電力電子必過復習材料

1、 所謂的電力電子技術就是應用于電力領域的電子技術。電子技術包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。電力變換通?？煞譃樗拇箢?，即交流變直流（AC_DC，整流）、直流變交流（DC_AC，逆變）,直流變直流（DC_DC，斬波）和交流變交流（AC_AC，交交變換）1974 年，美國，認為電力電子學是由電力學，電子學和控制理論三個學科交叉而成的。電力電子學和電力電子技術的區(qū)別在于：二者應用目的不同。在信息電子技術中，半導體器件既可處于放大狀態(tài)，又可以處于開關狀態(tài)；而在電力電子技術中，為避免功率損耗過大，電力電子器件總是工作在開關狀態(tài)，這成為電力電子技術區(qū)別于信息電子技術的一個重要特征。一般認為，電力電子

2、技術的誕生是以 1957 年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為標志的。晶閘管控制電抗器 TCR 晶閘管投切電容器 TSC 全控型器件 IGBT 靜止無功發(fā)生器 SVG有源電力濾波器 APF不間斷電源 UPS電力電子器件是指可直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。廣義上電力電子器件可以分成電真空器件和半導體器件兩類。由于電力電子器件直接用于處理電能的主電路，因而同處理信息的電子器件相比，它一般具有如下特征：1，電力電子器件所能處理電功率的大小，也就是其承受電壓和電流的能力，是其最重要的參數(shù)。其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級，一般都遠大于處理信息的電子器件。2，因為

3、處理的電功率較大，為了減小本身的損耗，提高功率，電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)。3，在實際應用中，電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。4，盡管工作在開關狀態(tài)，但是存在通態(tài)損耗和斷態(tài)損耗，以及開關損耗。通過控制信號可以控制其導通，而不能控制其關斷的電力電子器件被成為半控型器件。通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷的電力電子器件被成為全控型器件。絕緣柵雙極晶體管 IGBT 電力場效應管 MOSFET不同用控制信號來控制器通斷能力的電力電子器件，不需要驅動電路，這就是電力二極管，又稱為不可控器件。按照驅動電路家在電力電子器件控制端和公共端之間的信號的性質，可以將電力電子器件（電力二

4、極管除外）分為電流驅動型和電壓驅動型兩類。根據(jù)驅動電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號的波形，又可以將電力電子器件（電力二極管除外）分為脈沖觸發(fā)型和電平控制型兩類。電力電子器件還可以按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況分為單極型器件，雙極型器件和復合型器件三類。IF(AV)指電力二極管長期運行時，在指定的管殼溫度（簡稱殼溫，用 TC 表示）和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。如果某電力二極管的正向平均電流為 IF(AV)，即它允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值為 IF(AV)，由正弦半波的平均值與有效值的關系比為 1：1.57 可知，該電力二極管允

5、許流過的最大電流有效值為 1.57IF(AV)。電力二極管的最高工作結溫 TJM 通常取 125 到 175之間。晶閘管所能承受的電壓和電流容量仍然是目前電力電子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的應用場合仍然具有比較重要的地位。晶閘管的內部是 PNPN 四層半導體結構。晶閘管在以下情況下也可能被觸發(fā)導通：陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應；陽極電壓上升率 du/dt 過高；結溫較高；光直接照射硅片，即光觸發(fā)。電壓的額定值定義為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓的 23 倍。即斷態(tài)重復峰值電壓 UDRM 和反向重復峰值電壓 URRM 中較小的一個的 2 到 3 倍。電流額定值定義為通態(tài)平

