電力電子技術(shù)重點王兆安第五版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 (1)主電路：指能夠直接承擔(dān)電能變換 (2)電力電子器件：指應(yīng)用于主電路中，3電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理(1)一般由主電路、控制電路、檢測電 (2)檢測主電路中的信號并送入控制電 (3)控制信號通過驅(qū)動電路去控制主電 (4)同時，在主電路和控制電路中附加一些保護電路，以保證系統(tǒng)正?？煽窟\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(2)全控型器件：通過控制信號既可以 制其通斷的電力電子器件。如電力二極據(jù)驅(qū)動信號的性質(zhì)分類(1)電流型器件：通過從控制端注入或電力電子技術(shù)重點王兆安第五版抽出電流的方式來實現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電(2)電壓型器件：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現(xiàn)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 (2)雙極型器件：由電子和空穴兩種載 (3)復(fù)合型器件：有單極型器件和雙極(1)當(dāng)AK間加正向電壓E，晶閘管不能A(2)當(dāng)GK間加正向電壓E，NPN晶體管G基極存在驅(qū)動電流I，NPN晶體管導(dǎo)通，G產(chǎn)生集電極電流I。c2(3)集電極電流I構(gòu)成PNP的基極驅(qū)動電極電流I。(4)I與I構(gòu)成NPN的驅(qū)動電流，繼續(xù)c1G2.3.1.4.3晶閘管是半控型器件的原因(1)晶閘管導(dǎo)通后撤掉外部門極電流I，G極電流I供給，電流已經(jīng)形成強烈正反(2)因此，晶閘管的門極電流只能觸發(fā)2.3.1.4.4晶閘管的關(guān)斷工作原理(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2.3.2.1.1晶閘管正常工作時的靜態(tài)特(1)當(dāng)晶閘管承受反向電壓時，不論門電力電子技術(shù)重點王兆安第五版(2)當(dāng)晶閘管承受正向電壓時，僅在門 (3)晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制 (4)若要使已導(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 (1)當(dāng)GTO承受反向電壓時，不論門極(2)當(dāng)GTO承受正向電壓時，僅在門極 (4)通過AK間施加反向電壓同樣可以保2.4.3電力場效應(yīng)晶體管MOSFET (3)當(dāng)U大于某一電壓值U時，柵極下GST(3)復(fù)合型器件：將上述兩者器件相互電力電子技術(shù)重點王兆安第五版(4)絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種復(fù)合(1)IGBT是三端器件，具有柵極G、集 (1)整流電路定義：將交流電能變成直3.1.1單相半波可控整流電路3.1.1.3電力電子電路的基本特點及分析方法 (1)電力電子器件為非線性特性，因此 (2)電力電子器件通常工作于通態(tài)或斷3.1.2單相橋式全控整流電路((4)觸發(fā)角a：(1)單相橋式全控(7)幾個定義ddu正半周內(nèi)出現(xiàn)，因此稱“半波”整流。2整流電路帶電阻負(fù)載時的原理圖①由4個晶閘管(VT~VT)組成單相橋4②VT1和423VT組成一對橋臂，VT和②VT1和423d2d2VT2VT32④④(+a)~2：VT和VT承受正向電壓，因此可23VT~VT未觸發(fā)導(dǎo)通，呈現(xiàn)斷態(tài)，14則ud=0、id=0、i2=0。u=u=u。VT1VT4232ud=u2，i2=id32ud=u2，i2=id。(3)全波整流在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電(4)直流輸出電壓平均值(5)負(fù)載直流電流平均值②a~：在a角度時，給VT1和VT4加觸發(fā)1通，4u=u=0。4VT1VT414d22du=u，id22d③~(+a)：③Id==R22=0.9R22(6)晶閘管參數(shù)計算①Id==R22=0.9R22(6)晶閘管參數(shù)計算①承受最大正向電壓：(2U2)214214VT1VT42223此ud=0、id=0、i2=0。u=uu=u=0，u=u，i=i=i，角度時，給IdVT=2Id=0.45R22。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(2)單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流不能突142但因大電感的存在使VT和但因大電感的存在使VT和VT持VT1VT4d2VT1,4d2V③(+a)~2：idid在(+a)①a~：在a角度時，給VT和VT加觸發(fā)141uVT1VT4441d2i23VTi23VT②~(+a)：②VT和VT加觸發(fā)脈沖，此時b點23u=u=0。VT2VT3VT231VTVT2VT3VT1,42d2但因大電感的存在使VT和VT持23u23.1.2.3帶反電動勢負(fù)載時的工作情況4VTVT承受反向電壓而關(guān)斷i4VT14u=u。VT1,42223d2d2VT2,3d2④④①當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動機的電樞 (忽略其中的電感)等時，負(fù)載可看成一況下，負(fù)載電壓ud最低為電動勢E。②負(fù)載側(cè)只有u瞬時值的絕對值大于反2(2)單相橋式全控整流電路帶反電動勢在a角1VT2,3d2VT1,41明VT和VT承受正向電壓，因此(4)觸發(fā)角的移相范圍(4)觸發(fā)角的移相范圍(5)晶閘管承受電壓：正向：2U；反2VT已經(jīng)開始承受反向電壓關(guān)斷。