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1、电力电子技术王兆安复习重点第 1 章 绪论1 电力电子技术定义:就是使用电力电子器件对电能进行变换与控制的技术,就是应用于电力领域的电子技术,主要用于电力变换。2 电力变换的种类(1)交流变直流AC-DC: 整流(2)直流变交流DC-AC: 逆变(3)直流变直流DC-DC: 一般通过直流斩波 电路实现(4)交流变交流AC-AC: 一般称作 交流电力控制3 电力电子技术分类:分为电力电子器件制造技术与变流技术。第 2 章 电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系(1)主电路 :指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。(2)电力电子器件:指应用于主电路中,能够实现电能变换或控制的电子器件。2 电
2、力电子器件一般都工作于开关 状态 ,以减小本身损耗。3 电力电子系统基本组成与工作原理(1)一般由 主电路 、控制电路 、检测电路 、驱动电路 、保护电路 等组成。(2) 检测主电路中的信号并送入控制电路,根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。(3) 控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。(4)同时 ,在主电路与控制电路中附加一些保护电路,以保证系统正常可靠运行。4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类(1) 半控型器件 :通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如SCR 晶闸管 。(2) 全控型器件:通过控制信号既可以控制
3、其导通,又可以控制其关断的电力电子器件。如 GTO、GTR、MOSFET 与IGBT 。(3) 不可控器件 :不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如 电力二极管 。根据驱动信号的性质分类(1) 电流型器件 :通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如SCR、GTO、 GTR。(2) 电压型器件 :通过在控制端与公共端之间施加一定电压信 号 的 方 式 来 实 现 导 通 或 关 断 的 电 力 电 子 器 件 。 如MOSFET 、IGBT 。根据器件内部载流子参与导电的情况分类(1) 单极型器件:内部由一种载流子参与导电的器件。如MOSFET 。(2)双极型器件
4、 :由电子与空穴两种载流子参数导电的器件。如 SCR、GTO、GTR。(3)复合型器件:有单极型器件与双极型器件集成混合而成的器件。如IGBT 。5 半控型器件晶闸管 SCR 将器件N1、P2 半导体取倾斜截面,则晶闸管变成V1-PNP与 V2-NPN 两个晶体管。晶闸管的导通工作原理(1)当 AK 间加正向电压AE,晶闸管不能导通,主要就是中间存在反向PN 结。(2)当 GK 间加正向电压GE,NPN 晶体管基极存在驱动电流GI,NPN 晶体管导通 ,产生集电极电流2cI。(3)集电极电流2cI构成 PNP 的基极驱动电流,PNP 导通 ,进一步放大产生PNP 集电极电流1cI。(4)1cI
5、与GI构成 NPN 的驱动电流 ,继续上述过程,形成强烈的负反馈 ,这样 NPN 与 PNP 两个晶体管完全饱与,晶闸管导通。2.3.1、4、3 晶闸管就是半控型器件的原因(1)晶闸管导通后撤掉外部门极电流GI,但就是NPN 基极仍然存在电流,由 PNP集电极电流1cI供给 ,电流已经形成强烈正反馈 ,因此晶闸管继续维持导通。(2)因此 ,晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其关断。2.3.1、4、4 晶闸管的关断工作原理满足下面条件,晶闸管才能关断:(1)去掉 AK 间正向电压 ; (2)AK 间加反向电压; (3)设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。2.3.2、1、
