電力電子技術(shù)重點(diǎn)知識點(diǎn)總結(jié)

《電力電子技術(shù)》期末復(fù)習(xí)題第1章緒論1電力電子技術(shù)定義：是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要用于電力變換。2電力變換的種類〔1〕交流變直流AC-DC：整流〔2〕直流變交流DC-AC：逆變〔3〕直流變直流DC-DC：一般通過直流斬波電路實(shí)現(xiàn)，也叫斬波電路〔4〕交流變交流AC-AC：可以是電壓或電力的變換，一般稱作交流電力控制3電力電子技術(shù)分類：分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)。4、相控方式;對晶閘管的電路的控制方式主要是相控方式5、斬空方式：與晶閘管電路的相位控制方式對應(yīng)，采用全空性器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制方式。相對于相控方式可稱之為斬空方式。第2章電力電子器件1電力電子器件與主電路的關(guān)系〔1〕主電路：電力電子系統(tǒng)中指能夠直接承當(dāng)電能變換或控制任務(wù)的電路?！?〕電力電子器件：指應(yīng)用于主電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換或控制的電子器件。廣義可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件。2電力電子器件一般特征：1、處理的電功率小至毫瓦級大至兆瓦級。2、都工作于開關(guān)狀態(tài)，以減小本身損耗。3、由電力電子電路來控制。4、安有散熱器3電力電子系統(tǒng)根本組成與工作原理〔1〕一般由主電路、控制電路、檢測電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等組成。〔2〕檢測主電路中的信號并送入控制電路，根據(jù)這些信號并按照系統(tǒng)工作要求形成電力電子器件的工作信號?！?〕控制信號通過驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或關(guān)斷?！?〕同時(shí)，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行。4電力電子器件的分類根據(jù)控制信號所控制的程度分類〔1〕半控型器件：通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。如SCR晶閘管?！?〕全控型器件：通過控制信號既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件。如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。〔3〕不可控器件：不能用控制信號來控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號的性質(zhì)分類〔1〕電流驅(qū)動(dòng)型器件：通過從控制端注入或抽出電流的方式來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR?！?〕電壓驅(qū)動(dòng)型器件：通過在控制端和公共端之間施加一定電壓信號的方式來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的情況分類〔1〕單極型器件：內(nèi)部由一種載流子參與導(dǎo)電的器件。如MOSFET?！?〕雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參數(shù)導(dǎo)電的器件。如SCR、GTO、GTR。〔3〕復(fù)合型器件：有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如IGBT。5半控型器件—晶閘管SCR2.3.1.4.4晶閘管的關(guān)斷工作原理滿足下面條件，晶閘管才能關(guān)斷：〔1〕去掉AK間正向電壓；〔2〕AK間加反向電壓；〔3〕設(shè)法使流過晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下。2.3.2.1.1晶閘管正常工作時(shí)的靜態(tài)根本特性〔1〕當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不管門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通?！?〕當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通?！?〕晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用，不管門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通?！?〕假設(shè)要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能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。2.4.1.1GTO的結(jié)構(gòu)〔1〕GTO與普通晶閘管的相同點(diǎn)：是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極?！?〕GTO與普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)供陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，正是這種特殊結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)門極關(guān)斷作用。