6、均電流的 1.5 到 2 倍，正弦波波形平均值與有效值之比為 1：1.57，即通態(tài)平均電流的 1.57 倍即為相應的有效值電流。維持電流 IH 是指使晶閘管維持導通所必須的最小電流，與結溫有關，結溫越高，則IH越小。擎住電流 IL 是晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流。對于同一晶閘管來說，通常IL 約為 IH 的 2 到 4 倍。雙向晶閘管用有效值來表示其額定電流值。逆導晶閘管的額定電流有兩個，一個是晶閘管電流，一個是與之反并聯(lián)的二極管的電流。最大可關斷陽極電流 IATO 也是用來標稱 GTO 額定電流的參數(shù)。這一點與普通的晶閘管用通態(tài)平均電流作為額定電流時不同的

7、。電流關斷增益off=IATO/TCM。其值一般很小，只有 5 左右，這是 GTO 的一個主要缺點。不少 GTO 都制造成逆導型，類似于逆導晶閘管。當需要承受反向電壓時，應和電力二極管串聯(lián)使用。當 GTR 的集電極電壓升高至前面所述的擊穿電壓是，集電極電流迅速增大，這種首先出現(xiàn)的擊穿是雪崩擊穿，被稱為一次擊穿。但是實際應用中常常發(fā)現(xiàn)一次擊穿時如不有效地限制電流，Ic 增大到某個臨界點時會突然急劇上升，同時伴隨著典雅的陡然下降，這種現(xiàn)象稱為二次擊穿。MOSFET 的開關時間在 10 到 100ns 之間，其工作頻率可達 100kHz 以上，是主要電力電子器件中最高的。NPN 晶體管的電流失控的現(xiàn)

8、象，稱為擎住效應或自鎖效應。動態(tài)擎住效應比靜態(tài)擎住效應所允許的集電極電流還要小，因此所允許的最大集電極電流實際上是根據(jù)動態(tài)慶祝效應而確定的。功率集成電路 (PIC) 高壓集成電路 (HVIC) 智能功率集成電路 (SPIC) 智能功率模塊(IPM) 集成電力電子模塊(IPEM) 電力電子積塊(PEBB)混合型：IGBT,MCT,SITH雙極型：GTR,電力二極管,晶閘管(GTO RCT TRIAC LTT)單極型：功率 MOSFET,功率 SIT，肖特基勢壘二極管。單極型器件和復合型器件都是電壓驅動型器件，而雙極型器件均為電流驅動型器件。電壓驅動型器件的共同特點是：輸入阻抗高，所需驅動功率小，

9、驅動電路簡單，工作頻率高。電流驅動型器件的共同特點是：具有顛倒調制效應，通態(tài)壓降低，導通損耗小，工作頻率較低，所需驅動功率大，驅動電路比較復雜。從器件需要驅動電路提供的控制信號波形來看，電壓驅動型器件都是電平控制器件，而電流驅動型器件則有的是電平控制型器件(GTR)，偶的是脈沖觸發(fā)型器件(GTO 和晶閘管)。典型全控型器件：門極可關斷晶閘管 GTO電力晶體管 GTR(巨型晶體管)電力 MOSFET絕緣柵雙極晶體管(IGBT)半控型器件：晶閘管單相半波可控整流電路課本 44 頁。從晶閘管開始承受正向樣機電壓起，到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱為觸發(fā)延遲角，用表示，也稱觸發(fā)角或者控制角。U阻感負載時最大

10、正反向電壓均為 2U ，是 的峰值22單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。單相半波可控整流電路的直流磁化問題是別的電路所不具備的。主要公式如下： 11 COSU 2 sin ( ) 0.45Utd tU2的移相范圍為 0到 1802d22阻感時：流過晶閘管的平均電流和有效值IIdVTVT I dVTI2d I VTI2d續(xù)流二極管的漏電流平均值和有效值分別為IIdVTVT RRII2dVTRd I VTRI2d的移相范圍為 0到 180單相橋式全控整流電路電阻負載時22U晶閘工承受的最大正向電壓為，最大反向電壓為U222重要公式整

