《相可控整流逆變》課件

相可控整流逆變相控整流電路是一種重要的電力電子技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，如工業(yè)自動(dòng)化、電力傳輸、電動(dòng)汽車等。該技術(shù)利用可控硅等電力電子器件，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電壓和電流的精確控制。課程導(dǎo)言電力電子基礎(chǔ)本課程介紹電力電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，為學(xué)生提供全面深入的理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)。廣泛應(yīng)用領(lǐng)域電力電子技術(shù)應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括電源轉(zhuǎn)換、電機(jī)控制、電力系統(tǒng)等。前沿技術(shù)研究電力電子技術(shù)不斷發(fā)展，涵蓋高效率、高功率密度、智能控制等前沿技術(shù)。電力電子概述電力電子技術(shù)是將電力電子器件與控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電力能量轉(zhuǎn)換、控制和調(diào)節(jié)的一門學(xué)科。它廣泛應(yīng)用于各種電力系統(tǒng)中，例如電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電力傳輸?shù)?。電力電子技術(shù)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，它在提高能源效率、降低電力損耗、提高系統(tǒng)可靠性方面發(fā)揮著重要作用。電力電子器件1半導(dǎo)體二極管單向?qū)щ姡糜谡麟娐?，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。2晶閘管可控導(dǎo)電器件，用于功率控制，可調(diào)節(jié)直流電壓和電流。3場(chǎng)效應(yīng)晶體管控制電流，開關(guān)速度快，用于高頻應(yīng)用。4IGBT集成門極雙極型晶體管，兼具M(jìn)OSFET和雙極型晶體管優(yōu)點(diǎn)。可控整流電路1概述可控整流電路是一種利用可控硅等電力電子器件來(lái)實(shí)現(xiàn)交流電向直流電轉(zhuǎn)換的電路。2分類可控整流電路可分為單相可控整流電路和三相可控整流電路。3應(yīng)用可控整流電路廣泛應(yīng)用于各種直流電源、直流電機(jī)控制、電力拖動(dòng)等領(lǐng)域。4特點(diǎn)可控整流電路具有輸出電壓可控、效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。交流-直流整流基本原理交流-直流整流是指將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過(guò)程，是電力電子技術(shù)中的基本環(huán)節(jié)之一。整流電路整流電路通常由二極管或可控硅等器件構(gòu)成，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和控制方式的不同，可分為半波整流、全波整流、橋式整流等類型。整流過(guò)程整流電路通過(guò)單向?qū)ǖ奶匦?，將交流電的正半周或?fù)半周截取并轉(zhuǎn)換為直流電，同時(shí)抑制交流電的負(fù)半周或正半周。濾波環(huán)節(jié)為了降低直流電壓的紋波，通常在整流電路后添加濾波電路，將脈動(dòng)直流電壓轉(zhuǎn)換為平滑的直流電壓。半波整流電路1基本原理將交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電2電路構(gòu)成二極管和負(fù)載組成3工作過(guò)程二極管單向?qū)?，電流僅在一個(gè)半周期流過(guò)4輸出波形半波脈動(dòng)直流半波整流電路是最簡(jiǎn)單的整流電路之一，僅利用一個(gè)二極管進(jìn)行整流。當(dāng)交流電電壓為正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，負(fù)載上流過(guò)電流；當(dāng)交流電電壓為負(fù)半周時(shí)，二極管截止，負(fù)載上沒(méi)有電流。這種整流方式只能利用交流電的正半周，輸出波形為半波脈動(dòng)直流，具有較高的紋波系數(shù)。全波整流電路1原理全波整流電路利用兩個(gè)二極管，使交流電的正負(fù)半周都能夠得到整流，輸出為脈動(dòng)直流。2類型全波整流電路主要分為橋式整流和中心抽頭整流兩種，分別利用不同的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全波整流。3波形全波整流電路輸出的直流電壓波形仍有較大的脈動(dòng)，需要濾波器進(jìn)一步處理才能得到平滑的直流電壓。三相整流電路三相整流電路將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，應(yīng)用于各種電力電子設(shè)備，例如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源供應(yīng)器等。