2.4.1.2GTO的靜態(tài)特性〔1〕當(dāng)GTO承受反向電壓時(shí)，不管門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通?！?〕當(dāng)GTO承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能導(dǎo)通?！?〕GTO導(dǎo)通后，假設(shè)門極施加反向驅(qū)動(dòng)電流，則GTO關(guān)斷，也即可以通過門極電流控制GTO導(dǎo)通和關(guān)斷?！?〕通過AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關(guān)斷。2.4.3電力場效應(yīng)晶體管MOSFET〔1〕電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它是電壓型器件?！?〕當(dāng)大于某一電壓值時(shí)，柵極下P區(qū)外表的電子濃度將超過空穴濃度，從而使P型半導(dǎo)體反型成N型半導(dǎo)體，形成反型層。2.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT〔1〕GTR和GTO是雙極型電流驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是通流能力強(qiáng)，耐壓及耐電流等級高，但缺乏是開關(guān)速度低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜?！?〕電力MOSFET是單極型電壓驅(qū)動(dòng)器件，其優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快、所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單。〔3〕復(fù)合型器件：將上述兩者器件相互取長補(bǔ)短結(jié)合而成，綜合兩者優(yōu)點(diǎn)?！?〕絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種復(fù)合型器件，由GTR和MOSFET兩個(gè)器件復(fù)合而成，具有GTR和MOSFET兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的特性。第3章整流電路〔1〕整流電路定義：將交流電能變成直流電能供應(yīng)直流用電設(shè)備的變流裝置。2、整流電路主要分類方法有：按組成的器件可分為不可控、半空、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路，按變壓器二次電流方向是單向雙向可分為單拍電路和雙拍電路。3.1.1單相半波可控整流電路〔1〕觸發(fā)角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起，到施加觸發(fā)脈沖為止的電角度，稱為觸發(fā)角或控制角。〔2〕幾個(gè)定義①“半波〞整流：改變觸發(fā)時(shí)刻，和波形隨之改變，直流輸出電壓為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，其波形只在正半周內(nèi)出現(xiàn)，因此稱“半波〞整流。②單相半波可控整流電路：如上半波整流，同時(shí)電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，因此為單相半波可控整流電路。3、帶電阻情況：=0.45范圍是4、帶阻感負(fù)載時(shí);5電力電子電路的根本特點(diǎn)及分析方法〔1〕電力電子器件為非線性特性，因此電力電子電路是非線性電路。〔2〕電力電子器件通常工作于通態(tài)或斷態(tài)狀態(tài)，當(dāng)忽略器件的開通過程和關(guān)斷過程時(shí)，可以將器件理想化，看作理想開關(guān)，即通態(tài)時(shí)認(rèn)為開關(guān)閉合，其阻抗為零；斷態(tài)時(shí)認(rèn)為開關(guān)斷開，其阻抗為無窮大。3.1.2單相橋式全控整流電路3.1.2.1帶電阻負(fù)載的工作情況1、單相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖〔3〕全波整流在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過負(fù)載，因此該電路為全波整流。〔4〕直流輸出電壓平均值〔5〕負(fù)載直流電流平均值〔6〕晶閘管參數(shù)計(jì)算①承受最大正向電壓：②承受最大反向電壓：③觸發(fā)角的移相范圍：。④晶閘管電流平均值：VT1、VT4與VT2、VT3輪流導(dǎo)電，因此晶閘管電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即。3.1.2.2帶阻感負(fù)載的工作情況〔1〕單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的原理圖〔3〕直流輸出電壓平均值〔4〕觸發(fā)角的移相范圍〔5〕晶閘管承受電壓：正向：；反向：3.2三相可控整流電路3.2.1三相半波可控整流電路3.2.1.1電阻負(fù)載〔〔2〕三相半波不可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖④按照上述過程如此循環(huán)導(dǎo)通，每個(gè)二極管導(dǎo)通。⑤自然換向點(diǎn)：在相電壓的交點(diǎn)、、處，出現(xiàn)二極管換相，即電流由一個(gè)二極管向另一個(gè)二極管轉(zhuǎn)移，這些交點(diǎn)為自然換向點(diǎn)?！?〕三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的波形圖〔〕自然換向點(diǎn)：對于三相半波可控整流電路而言，自然換向點(diǎn)是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻〔即開始承受正向電壓〕，該時(shí)刻為各晶閘管觸發(fā)角的起點(diǎn)，即。