11、流電壓平均值11 COSU 2 sin ( ) 0.9Utd tU負載直流電流平均值2d22UU 1 COS I 0.9d2RR2d流過晶閘管的平均電流只有輸出直流電流平均值的一半U 1 COS1I 0.45即 I22R2dVTd流過晶閘管的電流有效值1 UI VTsin 2 2R 22變壓器二次電流有效值 與輸出直流電流有效值 相等，為II2U1 I I 2sin 2 2R21I VTI2 U I當不考慮變壓器損耗時，要求變壓器的容量為S2 2帶阻感負載時的移移相范圍為 到 900 1 2 sin ( ) 0.9 cosU Utd tUd222U晶閘管承受的最大正反向電壓均為12。 I晶體管

12、電流平均值為 I2dVTd1I 0.707I有效值為 I2VTddI : I 1 : 1.57 根據(jù)這個公式求出電流平均值，然后再求額定值，不能通過已知的dVT VT電流平均值直接根據(jù)這個公式計算，因為已知的電流不是標準正弦波。細看課本 44 到 49 頁三相半波可控整流電路自然換相點：電流由一個二極管向另一個二極管轉移，稱這些點為自然換相點。自然換 0相點是各相晶閘管能觸發(fā)導通的最早時刻，將其作為 的起點，即。第一個自然換相點在縱軸右邊 30電阻負載時， 的移相范圍為 0到 150整流電壓平均值有兩種情況： 30，負載電流連續(xù)，有：15 2 sin ( ) 1.17 costd tU UU6

13、2322d6U 1.17U當 =0時，U最大，為Uddd 0時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有2 30當12 sin ( ) 0.6751 cos( )U Utd t26d263U負載電流平均值 IdRd晶閘管承受的最大反向打壓為變壓器的二次線電壓的峰值，即U 2.45URM2晶閘管陽極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值即U 2UFM2阻感負載時U 1.17U cosd2變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為1I I I 0.577I3VT2ddI晶閘管的額定電流為I 0.368IVT1.57VT ( AV )d晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次電壓峰值，即U =U = 2

14、.45URMFM2三相半波可控整流電路的主要缺點在于其變壓器二次電流中含有直流分量，因此應用較少。 三相全控整流電路純電阻負載時，需要記住 的臨界值，即 60和 120，當小于 60時電壓和電流波形均連續(xù)，當大于 60時不連續(xù)，當增大至 120時，整流輸出電壓波形將全為零，其平均值也為零?？梢妿щ娮柝撦d時三相橋式全控整流電路 角的移相范圍是 到 1200阻感負載時 的移相范圍為 到 。090當整流變壓器采用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次電流波形為正負半周各寬0.816I120，前沿相差 180的矩形波，其有效值為I2d3U X I換相電壓2dB d變壓器漏感對整流電路的影響：1， 出現(xiàn)換相

15、重疊角，整流輸出電壓平均值U 降低。d2， 整流電路的工作狀態(tài)增多。3， 晶閘管的d減小，有利于晶閘管的安全開通。idt4， 換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生d可能使晶閘管誤導通，為此必須加吸收電udt路。5， 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。電容濾波的單相不可控整流電路2U2；重載時，R 很小，電容放電很快，幾乎失去儲能作用。隨負載加重，空載時U =dU 逐漸趨近于0.9U ，即趨近于電阻負載時的特性。d2電容濾波的三相不可控整流電路6U 2.45U空載時，輸出電壓平均值最大，為U =。隨著負載加重，輸出電壓平均d22 3值減小，至 RC進入 連續(xù)情況后，輸出電壓波形成為線電壓的包絡線，其

16、平均值id為U =U ，可見，U 在U U 之間變化。與電容濾波的單相橋式不可控整流電路相比，Ud2d22的變化范圍小得多，當負載加重到一定程度后，U 就穩(wěn)定在U 不變了。dd整流電路的諧波和功率因數(shù)2電力電子裝置消耗無功功率對公用電網(wǎng)帶來不利影響：1， 無功功率會導致電流增大和視在功率增加，導致設備容量增加。2， 無功功率增加，會使總電流增加，從而使是被和線路的損耗增加。3， 無功功率使線路壓降增大，沖擊性無功負載還會使電壓劇烈波動。電力電子裝置還會產(chǎn)生諧波，對公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害如下：1，大量的三次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發(fā)生火災。2， 諧波影響各種電氣設備的正常工作，使電機發(fā)生機械震動