6、1 晶闸管正常工作时的静态特性(1)当晶闸管承受反向电压时,不论门极就是否有触发电流,晶闸管都不会导通。(2)当晶闸管承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。(3)晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,不论门极触发电流就是否还存在,晶闸管都保持导通。(4)若要使已导通的晶闸管关断,只能利用外加电压与外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。2.4.1、1 GTO 的结构(1)GTO 与普通晶闸管的相同点:就是 PNPN 四层半导体结构,外部引出阳极、阴极与门极。(2)GTO 与普通晶闸管的不同点:GTO 就是一种多元的功率集成器件 ,其内部包含数十个甚至数百个供
7、阳极的小GTO元,这些 GTO 元的阴极与门极在器件内部并联在一起,正就是这种特殊结构才能实现门极关断作用。2.4.1、2 GTO 的静态特性(1)当 GTO 承受反向电压时,不论门极就是否有触发电流,晶闸管都不会导通。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点(2)当 GTO 承受正向电压时,仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。(3)GTO 导通后 ,若门极施加反向驱动电流,则 GTO
8、关断 ,也即可以通过门极电流控制GTO 导通与关断。(4)通过 AK 间施加反向电压同样可以保证GTO 关断。2.4.3 电力场效应晶体管MOSFET (1)电力 MOSFET 就是用栅极电压来控制漏极电流的,因此它就是电压型器件。(3)当GSU大于某一电压值TU时,栅极下P 区表面的电子浓度将超过空穴浓度,从而使 P型半导体反型成N 型半导体 ,形成反型层。2.4.4 绝缘栅双极晶体管IGBT (1)GTR 与 GTO 就是双极型电流驱动器件,其优点就是通流能力强 ,耐压及耐电流等级高,但不足就是开关速度低,所需驱动功率大 ,驱动电路复杂。(2)电力 MOSFET 就是单极型电压驱动器件,其
9、优点就是开关速度快、所需驱动功率小,驱动电路简单。(3)复合型器件 :将上述两者器件相互取长补短结合而成,综合两者优点。(4)绝缘栅双极晶体管IGBT就是一种复合型器件,由 GTR与 MOSFET两个器件复合而成,具有 GTR 与 MOSFET 两者的优点 ,具有良好的特性。(1)IGBT就是三端器件,具有栅极G、 集电极 C 与发射极E。(2)IGBT由 MOSFET 与 GTR 组合而成。第 3 章 整流电路(1) 整流电路定义:将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。3.1.1 单相半波可控整流电路(4)触发角: 从晶闸管开始承受正向阳极电压起,到施加触发脉冲为止的电角度 ,称
10、为触发角或控制角。(7)几个定义 “半波”整流:改变触发时刻,du与di波形随之改变,直流输出电压du为极性不变但瞬时值变化的脉动直流,其波形只在2u正半周内出现,因此称“半波”整流。 单相半波可控整流电路:如上半波整流,同时电路中采用了可控器件晶闸管,且交流输入为单相,因此为单相半波可控整流电路。3.1.1、3 电力电子电路的基本特点及分析方法(1) 电力电子器件为非线性特性,因此电力电子电路就是非线性电路。(2) 电力电子器件通常工作于通态或断态状态,当忽略器件的开通过程与关断过程时,可以将器件理想化,瞧作理想开关 ,即通态时认为开关闭合,其阻抗为零;断态时认为开关断开,其阻抗为无穷大。3
11、、1、2 单相桥式全控整流电路3、1、2、1 带电阻负载的工作情况(1)单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图 由 4 个晶闸管 (VT1 VT4)组成单相桥式全控整流电路。 VT1与 VT4组成一对桥臂,VT2与 VT3组成一对桥臂。(2)单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图0: VT1VT4未触发导通,呈现断态, 则0du、0di、02i。2VTVT41uuu,2VTVT2141uuu。: 在角度时 ,给 VT1与 VT4加触发脉冲 ,此时 a点电压高于b 点,VT1与 VT4承受正向电压 ,因此可靠导通 ,041VTVTuu。电流从 a 点经 VT1、R、VT4流回 b 点。2du