〔6〕三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載不同觸發(fā)角工作時(shí)的情況總結(jié)①當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)，各相導(dǎo)電。②當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電。③當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流處于斷續(xù)狀態(tài)，直到時(shí)，整流輸出電壓為零。④結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)角的移相范圍為，其中經(jīng)歷了負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)的工作過程?！?〕數(shù)值計(jì)算①時(shí)，整流電壓平均值〔負(fù)載電流連續(xù)〕：當(dāng)時(shí)，最大，。②時(shí)，整流電壓平均值〔負(fù)載電流斷續(xù)〕：當(dāng)時(shí)，最小，。③負(fù)載電流平均值：。④晶閘管承受的最大反向電壓：為變壓器二次側(cè)線電壓的峰值，⑤晶閘管承受的最大正向電壓：如a相，二次側(cè)a相電壓與晶閘管正向電壓之和為負(fù)載整流輸出電壓，由于最小為0，因此晶閘管最大正向電壓。2.2.1.2阻感負(fù)載〔3〕三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載不同觸發(fā)角工作時(shí)的情況總結(jié)①阻感負(fù)載狀態(tài)下，由于大電感的存在，使負(fù)載電流始終處于連續(xù)狀態(tài)，各相導(dǎo)電。②當(dāng)時(shí)，負(fù)載電壓波形將出現(xiàn)負(fù)的局部，并隨著觸發(fā)角的增大，使負(fù)的局部增多。③當(dāng)時(shí)，負(fù)載電壓波形中正負(fù)面積相等，平均值為0。④結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)角的移相范圍為?！?〕數(shù)值計(jì)算①整流電壓平均值〔負(fù)載電流始終連續(xù)〕：。②晶閘管承受的最大正反向電壓：為變壓器二次側(cè)線電壓的峰值，3.2.2三相橋式全控整流電路3.2.2.1帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況〔3〕總結(jié)①對于共陰極組的3個(gè)晶閘管來說，陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通；對于共陽極組的3個(gè)晶閘管來說，陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。②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，其中1個(gè)晶閘管是共陰極組的，1個(gè)是共陽極組的，且不能為同1相的晶閘管。③對觸發(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。④共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差，共陽極組VT2、VT4、VT6的脈沖依次差。⑤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。⑥整流輸出電壓一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈沖整流電路。①與時(shí)相比，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了，組成的每一段線電壓因此推遲，平均值降低。②VT1處于通態(tài)的期間，變壓器二次側(cè)a相電流，波形與同時(shí)段的波形相同。VT4處于通態(tài)的期間，波形與同時(shí)段的波形相同，但為負(fù)值。①與時(shí)相比，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻繼續(xù)向后推遲，平均值繼續(xù)降低，并出現(xiàn)了為零的點(diǎn)。②當(dāng)時(shí)，波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，波形與波形的形狀一樣，保持連續(xù)?！?〕總結(jié)①當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)。②當(dāng)時(shí)，整流輸出電壓波形全為零，因此帶電阻負(fù)載時(shí)的三相橋式全控整流電路角的移相范圍是。3.2.2、2帶阻感負(fù)載時(shí)的工作情況角的移相范圍是903.2.2.7三相橋式全控整流電路的定量分析〔1〕帶電阻負(fù)載時(shí)的平均值①特點(diǎn)：時(shí)，整流輸出電壓連續(xù)；時(shí)，整流輸出電壓斷續(xù)。②整流電壓平均值計(jì)算公式：以所處的線電壓波形為背景，周期為。③輸出電流平均值計(jì)算公式：。3.3變壓器漏感對整流電路的影響〔補(bǔ)〕3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7.1逆變的概念.1什么是逆變？為什么要逆變？〔1〕逆變定義：生產(chǎn)實(shí)踐中，存在著與整流過程相反的要求，即要求把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，這種對應(yīng)于整流的逆向過程，定義為逆變?！?