17、、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱、使絕緣老化、壽命縮短以至損壞。3， 諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會使上述兩項的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。4， 諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確。諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率， 5，信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。諧波和功率因數(shù)分析基礎諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質量，重者導致cosI cosP UI1111 cos 功率因數(shù)SUII1 為基波電流有效值和總電流有效值之比帶阻感負載時可控整流電路交流側

18、諧波和功率因數(shù)分析單相橋式全控整流電路 0.9 cos1三相橋式全控整流電路 0.955 cos1將雙反星形電路與三相橋式電路進行比較可得出以下結論：1， 三相橋式電路時兩組三相半波電路串聯(lián)，而雙反星形電路時兩組三相半波電路并聯(lián)，且后者需用平很電抗器。2，當變壓器二次電壓有效值U 2相等時，雙反星形電路的整流電壓平均值U 是三d相橋式電路的 1/2，而整流電流平均值I 是三相橋式電路的兩倍。d在兩種電路中，晶閘管的導通及觸發(fā)脈沖的分配關系是一樣的，整流電壓 和3，ud整流電流i 的波形形狀一樣。d整流電路多重聯(lián)結有并聯(lián)多重聯(lián)結和串聯(lián)多重聯(lián)結。采用多重聯(lián)結不僅可以減少交流輸入電流的諧波，同時也可

19、減小直流輸出電壓中的諧波幅值并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器。再生產(chǎn)實踐中，存在著與整流過程相反的要求，即要求把直流電轉變成交流電，這種對應于整流的逆向過程，定義為逆變。把直流電逆變成交流電的電路稱為逆變電路。當交流側和電網(wǎng)連接時，這種逆變電路稱為有源逆變電路。如果變流電路的交流側不與電網(wǎng)連接，而直接接到負載，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調頻率的交流電供給負載，稱為無源逆變。產(chǎn)生逆變的條件有兩個：1，側的平均電壓。2， 要求晶閘管的控制角要有直流電動勢，其極性需和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流器直流 2，使U 為負值。d半控橋或有續(xù)流二極管的電路由于整流電壓不能出現(xiàn)負值，也不允許直流

20、側出現(xiàn)負極性的電動勢，故不能實現(xiàn)有源逆變。欲實現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。由于逆變電路的內阻很小，就會形成很大的短路電流，這種情況稱為逆變失敗，或成為逆變顛覆。造成逆變失敗的原因如下：1，2，3，4，觸發(fā)電路工作不可靠晶閘管發(fā)生故障逆變工作時，交流電源發(fā)生缺相或突然消失換相的裕量角不足 確定最小逆變角 的依據(jù)minmin最小 一般取 30都 35。觸發(fā)電路除了應當保證工作頻率與主電路交流電源的頻率一致外，還應保證每個晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關系，這就是觸發(fā)電路的定相。觸發(fā)電路定相的關鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關系。電流從一個支路向另一個支路轉移的過程

21、稱為換流，換流也常被稱為換相。換流方式分類：利用全控型器件的自關斷能力進行換流稱為器件換流。 由電網(wǎng)提供換流電壓稱為電網(wǎng)換流。由負載提供換流電壓稱為負載換流設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓或反向電流的環(huán)流方式稱為強迫換流，也稱為電容換流。電壓型逆變電路有以下主要特點：1， 直流側為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，支流回路呈現(xiàn)低阻抗。2， 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。3， 當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，交流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流