1三相橋式整流電路最常見的電路類型，效率高，輸出電壓穩(wěn)定2三相半波整流電路僅使用三個(gè)二極管，效率較低3三相可控整流電路使用可控硅等半導(dǎo)體器件，可調(diào)節(jié)輸出電壓三相整流電路設(shè)計(jì)涉及多個(gè)關(guān)鍵因素，例如器件選型、濾波設(shè)計(jì)、功率因數(shù)校正等。整流電壓波形整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，輸出電壓波形為脈動(dòng)直流，包含直流分量和交流分量。直流分量是輸出電壓的平均值，交流分量是輸出電壓的波動(dòng)部分。整流電壓波形的形狀取決于整流電路的類型，例如半波整流、全波整流或三相整流。整流電壓波形的形狀會(huì)影響負(fù)載的性能和效率，因此需要進(jìn)行濾波處理，以降低交流分量，提高直流分量。整流電壓波形分析整流電壓波形呈現(xiàn)脈沖形狀。隨著時(shí)間推移，電壓逐漸升高，最終達(dá)到峰值。整流電流波形分析整流電流波形指的是通過(guò)整流電路的電流變化情況，它直接反映了負(fù)載的電流需求。電流波形的形狀和特性受整流電路類型、負(fù)載性質(zhì)以及濾波電路的影響。1脈沖電流未濾波的整流電流呈脈沖狀，其頻率與交流電源頻率相同。2直流分量經(jīng)過(guò)濾波后，整流電流包含直流分量和交流分量。3諧波交流分量中包含不同頻率的諧波電流，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。4功率損耗諧波電流會(huì)增加電路中的功率損耗，降低整流效率。整流電路的濾波濾波的必要性整流電路輸出的直流電壓通常包含大量紋波，會(huì)對(duì)負(fù)載造成損害，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。濾波是消除紋波，獲得更加平滑直流電壓的關(guān)鍵步驟。常見濾波方法電容濾波是最常用的方法，利用電容儲(chǔ)存能量，平滑電壓波形。電感濾波通過(guò)電感阻抗特性，抑制紋波電流，實(shí)現(xiàn)濾波效果。濾波電容的選擇電容容量容量過(guò)小，濾波效果差，紋波電壓大。額定電壓電容額定電壓應(yīng)高于整流電路的直流電壓，防止電容損壞。紋波電流電容要承受紋波電流，選擇耐紋波電流大的電容。工作溫度電容的工作溫度應(yīng)滿足整流電路的實(shí)際工作環(huán)境溫度。整流電路的效率效率概念影響因素整流電路效率輸出直流功率與輸入交流功率的比值器件損耗、導(dǎo)通壓降、開關(guān)頻率整流電路的效率取決于器件損耗、導(dǎo)通壓降和開關(guān)頻率。提高效率可以通過(guò)選擇低損耗器件、降低導(dǎo)通壓降和優(yōu)化開關(guān)頻率。整流電路的功率因數(shù)功率因數(shù)是指交流電路中，有效功率與視在功率之比。它反映了電路對(duì)能量的利用效率，功率因數(shù)越高，則電路的能量利用率越高。整流電路中，由于電流的非正弦波形，導(dǎo)致功率因數(shù)較低。可以使用功率因數(shù)校正電路來(lái)提高整流電路的功率因數(shù)，從而提高能量利用效率。逆變電路原理1直流電轉(zhuǎn)換直流電轉(zhuǎn)換為交流電2電子開關(guān)利用電子開關(guān)控制電流方向3輸出波形產(chǎn)生正弦或方波交流電4電壓控制調(diào)節(jié)開關(guān)頻率和占空比控制電壓逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，通過(guò)控制電子開關(guān)的開閉狀態(tài)，改變電流方向，產(chǎn)生交流電波形。輸出電壓的大小可以通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)的頻率和占空比來(lái)控制。單相逆變電路基本原理單相逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，通過(guò)控制開關(guān)器件的通斷來(lái)改變直流電流的方向。電路結(jié)構(gòu)典型電路包括直流電源、開關(guān)器件、濾波器、輸出變壓器等，通過(guò)控制開關(guān)器件的通斷，輸出交流電。工作模式主要工作模式包括脈寬調(diào)制(PWM)模式和方波模式，通過(guò)控制開關(guān)器件的占空比或?qū)〞r(shí)間實(shí)現(xiàn)交流電壓和電流的調(diào)節(jié)。應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)等領(lǐng)域，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳輸。三相逆變電路1基本結(jié)構(gòu)三相逆變電路通常包含三組開關(guān)器件，分別控制三個(gè)相位的輸出電壓。2工作原理通過(guò)控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)直流電向交流電的轉(zhuǎn)換。3輸出特性三相逆變電路輸出的交流電壓具有可調(diào)節(jié)的頻率、幅值和相位。逆變波形分析逆變波形是指逆變器輸出的電壓或電流波形。