12、u,d2ii,形状与电压相同。)(: 电源2u过零点 ,VT1与 VT4承受反向电压而关断,2VTVT2141uuu(负半周 )。同 时 ,VT2与VT3未触发导通,因此0du、0di、02i。2)(: 在)(角度时 ,给 VT2与 VT3加触发脉冲 ,此时 b 点电压高于a 点,VT2与 VT3承受正向电压 ,因此可靠导通 ,03VTVT2uu。VT1阳极为a 点,阴极为b 点;VT4阳极为 a 点,阴极为 b 点;因此2VTVT41uuu。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -
13、- 第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点电流从 b 点经 VT3、R、VT2流回 b 点。2duu,d2ii。(3)全波整流在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载,因此该电路为全波整流。(4)直流输出电压平均值2cos19.02cos122)(sin21222dUUttdUU(5)负载直流电流平均值2cos19.02cos122R22ddRURUUI(6)晶闸管参数计算 承受最大正向电压:)2(212U 承受最大反向电压:22U触发角的移相范围:0时 ,2d9. 0 UU;o180时,0dU。因此移相范围为o180。 晶闸管电流平均值:
14、VT1、VT4与 VT2、VT3轮流导电 ,因此晶闸管电流平均值只有输出直流电流平均值的一半,即2cos145.0212ddVTRUII。3.1.2、2 带阻感负载的工作情况(1)单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图(2)单相桥式全控整流电路带阻感负载时的波形图分析时 ,假设电路已经工作于稳态下。假设负载电感很大,负载电流不能突变,使负载电流di连续且波形近似为一水平线。: 在角度时 ,给 VT1与 VT4加触发脉冲 ,此时 a点电压高于b 点,VT1与 VT4承受正向电压 ,因此可靠导通 ,041VTVTuu。电流从 a点经 VT1、 L 、 R、 VT4流回 b 点,2duu。di为一
15、水平线 ,2dVT1,4iii。VT2与 VT3为断态 ,02,3VTi)(: 虽然二次电压2u已经过零点变负,但因大电感的存在使 VT1与 VT4持续导通。041VTVTuu,2duu,2dVT1,4iii,02,3VTi。2)(: 在)(角度时 ,给 VT2与 VT3加触发脉冲 ,此时 b 点电压高于a 点,VT2与 VT3承受正向电压 ,因此可靠导通 ,03VTVT2uu。由于 VT2与 VT3的导通 ,使 VT1与 VT4承受反向电压而关断01,4VTi。VT1阳极为a 点,阴极为b 点 ;VT4阳 极 为a 点 , 阴 极 为b 点 ; 因 此2VT1,4uu。电 流 从b 点 经V
16、T3、 L 、 R 、 VT2流 回b点,2duu。di为一水平线 ,2dVT2,3iii。)2(2: 虽然二次电压2u已经过零点变正,但因大电感的存在使 VT2与 VT3持续导通。032VTVTuu,2VT1,4uu,2duu,2dVT2,3iii,01,4VTi。(3)直流输出电压平均值cos9. 0cos22)(sin21222dUUttdUU(4)触发角的移相范围0时,2d9 .0 UU;o90时 ,0dU。 因此移相范围为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3
17、页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点o90。(5)晶闸管承受电压:正向 :22U;反向 :22U3.1.2、3 带反电动势负载时的工作情况(1)单相桥式全控整流电路带反电动势负载时的原理图 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢(忽略其中的电感)等时 ,负载可瞧成一个直流电压源,即反电动势负载。 正常情况下 ,负载电压du最低为电动势E 。负 载 侧 只 有2u瞬 时 值 的 绝 对 值 大 于 反 电 动 势 , 即Eu2时,才有晶闸管承受正电压,有导通的可能。(2)单相桥式全控整流电路带反电动势负载时的波形图)(: 在角度时 ,给 VT1与 VT4加触
18、发脉冲,此时Eu2,说明 VT1与 VT4承受正向电压 ,因此可靠导通 ,2duu,RddEui。)()(: 在)(角度时 ,Eu2,说明 VT1与 VT4已经开始承受反向电压关断。同 时 ,由 于VT2与 VT3还 未 触 发 导 通 ,因 此Eud,0di。)()(: 此过程为VT2与 VT3导通阶段 ,由于就是桥式全控 整 流 , 因 此 负 载 电 压 与 电 流 同 前 一 阶段,2duu,RddEui。3、2 三相可控整流电路3.2.1 三相半波可控整流电路3、2、1、1 电阻负载(1)三相半波可控整流电路带电阻负载时的原理图 变压器一次侧接成三角形,防止 3 次谐波流入电网。 变