22、側向直流側反饋的武功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。課本 105 頁例題 細看。為了防止同一相上下兩橋臂的開關器件同時導通而引起支流側電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路的各橋臂之間換流采用強迫換流方式。直接直流變流電路也稱為斬波電路。利用不同的基本斬波電路進行組合，可構成復合斬波電路，如電流可逆斬波電路、橋式可逆斬波電路等。利用相同結構的基本斬波電路進行組合，可構成多項多重斬波電路。降壓斬波電路ttU E E E 為占空比。ont tonon0Toff斬波電路可有三種控制方式：1， 保持開關周期 T 不變，調節(jié)開關導通時間t ，稱為脈沖寬度調制。on2

23、， 保持開關導通時間t 不變，改變開關周期 T，稱為頻率調制或調頻型。on3， 開關導通時間t 和開關周期 T 都可調，使占空比改變，稱為混合型。on負載電流瞬時值的最大值I 和最小值I2010( m)EI I I1020RO課本 122 頁例題 細看升壓斬波電路11U E 0 E1課本 124 頁例題細看升降壓斬波電路tU E Eon10toff小于 0.5 時為降壓，大于 0.5 小于 1 時為升壓。1tE ESepic 斬波電路Uon0tofftE EZeta 斬波電路Uon10toff多相多重斬波電路是在電源和負載之間接入多個結構相同的基本斬波電路而構成的。一個控制周期中電源側的電流脈

24、波數(shù)稱為斬波電路的相數(shù)，負載電流脈波數(shù)稱為斬波電路 的重數(shù)。采用結構較復雜的電路來完成直流-直流的變換有以下原因：1， 輸出端與輸入端需要隔離。2， 某些應用中需要相互隔離的多路輸出。3， 輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于 1 或遠大于 1.4， 交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。帶隔離的直流-直流變流電路分為單端和雙端電路兩大類。在單端電路中，變壓器中流過的是直流脈動電流，而雙端電路中，變壓器中的電流為政府對稱的交流電流。正激電路和反激電路屬于單端電路，板橋、全橋和推挽電路屬于雙端電路。交流-交流變流電路，即把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路。在

25、進行交流 -交流變流時，可以改變相關的電壓（電流）、頻率和相數(shù)等。在交流-交流變流電路中，只改變電壓、電流或對電路的通斷進行控制，而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路，改變頻率的電路稱為變頻電路。在每半個周波內通過對晶閘管開通香味的控制，可以方便的調節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調壓電路。以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷，改變通態(tài)周期數(shù)和斷態(tài)周期數(shù)的比，可以方便的調節(jié)輸出功率的平均值，這種電路稱為交流調功電路。不著意調節(jié)輸出平均功率，只是根據(jù)需要接通或斷開電路，稱串入電路中的晶閘管為交流電力電子開關。 。單相交流調壓電路，阻感負載時 的移相范圍為單相交-交變頻電路電路構成和基本原理

26、：電路由 P 組合 N 組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構成。變流器 P 和 P 都是相控整流電路，P組工作時，負載電流為正i ，N 組工作室，i 為負。讓兩組變流器按一定的頻率交替工作，oo負載就得到該頻率的交流電。改變兩組變流器的切換頻率 ，就可以改變輸出頻率。改變o變流電路工作時的觸發(fā)延遲角 ，就可以改變交流輸出電壓的幅值。哪組變流器電路工作是由輸出電流的方向決定的，與輸出電壓極性無關。變流電路工作在整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)，則是根據(jù)輸出電壓方向與輸出電流方向是否相同來確定的。U (0 1)輸出正弦波電壓的調制方法為輸出電壓比omUd 0 arccos( sin )to電壓波形畸變以及由此產(chǎn)生的電流

