電力電子復(fù)習(xí)

1、引言電力領(lǐng)域的電子技術(shù)： 使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。 輸出輸入直流交流交流整流交流電力控制，變頻、變相直流直流斬波逆變電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。電力電子器件基本概念和器件分類通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。器件開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗可能成為器件功率損耗的主要因素。 其他分類：電流驅(qū)動(dòng)型：通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者 關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)型：僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。器件（1）功率二極管額定電流：在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平

2、均值。：是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。換算關(guān)系：正弦半波電流的有效值I和平均值之比：（2）晶閘管正常觸發(fā)導(dǎo)通條件： 關(guān)斷條件 ：使流過SCR的電流降低至維持電流以下。 其他觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的方法：陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)陽極電壓上升率過高結(jié)溫較高光觸發(fā)晶閘管參數(shù)：通態(tài)平均電流：使用時(shí)應(yīng)按有效值相等的原則來選取晶閘管。維持電流：使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。擎住電流：晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常約為的倍。浪涌電流：指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫

3、的不重復(fù)性最大正向過載電流 ：斷態(tài)電壓臨界上升率：通態(tài)電流臨界上升率晶閘管派生器件 雙向晶閘管 逆導(dǎo)晶閘管 光控晶閘管（3）GTO GTO 工作原理：GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。 多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受 能力強(qiáng) 。（4）GTR一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，迅速增大，出現(xiàn)雪崩擊穿。 只要不超過限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時(shí)，如不能有效的限制電流，突然急劇上升，電壓陡然下降。常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變 。安全工作區(qū)：最高電壓、集

4、電極最大電流、最大耗散功率、二次擊穿臨界線限定。（5）功率 MOSFET通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。原因是電流越大，發(fā)熱越大，通態(tài)電阻就加大，從而限制電流的加大，有利于均流。功率MOSFET特點(diǎn)：MOSFET的開關(guān)速度和充放電有很大關(guān)系?？山档万?qū)動(dòng)電路內(nèi)阻減小時(shí)間常數(shù)，加快開關(guān)速度。不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。 開關(guān)時(shí)間在之間，工作頻率可達(dá)以上，是主要電力電子器件中最高的。 場控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。（6）IGBT一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。擎住效應(yīng)或

5、自鎖效應(yīng)IGBT的特點(diǎn)：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。在電壓以上時(shí)，開關(guān)損耗只有GTR的，與電力 MOSFET相當(dāng)；相同電壓和電流定額時(shí)，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力；通態(tài)壓降比VDMOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域；輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似；與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。功率集成和功率模塊：了解兩個(gè)主要問題：高低壓電路之間的絕緣問題溫升和散熱的處理。其他新型器件： 了解門極驅(qū)動(dòng)電路電氣隔離：光隔離一般采用光耦合器，磁隔離元件通常是脈沖變壓器，當(dāng)脈沖較寬時(shí)，為避免鐵心飽和，常采用高頻調(diào)制和解調(diào)的方法。對晶閘管

6、門極觸發(fā)脈沖的要求：脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。不超過門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。電力電子器件器件的保護(hù)（1）電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見（2）過流（3）緩沖（吸收）電路功能： 抑制器件的內(nèi)因過電壓、過電流和，減小器件的開關(guān)損耗。電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。多個(gè)器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流。方法：考慮均壓（靜態(tài)，動(dòng)態(tài)）和均流。整流電路單相（1） 單相半波可控整流電路：掌握： 工作原理， 波形分

7、析， 定量計(jì)算， 基本概念（2） 單相橋式全控整流電路：掌握： 工作原理， 波形分析， 定量計(jì)算， 基本概念（3）其他單相整流電路： 單相全波可控整流 (了解 )單相橋式半控整流 ： 掌握電阻負(fù)載波形分析情況。（4）基本概念：，相控，續(xù)流，單雙拍，失控三相可控整流電路三相半波共陰極組連接自然換相點(diǎn)工作原理， 波形分析， 定量計(jì)算三相橋式全控整流： 掌握所有內(nèi)容（4） 整流電路的諧波和功率因數(shù)次諧波電流含有率：電流諧波總畸變率：功率因數(shù)定義為有功功率和視在功率的比值： 當(dāng)基波電流有效值及與電壓的相位差分別為和，這是功率因數(shù)為。，為基波電流有效值和總電流有效值之比，稱為基波因素，稱為位移因數(shù)或基波

8、功率因數(shù)?？煽卣麟娐穾щ姼行载?fù)載，交流側(cè)電流的諧波和功率因數(shù)：單相橋式全控整流電路交流側(cè)電流中僅含奇次諧波，三相橋式全控整流電路包含。單相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路輸出電壓和電流的諧波時(shí)整流電壓、電流中的諧波有如下規(guī)律：脈波整流電壓 的諧波次數(shù)為次，即的倍數(shù)次；整流電流的諧波由整流電壓的諧波決定，也為次；當(dāng)一定時(shí)，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，表明最低次（次）諧波是最主要的，其它次數(shù)的諧波相對較少；當(dāng)負(fù)載中有電感時(shí)，負(fù)載流諧波幅值 的減小更為迅速；增加時(shí)，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小，電壓紋波因數(shù)迅速下降。時(shí)的情況：脈波整流電壓諧波的一般表達(dá)式十分復(fù)雜，這里給出三相橋式整

9、流電路的結(jié)果，說明諧波電壓與角的關(guān)系以為參變量，次諧波幅值（取標(biāo)幺值）對的關(guān)系如圖所示：當(dāng)從變化時(shí)，的諧波幅值隨增大而增大，時(shí)諧波幅值最大；從之間電路工作于有源逆變工作狀態(tài)，的諧波幅值隨 增大而減小。（5） 逆變運(yùn)行的必要條件：a有直流電動(dòng)勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其絕對值大于變流器直流側(cè)平均電壓；b晶閘管的控制角，使為負(fù)值。（6） 逆變失敗和最小逆變角逆變失敗的原因：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；晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通；交流電源缺相或突然消失；換相的裕量角不足，引起換相失敗。最小逆變角：一般取。

10、斬波器6 種斬波電路：、 升降壓斬波電路、 斬波電路、斬波電路和斬波電路。電路結(jié)構(gòu)，原理，基本的定量計(jì)算 (前3種）相同點(diǎn)與不同點(diǎn)無源逆變基本換流方式：器件換流、電網(wǎng)環(huán)流、負(fù)載環(huán)流、強(qiáng)迫換流。兩類逆變器電壓源型逆變電路：三相：導(dǎo)通方式：每橋臂導(dǎo)電，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度差?？v向換流。 單相全橋逆變電路 三相電壓型橋式逆變電路加入死區(qū)時(shí)間避免橋臂直通 電流源型逆變電路：三相：導(dǎo)通。電壓型逆變電路的主要特點(diǎn)：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。電流型逆變電路的主要特點(diǎn)直流側(cè)串聯(lián)大電容，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。但交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電感器緩沖無功能量的作用。因?yàn)榉答仧o功能量時(shí)直流電流并不方向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開關(guān)器件反并聯(lián)二