19、压器二次侧接成星形,以得到零线。 三个晶闸管分别接入a、b、c 三相电源 ,其所有阴极连接在一起 ,为共阴极接法。(2)三相半波不可控整流电路带电阻负载时的波形图将上面原理图中的三个晶闸管换成不可控二极管,分别采用 VD1、VD2与 VD3表示。工作过程分析基础:三个二极管对应的相电压中哪一个的值最大 ,则该相所对应的二极管导通,并使另两相的二极管承受反压关断,输出整流电压即为该相的相电压。21tt:a相电压最高 ,则 VD1导通 ,VD2与 VD3反压关断,auud。32tt:b 相电压最高 ,则 VD2导通 ,VD3与 VD1反压关断 ,buud。43tt:b 相电压最高 ,则 VD2导通
20、 ,VD3与 VD1反压关断 ,buud。 按照上述过程如此循环导通,每个二极管导通o120。 自然换向点 :在相电压的交点1t、2t、3t处,出现二极管换相 ,即电流由一个二极管向另一个二极管转移,这些交点为自然换向点。(3)三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图(o0) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点自然换向点:对于三相半波可控整流电路而言,自然换向点就是各相晶闸管能触发导通的
21、最早时刻(即开始承受正向电压 ),该时刻为各晶闸管触发角的起点 ,即o0。21tt: a 相电压最高,VT1开始承受正压,在1t时刻触发导通,01VTu, 而 VT2与 VT3反压关断。auud,RuiiddVT1。32tt: b 相电压最高,VT2开始承受正压,在2t时刻触发导通,02VTu, 而 VT3与 VT1反压关断。bduu,01VTi, VT1承 受 a 点 -b 点 间 电 压 , 即abVT1uu。43tt: c 相电压最高,VT3开始承受正压,在3t时刻触发导通,03VTu, 而 VT1与 VT2反压关断。cduu,01VTi, VT1承 受 a点 -c 点 间 电 压 ,
22、即acVT1uu。(4) 三 相 半 波 可 控 整 流 电 路 带 电 阻 负 载 时 的 波 形 图(o30) 定义 :1t时刻为自然换向点后o30,2t与3t时刻依次间距o120。)90(o11tt: a 相电压最高,VT1已经承受正压,但在1t时刻 (即o30)时开始触发导通,01VTu, 而 VT2与 VT3反压关断。auud,RuiiddVT1。2o1)90(tt: 虽然已到a 相与 b 相的自然换向点,b 相电压高于a相电压 , VT2已经开始承受正压,但就是VT2没有门极触发脉冲 ,因此 VT2保持关断。这样 ,原来已经导通的VT1仍然承受正向电压(0au)而持续导通 ,01V
23、Tu,auud,RuiiddVT1。32tt: b 相电压最高 ,VT2已经承受正压,2t时刻 (即o30)时开始触发导通VT2,02VTu, 这样 VT1开始承受反压而关断。bduu,01VTi, VT1承 受a 点 -b点 间 电 压 ,即abVT1uu。43tt: c相电压最高 ,VT3已经承受正压,3t时刻 (即o30)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点时开始触发导通VT3,03
24、VTu, 这样 VT2开始承受反压而关断。cduu,01VTi, VT1承 受 a点 -c 点 间 电 压 , 即acVT1uu。(5) 三 相 半 波 可 控 整 流 电 路 带 电 阻 负 载 时 的 波 形 图(o60) 定义 :1t时刻为自然换向点后o60,2t与3t时刻依次间距o120。)90(o11tt: a 相电压最高 ,VT1在1t时刻 (即o60)时开始触发导通 ,即使过了自然换向点,但因 VT2未导通及0au,而使 VT1持续导通 ,01VTu, 而 VT2与 VT3反压关断。auud,RuiiddVT1。2o1)90(tt: a 相电压过零变负(0au), 而使 VT1承
