(dāng)出現(xiàn)電壓擾動(dòng)。控制角輸出Ud與功率因數(shù)關(guān)系： 越小，Ud越高，功率因數(shù)越高。單相三相全波整流器時(shí)交直流側(cè)諧波（次數(shù)）單相：交流側(cè)- n=2k+1=3,5,7諧波 直流側(cè)-2倍次諧波（a =0°）三相：交流測(cè)-n=6k±1=5,7,11.次諧波直流側(cè)-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(nèi)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(fù)電壓(電流恒正)->輸出負(fù)功率直流功率->交流功率。逆變直流->交流。無(wú)源逆變 變流側(cè)為負(fù)載。有源逆變 交流側(cè)為電網(wǎng)。 電路:可輸出負(fù)電壓的整流電路。逆變的條件(1)有直流電動(dòng)勢(shì)E，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致(2)有足夠大的平波電抗(3)> 90°，使Ud為負(fù)值。=180°-=090°時(shí),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(shí)等，致使晶閘管不能正常換相。2.晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)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。逆變失敗（顛覆）逆變時(shí)，由于換相失敗，Ud升高使Id急劇升高。有源逆變?cè)谥绷鬏旊姟⑿履茉窗l(fā)電的應(yīng)用直流可逆調(diào)速, 交流繞線機(jī)調(diào)速, 高壓直流輸電。晶閘管直流電動(dòng)機(jī)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(shí)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(diào)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(jì)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(fù)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(shì)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(fù)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(shí)驗(yàn)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(diào)壓電路、輸出電壓功率與功率因數(shù)關(guān)系輸出電壓與 a 的關(guān)系： a U0 l與a 的關(guān)系： a 0功率因數(shù) l1 a ，

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

8、的0點(diǎn)） 注：負(fù)載相電壓=電源相電壓 -三(管)相導(dǎo)通 負(fù)載相電壓=電源線電壓/2 -二(管)相導(dǎo)通(1) 0 o <a <60 o：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替;VT導(dǎo)通順序:561，61（Uc=0，5斷） (2）60 oa <90 o：2管導(dǎo)通；VT1通時(shí)uc回0,VT5斷兩管導(dǎo)通,每管導(dǎo)通120°(3)90°a <150°：兩管導(dǎo)通與0管導(dǎo)通交替，導(dǎo)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(guò)控制a 角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無(wú)功功率。交流調(diào)壓電路特點(diǎn)：通過(guò)調(diào)波頭的形狀控制

9、功率。 響應(yīng)快，適合小慣性負(fù)載，有高次諧波，功率因數(shù)低，電磁干擾大。交流調(diào)功電路特點(diǎn)：調(diào)波頭的數(shù)量控制功率。響應(yīng)慢，適合大慣性負(fù)載，無(wú)高次諧波,功率因數(shù)高，電磁干擾小。直接交交變頻特點(diǎn)，主要用途特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容量大,工作可靠; 2.器件多;諧波大,頻譜復(fù)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(dòng)機(jī)調(diào)速。（用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。目前已在軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、礦石破碎機(jī)、球磨機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等場(chǎng)合應(yīng)用。）交流電子開關(guān)應(yīng)用：TSC含義作用 TSC-晶閘管投切電容 作用：可動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功；提高功率因數(shù)；穩(wěn)定電網(wǎng)

10、電壓；改善供電質(zhì)量。單相交流分級(jí)調(diào)壓主電路5. 逆變 無(wú)源逆變 有源逆變逆變：直流電->交流電有源逆變-交流側(cè)接電網(wǎng)無(wú)源逆變-交流側(cè)接負(fù)載 換流電流從關(guān)斷支路向?qū)ㄖ返霓D(zhuǎn)移，也稱為換相。換流方式分類: 1)器件換流-自關(guān)斷換流2)電網(wǎng)換流-電網(wǎng)提供負(fù)電壓關(guān)斷晶閘管。例：整流與有源逆變電路。 3)負(fù)載換流-電流相位超前電壓的容性負(fù)載,可負(fù)壓關(guān)斷晶閘管4)強(qiáng)迫換流-設(shè)置附加LC等電路，關(guān)斷晶閘管。電壓電流型逆變電路特點(diǎn) 電壓型逆變電路特點(diǎn)：(1)直流側(cè)：電壓源或并聯(lián)大電容，電壓恒穩(wěn)。 (2)輸出交流側(cè)：電壓為階梯波,電流(RL負(fù)載)近正弦波。 (3)阻感負(fù)載功率通道： 有功通道-V,感性無(wú)

