電力電子技術(shù)復(fù)習(xí)筆記

1、電力電子學(xué) 美國學(xué)者W. Newell認(rèn)為電力電子學(xué)是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而形成的。電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。它不僅用于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。 一般工業(yè) 工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動(dòng)機(jī)，都是用電力電子裝置進(jìn)行調(diào)速的。 一些對(duì)調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機(jī)等近年來也采用了變頻裝置，以達(dá)到節(jié)能的目的。交通運(yùn)輸 電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車中的直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。 電動(dòng)汽車的電機(jī)依靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動(dòng)控制，其蓄電池的充電也

2、離不開電力電子裝置。一臺(tái)高級(jí)汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動(dòng)并控制。電力系統(tǒng) 直流輸電在長(zhǎng)距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)，其送電端的整閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主要采用全控型的IGBT器件。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的。 晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等電力電子裝置大量用于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償或諧波抑制。 在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。 電子裝置用電源 各種電子裝置一般都需要不

3、同電壓等級(jí)的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。 在大型計(jì)算機(jī)等場(chǎng)合，常常需要不間斷電源Uninterruptible Power Supply_ UPS）供電，不間斷電源實(shí)際就是典型的電力電子裝置。家用電器 其它 航天飛行器、載人航天器、抽水儲(chǔ)能發(fā)電站超導(dǎo)儲(chǔ)能平均電流晶閘管的主要參數(shù)電流有效值二者關(guān)系 I=IT*1.57維持電流IH 維持電流是指使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安。 結(jié)溫越高，則IH越小。 擎住電流 IL 擎住

4、電流是晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。 約為IH的24倍 浪涌電流ITSM指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。2.6 功率集成電路與集成電力電子模塊實(shí)際應(yīng)用電路 高壓集成電路（High Voltage ICHVIC） 一般指橫向高壓器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。 智能功率集成電路（Smart Power ICSPIC） 一般指縱向功率器件與邏輯或模擬控制電路的單片集成。 智能功率模塊（Intelligent Power ModuleIPM） 專指IGBT及其輔助器件與其保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路的單片集成，也稱智能IGBT（Int

5、elligent IGBT）。按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況 單極型：肖特基二極管、電力MOSFET和SIT等。 雙極型：基于PN結(jié)的電力二極管、晶閘管、GTO和GTR等。 復(fù)合型 ：IGBT、SITH和MCT等。 31.1 單相半波可控整流電路VT的a 移相范圍（使輸出從開始導(dǎo)通到輸出為0的a 角度）為180。31.2 單相橋式全控整流電路 帶電阻負(fù)載的工作 a 角的移相范圍為180帶阻感負(fù)載的工作情況晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。晶閘管移相范圍為903.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的一些特點(diǎn) 每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，共陰

6、極組的和共陽極組的各1個(gè)，且不能為同一相的晶閘管。 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求 6個(gè)晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60 。 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120 。 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180 。2.7.1 逆變的概念從上述分析中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件有二：有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致（與原向相反），其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。晶閘管的控制角 /2，使Ud為負(fù)值。1) 逆變失敗的原因：觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給

7、各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相。如在負(fù)段觸發(fā)的管子，在正段觸發(fā)。晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通。如負(fù)半周管子失去阻斷能力，導(dǎo)通到正半周。交流電源缺相或突然消失。如失去阻斷作用能繼續(xù)導(dǎo)通。換相的裕量角不足，引起換相失敗。2) 確定最小逆變角bmin的依據(jù)逆變時(shí)允許采用的最小逆變角b 應(yīng)等于bmin=d +g+q d 晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度g 換相重疊角q安全裕量角3.8.1 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路1) 脈沖形成環(huán)節(jié)與放大V4、V5 脈沖形成；V7、V8 脈沖放大。當(dāng)V4關(guān)斷，V5和V6導(dǎo)通，C3的充電電壓為左正右負(fù)，約30v。當(dāng)V4導(dǎo)通，

8、A點(diǎn)降為0V，V5截止脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。2) 同步信號(hào)和鋸齒波的形成鋸齒波電壓形成的方案較多，本電路采用恒流源電路。同步信號(hào)為同步變壓器。鋸齒波是由開關(guān)V2管來控制的。V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率由同步變壓器所接的交流電壓決定。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過零點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。 鋸齒波總是對(duì)應(yīng)于同步信號(hào)的負(fù)半周產(chǎn)生。3) 移相環(huán)節(jié) 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙脈沖電路 V5、V6構(gòu)成“或”門當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6