25、受反压关断,而 VT2(未触发导通 )与 VT3仍为关断。0dVT1ii,0du。32tt及43tt期间情况分别为VT2与 VT3导通过程 ,与上述相同。(6) 三相半波可控整流电路带电阻负载不同触发角工作时的情况总结 当o30时,负载电流处于连续状态,各相导电o120。 当o30时,负载电流处于连续与断续的临界状态,各相仍导电o120。 当o30时,负载电流处于断续状态,直到o150时,整流输出电压为零。 结合上述分析,三相半波可控整流电路带电阻负载时角的移相范围为o150,其中经历了负载电流连续与断续的工作过程。(7)数值计算o30时,整流电压平均值(负载电流连续): co17. 1cos
26、263)(sin2321226562dUUttdUU当o0时,dU最大 ,2d17.1UU。o30时,整流电压平均值(负载电流断续): 6. 0)6cos(1223)(sin2321262dUttdUU当o150时,dU最小 ,0dU。 负载电流平均值:RUIdd。 晶闸管承受的最大反向电压: 为变压器二次侧线电压的峰值,222RM45.2632UUUU 晶闸管承受的最大正向电压: 如 a相 ,二次侧 a 相电压与晶闸管正向电压之与为负载整流输出电压dU,由于dU最小为0,因此晶闸管最大正向电压2FM2UU。2.2.1、2 阻感负载(1)三相半波可控整流电路带阻感负载时的原理图名师资料总结 -
27、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点 当阻感负载中的电感值很大时,整流获得的电流di波形基本就是平直的,即流过晶闸管的电流接近矩形波。 当o30时,整流电压波形与电阻负载时相同,因为两种负载情况下,负载电流均连续。(2) 三 相 半 波 可 控 整 流 电 路 带 阻 感 负 载 时 的 波 形 图(o60) 定义 :1t时刻为自然换向点后o60,2t与3t时刻依次间距o120。21tt: VT1承受正压
28、并触发导通,过自然换向点后a相电压仍大于 0,VT1仍持续导通。a 相过零点后, 由于电感的存在, 阻止电流下降, 因而VT1仍持续导通。aduu,ddaIii,0cbii,01VTu。32tt: 当2t时刻 ,b 相电压最高 ,同时触发导通,则 VT2导通 ,这样 VT1承受反压关断,由 VT2向负载供电。bduu,ddbIii,0caii,abVT1uu。43tt: 工作过程与上述相同。cduu,ddcIii,0baii,acVT1uu。(3)三相半波可控整流电路带阻感负载不同触发角工作时的情况总结 阻感负载状态下, 由于大电感的存在, 使负载电流始终处于连续状态,各相导电o120。 当o
29、30时,负载电压du波形将出现负的部分,并随着触发角的增大,使负的部分增多。当o90时 ,负载电压du波形中正负面积相等,du平均值为 0。 结合上述分析,三相半波可控整流电路带阻感负载时角的移相范围为o90。(4)数值计算整流 电压平 均 值( 负载电 流始终 连续):cos17. 12dUU。 晶闸管承受的最大正反向电压: 为变压器二次侧线电压的峰值,222RMFM45.2632UUUUU3.2.2 三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路原理图: (1) 由 6 只晶闸管组成, 形成三个桥臂, 其中每个桥臂连接一相电源。(2) 阴极连接在一起的3 只晶闸管 ( VT1、VT3、VT5)称
30、为共阴极组 ,处于桥臂上端。(3) 阳极连接在一起的3 只晶闸管 ( VT4、VT6、VT2)称为共阳极组 ,处于桥臂下端。(4)晶闸管的导通顺序:VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。3.2.2、1 带电阻负载时的工作情况(o0) (1) 基本说明 自然换向点仍为a、b、c 相的交点。 将1t时刻 (自然换向点 )后的一个电源周期分成6 段, 每名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习
31、重点段电角度为o60,分别为、。(2) 波形图分析 阶段 : a 相电压最大,b相电压最小, 触发导通VT1(事实上,VT6已经导通 ) abduu,RuiabVT1,01VTu。 阶段 : a 相电压最大 ,c 相电压最小 , 触发导通VT2,则 VT6承受反压 (0cbu)而关断 ,VT1持续导通。acduu,RuiacVT1,01VTu。 阶段 : b 相电压最大 ,c 相电压最小 , 触发导通VT3,则 VT1承受反压 (0abu)而关断 ,VT2持续导通。bcduu,RuibcVT1,abVT1uu。 阶段 : b 相电压最大 ,a 相电压最小 , 触发导通VT4,则 VT2承受反压