11、功通道-VD, 無(wú)功返直流源或C緩沖。電流型逆變電路特點(diǎn)：(1)直流側(cè)：串大電感，近電流源，電流平穩(wěn)。 (2)交流側(cè): 電流為矩形波,負(fù)載（并電容）電壓近正弦波 (3)負(fù)載的容性無(wú)功由負(fù)電壓反饋到直流側(cè),由電感緩沖，不需逆導(dǎo)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(jìn)輸出電壓電流波形,減小諧波6 PWM含義：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)其基本原理：沖量面積U*T等效原理PWM控制方法（1）計(jì)算法（2）調(diào)制法：1.三角載波調(diào)制法特點(diǎn):較精確, 重心自動(dòng)跟隨 ,易于硬件實(shí)現(xiàn)， 難于軟件實(shí)現(xiàn)。 2.中點(diǎn)采樣法（規(guī)則采樣法）特點(diǎn)：易軟件實(shí)現(xiàn)，精度稍低，相位(重心)不能跟隨。異步調(diào)制：異步調(diào)制-f

12、c 不變， N 隨fo 變載波與調(diào)制波不同步N整數(shù)時(shí),uo的1,1/2,1/4周的脈沖都不對(duì)稱。當(dāng)fo較低時(shí)，N 較大-低頻模擬性能較好。當(dāng)fo增高時(shí)，N 減小-高頻模擬性能較差。 同步調(diào)制：載波與調(diào)制波保持同步,N=常數(shù)fo很低時(shí)， fc也低, 脈沖過(guò)寬,電流轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大-對(duì)稱性,高頻性能好,低頻差 分段同步調(diào)制：可兼顧對(duì)稱性與高低頻性能。也可低頻異步調(diào)制，高頻同步調(diào)制，和分段同步效果接近。SPWM載波調(diào)制法特點(diǎn), 空間矢量法特點(diǎn) 特點(diǎn)：每周期兩點(diǎn)采樣確定脈沖寬度和重心-較精確，重心自動(dòng)跟隨，難于軟件實(shí)現(xiàn)。 空間矢量法特點(diǎn)：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(zhuǎn)）設(shè)控制周期Tc，控制方程s Us*Tc（用Us控制跟隨*圓轉(zhuǎn)）SPWM 頻譜，諧波影響PWM整流電路特點(diǎn)：升壓斬波器性質(zhì)，可調(diào)有功無(wú)功PWM滯環(huán)電流控制：電路，控制方式，響應(yīng)，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(diǎn) （1）硬件電路簡(jiǎn)單； （2）屬于實(shí)時(shí)控制方式，電流響應(yīng)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(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)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(diǎn)）PWM整流電路有升壓斬波特性,輸出Ud>交流峰值電壓?jiǎn)蜗嗾鱑I環(huán)APFC中i過(guò)大時(shí),i<0 ,VT應(yīng)關(guān)斷,UVT= UdPWM斬波器實(shí)驗(yàn)電壓電流波形SPWM變頻器實(shí)驗(yàn)電流電壓波形7 軟開關(guān)電路變流設(shè)備高頻化優(yōu)點(diǎn)與問(wèn)題 優(yōu)點(diǎn)：小型化。 問(wèn)題：開關(guān)損耗、電磁干擾增大。 解決：軟開關(guān)技術(shù): 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲；進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。 理想軟開關(guān)特點(diǎn) 零壓導(dǎo)通，零流關(guān)斷-開通和關(guān)斷0損耗0噪聲，但電路復(fù)雜。常用軟開關(guān)特點(diǎn) 0壓開關(guān)- 導(dǎo)通：0損耗0噪聲； 關(guān)斷：小損耗小噪聲。0壓軟開關(guān)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)的基本電路與控制 0壓開關(guān)常用電路 開關(guān)并C； 反并D ； 配合外部L等電路 0壓關(guān)斷: 0壓導(dǎo)通: 降du/dt LC等電路先導(dǎo)通D8 組合變流電路 基本的變流電路：AC/DC、