9、有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。三相橋式全控整流電路的情況，X輸出，Y輸入。如VT1器件的X端（V4導(dǎo)通，X表現(xiàn)出為0）接VT6器件的Y端（V6為0，V7、V8導(dǎo)通）。5) 強(qiáng)觸發(fā)電源通過R15充電至50V；放電過程中由VD15箝位在15V。第4逆變的概念 與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變。 交流側(cè)接負(fù)載，為無源逆變，本章主要講述無源逆變。 變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。 器件換流只適用于全控型器件，其余三種方式主要是針對(duì)晶閘管而言的。 器件換流和強(qiáng)迫換流屬于自換流，電網(wǎng)換流和負(fù)

10、載換流屬于外部換流。 根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同，可以分為兩類1電壓型逆變電路：直流側(cè)是電壓源。2電流型逆變電路：直流側(cè)是電流源。電壓型逆變電路的特點(diǎn) 1直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)。2由于直流電壓源的鉗位作用，輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。3阻感負(fù)載時(shí)需提供無功功率，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。電流型逆變電路主要特點(diǎn) 1直流側(cè)串大電感，電流基本無脈動(dòng)，相當(dāng)于電流源。2交流輸出電流為矩形波與負(fù)載阻抗角無關(guān)，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。3直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關(guān)器件反并聯(lián)二極管。4.3.1 單

11、相電流型逆變電路每個(gè)橋臂的晶閘管各串聯(lián)一個(gè)電抗器，用來限制晶閘管開通時(shí)的di/dt。Ld是一個(gè)大電感，串聯(lián)在直流側(cè)相當(dāng)于電流源，起緩沖無功能量的作用。而在晶閘管導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)，直流側(cè)電流不反向，所以Ld不能緩沖di/dt。在晶閘管導(dǎo)通或關(guān)斷的時(shí)侯，流過Lt的電流有一個(gè)突變，Lt能緩沖di/dt。 4.3.2 三相電流型逆變電路等效換流電容概念：圖4-16中的換流電容C13就是圖4-14中的C3與C5串聯(lián)后再與C1并聯(lián)的等效電容。分析從VT1向VT3換流的過程 假設(shè)換流前VT1和VT2通，C13電壓UC0左正右負(fù)。 換流階段分為恒流放電和二極管換流兩個(gè)階段。 t1時(shí)刻觸發(fā)VT3導(dǎo)通，VT1被施以反

12、壓而關(guān)斷，Id從VT1換到VT3，C13通過VD1、U相負(fù)載、W相負(fù)載、VD2、VT2、直流電源和VT3放電，放電電流恒為Id，故稱恒流放電階段，如圖416b。uC13下降到零之前，VT1承受反壓，反壓時(shí)間大于tq就能保證可靠關(guān)斷。t2時(shí)刻uC13降到零，之后C13反向充電，忽略負(fù)載電阻壓降，則二極管VD3導(dǎo)通，電流為iV，VD1電流為iU=Id-iV，VD1和VD3同時(shí)導(dǎo)通，進(jìn)入二極管換流階段。隨著C13電壓增高，充電電流漸小，iV漸大，t3時(shí)刻iU減到零，iV=Id，VD1承受反壓而關(guān)斷，二極管換流階段結(jié)束。t3以后，進(jìn)入VT2、VT3穩(wěn)定導(dǎo)通階段。（5-1）5.1.1 降壓斬波電路，電流

13、斷續(xù)(5-25)5.1.2 升壓斬波電路電壓升高的原因：電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住(5-26)輸出電流的平均值Io為：電源電流的平均值I1為：5.1.3升降壓斬波電路當(dāng)0a 1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2a uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud 。當(dāng)uruc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信號(hào)。如io0，V1和V4通；如io0，VD1和VD4通， uo=Ud 。當(dāng)uruc時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)。如io0，VD2和VD3通，uo=-Ud 。單極性調(diào)制方式的特點(diǎn)是在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)兩只功率管以較高的開關(guān)頻率互補(bǔ)開關(guān)，另兩只功率管以較低的輸出電壓基波頻率工作，從而在很大程度上減小了開關(guān)損