27、波形畸變和電動機轉矩脈動式限制輸出頻率提高的主要因素。就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關系而言，很難確定一個明確的界限。構成交-交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，輸出上限頻率就越高。常用的 6 脈波三相橋式電路，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2.電網(wǎng)頻率為 50Hz 時，交-交變頻電路的輸出上限頻率約為 20Hz。三廂交-交變頻電路電路連接方式1， 公共交流母線進線方式，需要電抗器。2， 輸出星形聯(lián)結方式，需要變壓器。矩陣式變頻電路最大幅值可達到輸入線電壓幅值的0.866 倍。要使矩陣式變頻電路能夠很好地工作，首先要解決的問題是如何求取理想的調制矩陣 ，其次就是在開關切換時如何實現(xiàn)既

28、無交疊又無死區(qū)。 PWM 脈沖是不等幅的，其輸出電壓也是正弦波交流，但和輸入電壓頻率不等，且輸出電壓時由不同的輸入線電壓組合而成的，因此PWM 脈沖既不等幅，也不等寬。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積，這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出相應波形基本相同。面積等效原理是 PWM 控制技術的重要理論基礎。按照計算結果控制逆變電路中各開關器件的通斷，就可以得到所需要的 PWM 波形。這種方法稱之為計算法。與計算法相對應的是調制法，即把希望輸出的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過信號波形的調制得到所期望的PWM 波形。一般采用等腰

29、三角波作為載波在 PWM 控制電路中，載波頻率 f 與調制信號頻率 之比 N f稱為載波比。f/ fcrcr根據(jù)載波和信號波是否同步及在波比的變化情況，PWM 調制方式可分為異步調制和同步調制兩種。載波信號和調制信號不保持同步調制方式稱為異步調制。載波比 N 等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調制?？梢圆捎梅侄瓮秸{制方法。即把逆變電路的輸出頻率范圍劃分成若干個頻段，每個頻段內斗保持載波比 N 為恒定，不同頻段的載波比不同。直流電壓利用率是指逆變電路所能輸出的交流電壓基波最大幅值和直流電壓UUImd之比。在調制度 為最大值 1 時輸出相電壓的基波幅值為U /2，輸出線電壓

30、的基波幅值為ad( 3 / 2 )U，即直流電壓利用率僅為 0.866。d在交流電動機的驅動中，最終目的并非使輸出電壓為正弦波，而是使電動機的磁鏈成為圓形的旋轉磁場，從而是電動機產(chǎn)生恒定的電磁轉矩?？臻g矢量 PWM 控制技術(SVPWM)PWM 逆變電路多重化連接方式有變壓器方式和電抗器方式。跟蹤控制法即把希望輸出的電流或電壓波形作為指令信號，把實際電流或電壓波形作為反饋信號，通過兩者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率開關器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號變化。PWM 跟蹤控制方法：1， 滯環(huán)比較方式2， 三角波比較方式3， 定比較方式PWM 整流電路也可分為電壓型和電流型兩大類。間接電流控制

31、是基于系統(tǒng)的靜態(tài)模型設計的，其動態(tài)特性較差，因此應用較少。采用滯環(huán)電流比較的直接電流控制系統(tǒng)結構簡單，電流響應速度快，控制運算中未使用電路參數(shù)，系統(tǒng)魯棒性好，因而獲得了較多的應用。提高開關頻率可以減小濾波器的參數(shù)，并使變壓器小型化，從而有效地降低裝置的體積和重量，因此裝置小型化、輕量化最直接的途徑是電路的高頻化。但在提高開關頻率的同時，開關損耗也隨之增加，電路效率嚴重下降，電磁干擾也增大了，所以簡單的提高開關頻率是不行的。開關過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，因此有顯著的開關損耗，而且電壓和電流變化的速度很快，波形出現(xiàn)了明顯的過沖，從而產(chǎn)生了開關噪聲，這樣的開關過程稱為硬開關，主要的開關過