32、 (0acu)而关断 ,VT3持续导通。baduu,RuibaVT1,abVT1uu。 阶段 : c 相电压最大 ,a 相电压最小 , 触发导通VT5,则 VT3承受反压 (0bcu)而关断 ,VT4持续导通。caduu,RuicaVT1,acVT1uu。 阶段 : c 相电压最大 ,b 相电压最小 , 触发导通VT6,则 VT4承受反压 (0bau)而关断 ,VT5持续导通。cbduu,RuicbVT1,acVT1uu。(3) 总结 对于共阴极组的3 个晶闸管来说, 阳极所接交流电压值最高的一个导通; 对于共阳极组的3 个晶闸管来说, 阴极所接交流电压值最低的一个导通。 每个时刻均需2 个晶
33、闸管同时导通, 形成向负载供电的回路 , 其中 1 个晶闸管就是共阴极组的,1个就是共阳极组的, 且不能为同1 相的晶闸管。 对触发脉冲的要求:6个晶闸管的脉冲按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的顺序 ,相位依次差o60。 共阴极组 VT1、VT3、VT5的脉冲依次差o120,共阳极组VT2、VT4、VT6的脉冲依次差o120。 同一相的上下两个桥臂, 即 VT1与 VT4,VT3与 VT6,VT5与 VT2,脉冲相差o180。 整流输出电压du一周期脉动6 次,每次脉动的波形都一样,故该电路为6 脉冲整流电路。3、2、2、2 带电阻负载时的工作情况(o30) (1) 基本说明 自然换向点
34、仍为a、b、c 相的交点。1t时刻为 a 相o30触发角位置 ,将该时刻后的一个电源周期o360分成 6 段, 每段电角度为o60,分别为、 、。(2) 波形图分析 阶段 : a 相电压最大,b相电压最小, 触发导通VT1(事实上,VT6已经导通 ) 当过 b、c 相交点后 ,虽然 b 电压高于c 相电压 ,但就是由于未触发导通VT2,且 a 相电压仍高于b 相,因此整个阶段 I 中,VT1与 VT6持续导通。abduu,01VTu,Ruiiabda。 阶段 : 分析过程同阶段I, VT1与 VT2持续导通。acduu,01VTu,Ruiiacda。 阶段 : 名师资料总结 - - -精品资料
35、欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点分析过程同阶段I, VT2与 VT3持续导通。bcduu,abVT1uu,0ai。 阶段 : 分析过程同阶段I, VT3与 VT4持续导通。baduu,abVT1uu,Ruiibada。 阶段 : 分析过程同阶段I, VT4与 VT5持续导通。caduu,acVT1uu,Ruiicada。 阶段 : 分析过程同阶段I, VT5与 VT6持续导通。cbduu,acVT1uu,0ai。(3
36、) 总结 与o0时相比 ,晶闸管起始导通时刻推迟了o30,组成du的每一段线电压因此推迟o30,du平均值降低。VT1处于通态的o120期间 ,变压器二次侧a 相电流0ai,波形与同时段的du波形相同。 VT4处于通态的o120期间 ,ai波形与同时段的du波形相同 ,但为负值。3、2、2、3 带电阻负载时的工作情况(o60) (1) 波形图分析 阶段 : a 相电压最大 ,c相电压最小 , 通过以往经验知道VT6已经导通 ,此时触发导通VT1,不触发 VT2,则整个阶段I中,VT1与 VT6持续导通。abduu,01VTu。 阶段 : b 相电压最大,c相电压最小, 此时触发导通VT2,则V
37、T6承受电压0cbu而关断 ,而 a 相电压仍比c 相大 ,因此 VT1与 VT2持续导通。acduu,01VTu。 阶段 : 分析过程同阶段, VT2与 VT3持续导通。bcduu,abVT1uu。 阶段 : 分析过程同阶段, VT3与 VT4持续导通。baduu,abVT1uu。 阶段 : 分析过程同阶段, VT4与 VT5持续导通。caduu,acVT1uu。 阶段 : 分析过程同阶段, VT5与 VT6持续导通。cbduu,acVT1uu。(2) 总结与o30时相比 ,晶闸管起始导通时刻继续向后推迟o30,du平均值继续降低,并出现了为零的点。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
38、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点 当o60时,du波形均连续,对于电阻负载,di波形与du波形的形状一样,保持连续。3.2.2、4 带电阻负载时的工作情况(o90) (1)o60时整流电路触发脉冲要求o60时,负载电流将出现断续状态,这样为确保电路的正常工作 ,需保证同时导通的2 个晶闸管均有触发脉冲。 方法一 :采用宽脉冲触发,即触发脉冲的宽度大于o60,一般取o80o100。 方法二 :采用双脉冲触发,即在触发某个晶闸管的