〕逆變電路定義：把直流電逆變成交流電的電路。〔4〕有源逆變電路：將交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時(shí)的逆變電路，實(shí)質(zhì)是整流電路形式?！?〕無源逆變電路：如果變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)連結(jié)，而直接接到負(fù)載的電路，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供應(yīng)負(fù)載的電路?！?〕有源逆變電路的工作狀態(tài)：只要滿足一定條件，可控整流電路即可以工作于整流狀態(tài)，也可以工作于逆變狀態(tài)?！?〕變流電路：既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)的整流電路。2逆變產(chǎn)生的條件①要有直流電動(dòng)勢，其極性必須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓。②要求晶閘管的控制觸發(fā)角，使為負(fù)值。3三相橋整流電路工作于有源逆變狀態(tài)。4逆變失?。耗孀冞\(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，外接得直流電源就會(huì)通過晶閘管電路形成短路，或者使逆變的輸出的平均電壓和直流電動(dòng)勢變成順向串聯(lián)。由于逆變電路內(nèi)阻很小，就會(huì)形成很大的短路電流。4．1、逆變失敗的原因：A、觸發(fā)電路工作不可靠，不能及時(shí)、準(zhǔn)確的給各晶閘管分配脈沖B、晶閘管發(fā)生故障，在應(yīng)該阻斷器件，器件失去阻斷能力，或在應(yīng)該導(dǎo)通時(shí)，器件不能導(dǎo)通，造成逆變失敗C、在逆變工作中，交流電源發(fā)生缺相或突然消失，由于直流電動(dòng)勢的存在，晶閘管仍可導(dǎo)通，此時(shí)變流器的交流側(cè)由于失去了同直流電動(dòng)勢極性相反的交流電壓，因此直流電動(dòng)勢將通過晶閘管使電路短路D換相的裕量角缺乏，引起換相失敗，應(yīng)考慮變壓器漏抗引起重疊角對逆變電路換相的影響。5、防止：為防止逆變失敗逆變角不能等于0，而且不能太小，必須限制在某一允許的最小角度內(nèi)。第4章逆變電路〔1〕逆變定義：將直流電能變成交流電能?！?〕有源逆變：逆變電路的交流輸出側(cè)接在電網(wǎng)上?！?〕無源逆變：逆變電路的交流輸出側(cè)直接和負(fù)載相連。4.1換流方式分類：器件換流、電網(wǎng)換流、負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。電壓換流：給晶閘管加上反向電壓使其關(guān)斷電流換流：先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯(lián)二極管使其加上反向電壓。4.2電壓型逆變電路〔1〕逆變電路分類：根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)可以分為電壓〔源〕型逆變電路和電流〔源〕型逆變電路。〔2〕電壓〔源〕型逆變電路VSI：直流側(cè)為電壓源?！?〕電流〔源〕型逆變電路CSI：直流側(cè)為電流源。〔4〕電壓型逆變電路特點(diǎn)①直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容。直流側(cè)電壓根本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(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。③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。④圖中逆變橋各臂都并聯(lián)反應(yīng)二極管，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反應(yīng)的無功能量提供通道?！?〕電流型逆變電路的特點(diǎn)：①直流側(cè)串聯(lián)大電感，相當(dāng)于電流源。直流側(cè)電流根本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。②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)。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。③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)電感起緩沖無功能量的作用?！惭a(bǔ)充些公式〕第5章直流-直流變流電路〔1〕直流-直流變流電路〔DC-DC〕定義：將一種直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電的裝置。〔2〕常見的直流-直流變流電路為直流斬波電路。包括：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、CUK斬波電路、Sepic波電路和Zeta斬波電路?！?〕根本直流斬波電路為：降壓斬波電路和升壓斬波電路。5.1.1降壓斬波電路5.1.1.2降壓斬波電路：輸出到負(fù)載的電壓平均值U0最大為E，減小占空比，U0隨之減小。5.1.1.3公式〔1〕負(fù)載電壓平均值：，其中為占空比?！?〕電感L極大時(shí)，負(fù)載電流平均值：。#斬波電路的三種控制方式：1〕保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間,稱為脈沖寬度調(diào)制。2〕保持開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開關(guān)周期T，稱