32、程為硬開關的電路稱為硬開關電路。通過在開關過程前后引入諧振，使開關開通錢電壓先降到零，關斷錢電流先降到零，就可以消除開關過程中電壓、電流的重疊，降低他們的變化率，從而大大減小甚至消除開關損耗。同時，諧振過程限制了開關過程中電壓和電流的變化率，這使得開關噪聲也顯著減小，這樣的電路被稱為軟開關電路，而這樣的開關過程也被稱為軟開關。使開關開通前其兩端電壓為零，則開關開通時就不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式成為零電壓開通；使開關關斷前其電流為零，則開關關斷時也不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種 關斷方式稱為零電流關斷。在很多情況下，不再指出開通或關斷，僅稱零電壓開關和零電流開關。根據(jù)電路中主要的開關元件是零電壓

33、開通還是零電流關斷，可以將軟開關電路分成零電壓電路和零電流電路兩大類。根據(jù)軟開關技術發(fā)展的歷程，可以將軟開關電路分成準諧振電路、零開關 PWM 電路和零轉換 PWM 電路。驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。一般采用光隔離或磁隔離。光隔離一般采用光耦合器。磁隔離的元件通常是脈沖變壓器。電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：操作過電壓，雷擊過電壓。內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程，包括：換相過電壓，關斷過電壓。晶閘管的串聯(lián)存在靜態(tài)不均壓（由于器件靜特性不同而造成的均壓問題）問題和動態(tài)

34、不均壓問題（由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓問題）晶閘管的并聯(lián)存在電流分配不均勻的問題。用門極強脈沖觸發(fā)有助于動態(tài)均流。電力 MOSFET 的通態(tài)電阻具有正的溫度系數(shù)，并聯(lián)使用時具有一定的電流自動均Ron衡能力。IGBT 的通態(tài)壓降一般在 1/21/3 額定電流以下的區(qū)段具有負的溫度系數(shù)，在以上的區(qū)段則具有正的溫度系數(shù)。直流反并聯(lián)可逆電路和單相交流變頻電路的結構完全一樣，功能不同。課本 213 頁 b圖。交流電動機變頻調速的控制方式：恒壓頻比控制，轉差頻率控制，矢量控制，直接轉矩控制。開關電源在效率、體積和重量等方面都遠遠優(yōu)于線性電源。交流電力電容器的投入與切斷時控制無功功率的一種重要

35、手段。晶閘管投切電容器(TSC)是一種性能優(yōu)良的武功補償方式。TSC 運行時選擇晶閘管投入時刻的原則是，該時刻交流電源電壓應和電容器預先充電的電壓相等。晶閘管控制電抗器（TCR）可以近似看成純電阻負載，因此開通角 的移相范圍為90到 180。靜止無功發(fā)生器（SVG）靜止無功補償器（SVC）有源電力濾波器（APF）動態(tài)電壓恢復器（DVR）通用電能質量控制器（UPQC）安全工作區(qū) （SOA） 變壓變頻（VVVF） 不間斷電源（UPS）電流（源）型逆變電路（CSI）電壓（源）型逆變電路（VSI）功率因數(shù)校正（PFC） 零電流開關（ZCS）零電壓開關（ZVS）零電壓轉換 PWM（ZVT PWM）統(tǒng)一潮

36、流控制器（UPFC）簡答題1. 使晶閘管導通的條件是什么？答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎AK0 且 uGK0。2. 維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？ 答：維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持電流。要使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導通的晶閘管關斷。GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結構，為什么 GTO 能夠自關斷，而普通晶閘管不能？答：GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結構，由

37、P1N1P2 和 N1P2N2 構成兩個晶體管 V1、V2,分別具有共基極電流增益 和 ，由普通晶閘管的分析可得， + =1 是器件臨界導通的條件。 + 1，兩個等效晶體管過飽和而導通； + 1，不能維持飽和導通而關斷。GTO 之所以能夠自行關斷，而普通晶閘管不能，是因為 GTO 與普通晶閘管在設計和工藝方面有以下幾點不同：1) GTO 在設計時 較大，這樣晶體管 V2 控制靈敏，易于 GTO 關斷；2) GTO 導通時的 + 更接近于 1，普通晶閘管 + 1.15，而 GTO 則為 + 1.05，GTO的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷提供了有利條件；3) 多元集成結構使每個