39、同时,给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲。即用两个窄脉冲代替宽 脉 冲 , 两 个 窄 脉 冲 的 前 沿 相 差o60, 脉 宽 一 般 为o20o30。(2)波形图分析 阶段 : 前半段内 ,cbauuu, 通过以往经验知道VT6已经导通 ,此时触发导通VT1,不触发 VT2,则 VT1与 VT6导通。abduu,RuiiidaVTd1。后半段内 ,cabuuu,出现 a、b 相交点 ,则过交点后VT6与 VT1承受反压关断。0du,0aVTd1iii。 阶段 : 前半段内 ,cabuuu, 此时触发导通VT2,同时采用宽 脉 冲 或 双 脉 冲 方 式 触 发VT1导 通 。acduu,Ru
40、iiidaVTd1。后半段内 ,acbuuu,出现 a、c 相交点 ,则过交点后VT1与 VT2承受反压关断。0du,0aVTd1iii。 阶段 : 前半段内, VT2与VT3持续导通。bcduu,Ruidd,0aVT1ii。后半段内 ,0du,0aVTd1iii。 阶段 : 前半段内, VT3与VT4持续导通。baduu,Ruiidad,01VTi。后半段内 ,0du,0aVTd1iii。 阶段 : 前半段内, VT4与VT5持续导通。caduu,Ruiidad,01VTi。后半段内 ,0du,0aVTd1iii。 阶段 : 前半段内, VT5与VT6持续导通。cbduu,Ruidd,0aV
41、T1ii。后半段内 ,0du,0aVTd1iii。(3)总结 当o60时,负载电流将出现断续状态。当o120时 ,整流输出电压du波形全为零,因此带电阻负载时的三相桥式全控整流电路角的移相范围就是o120。3.2.2、7 三相桥式全控整流电路的定量分析(1)带电阻负载时的平均值 特点 :o60时,整流输出电压连续;oo12060时 ,整流输出电压断续。 整流电压平均值计算公式: 以du所处的线电压波形为背景 ,周期为3。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 1
42、6 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点)3cos(134. 2)(sin63112060cos34. 2)(sin63160232doo23232doUttdUUUttdUU： 输出电流平均值计算公式:RUIdd。3、7 整流电路的有源逆变工作状态3.7.1 逆变的概念3.7.1、1 什么就是逆变？为什么要逆变？(1)逆变定义 :生产实践中 ,存在着与整流过程相反的要求,即要求把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变。(3)逆变电路定义:把直流电逆变成交流电的电路。(4)有源逆变电路:将交流侧与电网连结时的逆变电路,实质就是整流电路形式。(5)
43、无源逆变电路:将交流侧不与电网连结,而直接接到负载的电路 ,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载的电路。(6)有源逆变电路的工作状态:只要满足一定条件,可控整流电路即可以工作于整流状态,也可以工作于逆变状态。3、7、1、3 逆变产生的条件(1)单相全波电路(相当发电机 )- 电动机系统(2)单相全波电路(整流状态 ) - 电动机 (电动状态 )系统 电动机处于电动运行状态, 全波电路处于整流工作状态(20), 直流输出电压0dU, 而且MdEU,才能输出电枢电流REUIMdd。 能量流向 :交流电网输出电功率,电动机输入电功率。(3)单相全波电路(有源逆变状态) - 电动机 (发
44、电回馈制动)系统 电动机处于发电回馈制动运行状态, 由于晶闸管单向导电性 , 电路内dI的方向依然不变。 这样 ,要保证电动机有电动运行变成发电回馈制动运行,必须改变ME的极性 ,同时直流输出电压dU也改变极性(0dU,2)。此时 , 必须保证dMUE,RUEIdMd,才能把电能从直流侧送到交流侧, 实现逆变。 能量流向 :电动机输出电功率,交流电网吸收电功率。 全波电路有源逆变工作状态下,为什么晶闸管触发角处于2, 仍能导通运行？答 : 主要由于全波电路有外接直流电动势ME的存在且dMUE,这就是电动机处于发电回馈制动状态时得到名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