分析逆變波形主要關(guān)注其諧波成分、頻率和幅值等因素，這些因素會(huì)影響逆變器的性能，例如效率、功率因數(shù)和負(fù)載匹配等。諧波分析是指識(shí)別逆變波形中不同頻率的諧波成分，并計(jì)算它們的幅值和相位。諧波會(huì)造成電網(wǎng)電壓和電流畸變，影響其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。頻率分析則是分析逆變波形頻率是否符合預(yù)期。如果頻率偏差太大，可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)載無(wú)法正常工作或造成其他問(wèn)題。PWM技術(shù)脈寬調(diào)制PWM（PulseWidthModulation）是一種通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)控制直流電機(jī)速度或交流電路功率的調(diào)制技術(shù)。調(diào)制過(guò)程通過(guò)控制脈沖的寬度，PWM信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓或電流的有效調(diào)節(jié)，從而控制電機(jī)或電路的運(yùn)行狀態(tài)。優(yōu)勢(shì)PWM技術(shù)具有效率高、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域。PWM控制策略脈沖寬度調(diào)制(PWM)通過(guò)改變占空比來(lái)控制輸出電壓的平均值。三角波載波比較法將三角波載波與參考信號(hào)進(jìn)行比較，生成脈沖寬度調(diào)制信號(hào)?？臻g矢量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)利用空間矢量理論，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的電壓利用率和電流控制效果。逆變電路的效率逆變電路效率是指逆變電路輸出功率與輸入功率的比值。效率越高，意味著能量損耗越少，更節(jié)能。影響因素效率變化開關(guān)器件損耗降低效率導(dǎo)線損耗降低效率控制電路損耗降低效率逆變電路的功率因數(shù)逆變電路的功率因數(shù)反映了其有效功率和視在功率之間的關(guān)系，是衡量逆變電路效率的重要指標(biāo)。功率因數(shù)越高，代表逆變電路越有效率地將能量轉(zhuǎn)化為有用功，降低了能量損耗。0.8功率因數(shù)理想情況下，逆變電路的功率因數(shù)應(yīng)接近1.0。0.9提高功率因數(shù)可以通過(guò)功率因數(shù)校正技術(shù)，例如無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。0.5低功率因數(shù)低功率因數(shù)會(huì)造成電流過(guò)大，導(dǎo)致線路損耗增加。整流逆變一體化整流逆變一體化技術(shù)將整流和逆變功能集成到一個(gè)電路中，實(shí)現(xiàn)雙向能量轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、新能源發(fā)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。整流逆變一體化電路整流逆變一體化電路將整流和逆變功能集成在一個(gè)電路中，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了效率，并減少了體積和重量。這種電路通常采用雙向開關(guān)器件，例如IGBT或MOSFET，在整流和逆變模式之間切換，實(shí)現(xiàn)直流電和交流電的相互轉(zhuǎn)換。整流逆變一體化性能分析性能指標(biāo)整流環(huán)節(jié)逆變環(huán)節(jié)效率較高，一般大于90%相對(duì)較低，一般在85%~95%功率因數(shù)通常較低，需要補(bǔ)償可通過(guò)控制策略提高諧波含量較高，需要濾波可通過(guò)PWM控制降低可靠性較高相對(duì)較低，易受器件影響課程小結(jié)可控整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，實(shí)現(xiàn)電壓控制。逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實(shí)現(xiàn)頻率和電壓控制。應(yīng)用電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、電源系統(tǒng)、新能源技術(shù)等領(lǐng)域。知識(shí)拓展高頻化高頻化是未來(lái)電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，可提高效率，減小體積。智能化將人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用于電力電子系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。數(shù)字化利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和FPG