38、 GTO 元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得P2 極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。3. 使晶閘管導通的條件是什么？答：使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）?；颍簎 0 且 u 0。AKGK4. 維持晶閘管導通的條件是什么？怎樣才能使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷？答：維持晶閘管導通的條件是使晶閘管的電流大于能保持晶閘管導通的最小電流，即維持電流。要使晶閘管由導通變?yōu)殛P斷，可利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下，即降到維持電流以下，便可使導通的晶閘管關斷。5. GTO 和普通晶閘管同為 PNP

39、N 結構，為什么 GTO 能夠自關斷，而普通晶閘管不能？答：GTO 和普通晶閘管同為 PNPN 結構，由 P N P 和 N P N 構成兩個晶體管 V 、V ,11 21 2212分別具有共基極電流增益 和，由普通晶閘管的分析可得， + =1 是器件臨界導通 1212 的條件。 + 1，兩個等效晶體管過飽和而導通； + 1，不能維持飽和導通而關1212斷。GTO 之所以能夠自行關斷，而普通晶閘管不能，是因為 GTO 與普通晶閘管在設計和工藝方面有以下幾點不同：1) GTO 在設計時 較大，這樣晶體管 V 控制靈敏，易于 GTO 關斷；22 + 1.15，而 GTO 則為2) GTO 導通時的

40、 +更接近于 1，普通晶閘管1212 + 1.05，GTO 的飽和程度不深，接近于臨界飽和，這樣為門極控制關斷提供了有利1條件；23) 多元集成結構使每個 GTO 元陰極面積很小，門極和陰極間的距離大為縮短，使得P 極區(qū)所謂的橫向電阻很小，從而使從門極抽出較大的電流成為可能。整流電路多重化的主要目的是什么？2答：整流電路多重化的目的主要包括兩個方面，一是可以使裝置總體的功率容量大，二是能夠減少整流裝置所產(chǎn)生的諧波和無功功率對電網(wǎng)的干擾。6.交流調壓電路和交流調功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？答：交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。交流調

41、壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，也用于異步電動機調速。在供用電系統(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節(jié)變壓器一次電壓。如 采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都

42、不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數(shù)很大的控制對象。由于控制對象的時間常數(shù)大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。7.交交變頻電路的最高輸出頻率是多少？制約輸出頻率提高的因素是什么？答：一般來講，構成交交變頻電路的兩組變流電路的脈波數(shù)越多，最高輸出頻率就越高。當交交變頻電路中采用常用的 6 脈波三相橋式整流電路時，最高輸出頻率不應高于電網(wǎng)頻率的 1/31/2。當電網(wǎng)頻率為 50Hz 時，交交變頻電路輸出的上限頻率為 20Hz 左右。當輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所包含的電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波

43、形畸變嚴重，電壓波形畸變和由此引起的電流波形畸變以及電動機的轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。8.三相交交變頻電路有那兩種接線方式？它們有什么區(qū)別？答：三相交交變頻電路有公共交流母線進線方式和輸出星形聯(lián)結方式兩種接線方式。兩種方式的主要區(qū)別在于：公共交流母線進線方式中，因為電源進線端公用，所以三組單相交交變頻電路輸出端必須隔離。為此，交流電動機三個繞組必須拆開，共引出六根線。而在輸出星形聯(lián)結方式中，因為電動機中性點不和變頻器中性點接在一起，電動機只引三根線即可，但是因其三組單相交交變頻器的輸出聯(lián)在一起，其電源進線必須隔離，因此三組單相交交變頻器要分別用三個變壓器供電。9.什么是異步調制？什么是同步調制？兩者各有何特點？分段同步調制有什么優(yōu)點？答：載波信號和調制信號不保持同步的調制方式稱為異步調制。在異步調制方式中