45、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点的 ,这样能够保证系统得到很大的续流,即使晶闸管的阳极电位大部分处于交流电压为负的半周期,但就是仍能承受正向电压而导通。(4)有源逆变产生的条件 变流电路外侧要有直流电动势, 其极性必须与晶闸管的导通方向一致, 其值应大于变流电路直流侧的平均电压。 要求晶闸管的控制触发角2, 使dU为负值。第 4 章 逆变电路(1)逆变定义 :将直流电能变成交流电能。(2)有源逆变 :逆变电路的交流输出侧接在电网上。(3)无源逆变
46、 :逆变电路的交流输出侧直接与负载相连。4、 2 电压型逆变电路(1) 逆变电路分类:根据直流侧电源性质可以分为电压(源 )型逆变电路与电流(源 )型逆变电路。(2)电压 (源)型逆变电路VSI: 直流侧为电压源。(3)电流 (源)型逆变电路CSI:直流侧为电流源。(4)电压型逆变电路举例: 直流侧为电压源,或并联有大电容。直流侧电压基本无脉动 ,直流回路呈低阻抗。 由于直流电压源的钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波 ,并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形与相位因负载阻抗情况的不同而不同。 当交流侧为阻感负载时,需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。 图中逆变桥各臂都并联反
47、馈二极管,为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道。4.2.1 单相电压型逆变电路4、2、1、1 半桥逆变电路(1)电路原理图 由两个桥臂组成,其中每个桥臂均包含一个可控器件与一个反并联二极管。 直流输入侧接有两个相互串联的足够大的电容,两个电容的连接点为直流电源的中点。 负载连接在直流电源中点与两个桥臂连接点之间。(2)栅极驱动信号 开关器件V1 与 V2 的栅极信号在一个周期内半周正偏,半周反偏 ,且二者互补。20t:V1 栅极高电平 ,V2 栅极低电平。42 tt:V2 栅极高电平 ,V1栅极低电平。64 tt:V1 栅极高电平 ,V2 栅极低电平。(3)电压与电流波形图20t:V1
48、栅极高电平,V2 栅极低电平,因此V1 为通态,V2为断态 ,则负载电压2/dmoUUu。2t时刻 :V1 开始关断 ,但感性负载中的电流oi不能立即改变方向 ,于就是VD2 导通续流 (称为续流二极管),则负载电压2/dmoUUu。直到3t时刻oi降为零时 ,VD2 截止 ,V2开始导通,负载电压仍为2/dmoUUu,oi反向。 其她时刻同理。(4)有功功率与无功功率 当 V1或 V2 为通态时 ,负载电流与电压同方向,直流侧向负载提供能量。 当 VD1 或 VD2 为通态时 ,负载电流与电压反向,则负载电感中储存的能量向直流侧反馈,即负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧,反馈回的能量暂时
49、储存在直流侧电容中,直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。(5)应用说明 上述电路中开关器件若为晶闸管,则需要使用强迫换流电路。 半桥逆变电路优点就是结构简单,使用器件少 ,但缺点就是输出交流电压幅值仅为2/dU,且直流侧需要两个电容器串联。 半桥逆变电路常使用在几千瓦以下的小功率逆变电源中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - 电力电子技术王兆安复习重点4、2、1、2 全桥逆变电路4.2.2 三相电压型逆变电路
50、4、2、2、1 三相电压型桥式逆变电路(1)电路图 开关器件为IGBT 。 直流侧由两个电容器组成,电压中点为N。 直流电压为dU,因此“ +”电压为2/dU,“”电压为2/dU。 负载侧中点为N。(2)工作方式 (o180导电方式 ) 每个桥臂 (上或下 )的导电角度为o180, 同一相上下两个桥臂交替导电, 各相开始导电的角度依次相差o120。oo600oo12060oo180120oo240180oo300240oo360300V1V1V1V4V4V4V6V6V3V3V3V6V5V2V2V2V5V5 任一瞬间 ,将有三个桥臂同时导通,可能就是上面一个桥臂下面两个桥臂,也可能就是上面两个桥