423dddd((1)單相橋式全控整流電路帶反電動勢③12121232二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓③(1)三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載34電力電子技術(shù)重點王兆安第五版所對應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的23i=d。2323da3.2三相可控整流電路3.2.1三相半波可控整流電路31db3.2.1.1電阻負(fù)載12(2)三相半波不可控整流電路帶電阻負(fù)將上面原理圖中的三個晶閘管換成不123的相電壓中哪一個的值最大，則該相11VT122232233VT231(3)三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時的波形圖((3)三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時的波形圖(a=0o)通的最早時刻(即開始承受正向電壓)，該時刻為各晶閘管觸發(fā)角a的起點，即121VT反壓關(guān)斷。3ud=ua，3ud=ua，iVT1=id=。 ②定義：t時刻為自然換向點后30②2時刻觸發(fā)導(dǎo)通，u=0，而VT和VT①t1~(t1+90o)：1在t時刻(即a=30o)時開始觸發(fā)導(dǎo)通，1u=0VT123334ud=ua，iVT1=id=。②VT312反壓關(guān)斷。2222電力電子技術(shù)重點王兆安第五版211211123uVT2=0，這樣VT1開始承受反壓而關(guān)a相電壓過零變負(fù)(ua0)，而使VT123423342③t~t及t~2334233VT2u=0VT2(6)三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載同觸發(fā)角工作時的情況總結(jié)(5)三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時的波形圖(a=60o)定義：t時刻為自然換向點后60o，t和2t時刻依次間距120o。3①t1~(t1+90o)：電力電子技術(shù)重點王兆安第五版③當(dāng)a>30o時，負(fù)載電流處于斷續(xù)狀態(tài)，④結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電Ud最小為0，因此晶閘管最大正向電壓U=2U。FM22.2.1.2阻感負(fù)載中經(jīng)歷了負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)的工作過(7)數(shù)值計算①a30o時，整流電壓平均值(負(fù)載電流①當(dāng)阻感負(fù)載中的電感值很大時，整流獲得的電流id波形基本是平直的，即流過d2+ad2+a②②當(dāng)a30o時，整流電壓波形與電阻負(fù)載Udd2②a>30o時，整流電壓平均值(負(fù)載電流 (2)三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載3Uddd22U=23U=6U=2.45U①t~tRM2223次t時(1)由(1)由6只晶閘電力電子技術(shù)重點王兆安第五版d④d④結(jié)合上述分析，三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載時a角的移相范圍為90o。(4)數(shù)值計算①整流電壓平均值(負(fù)載電流始終連1ud=ua，ia=id=Id，ib=ic=0，uVT1=0。②t~t：23當(dāng)t時刻，b相電壓最高，同時觸發(fā)2U=U=23U=U=23U=6U=2.45UFMRM2223.2.2三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路原理圖：ud=ub，ib=id=Id，ia=ic=0，uVT1=uab。③t~t：34工作過程與上述相同。ud=uc，ic=id=Id，ia=ib=0，uVT1=uac。(3)三相半波可控整流電路帶阻感負(fù)載同觸發(fā)角工作時的情況總結(jié)135462 (4)晶閘管的導(dǎo)通順序：VT、VT、VT、123456ud=uab，iVT1ud=uab，iVT1=，uVT1=0。ud=uac，iVT1=，uVT1=0。ud=ubc，iVT1=u，uVT1=uab。ud=uba，iVT1=u，uVT1=uab。ud=uca，iVT1=，uVT1=uac。uud=ucb，iVT1=，uVT1=uac。(a=0o)(1)基本說明②將t時刻(自然換向點)后的一個電1(2)波形圖分析161234電力電子技術(shù)重點王兆安第五版((3)總結(jié)陽極所接交流電壓值最高的一個導(dǎo)陰極所接交流電壓值最低的一個導(dǎo)12345613524624636523652(a=30o)(1)基本說明1(2)波形圖分析1IVTVT導(dǎo)11IVTVT導(dǎo)12d(a=60o)(1)波形圖分析IVTVT導(dǎo)23分析過程同階段分析過程同階段分析過程同階段56①與a=0o時相比，晶閘管起始導(dǎo)通時刻①與a=0o時相比，晶閘管起始導(dǎo)通時刻②VT處于通態(tài)的120o期間，變壓器二次同時段的波形相同，但為負(fù)值。分析過程同階段分析過程同階段電力電子技術(shù)重點王兆安第五版電力電子技術(shù)重點王兆安第五版VT已經(jīng)導(dǎo)通，此時觸發(fā)6126ud=uab，uVT1=0。2ud=uac，uVT1=0。23ud=ubc，uVT1=uab。34ud=uba，uVT1=uab。45ud=uca，uVT1=uac。56ud=ucb，uVT1=uac。(2)總結(jié)id=iVT1id=iVT1=ia=。daRVT1前半段內(nèi)，ub>ua>uc，此時觸發(fā)導(dǎo)通i=d，i=i=0。i電力電子技術(shù)重點王兆安第五版(a=90o)(1)a60o時整流電路觸發(fā)脈沖要求②方法一：采用寬脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)脈沖的寬度大于60o，一般取80o~100o。③方法二：采用雙脈沖觸發(fā)，即在觸發(fā)為20o~30o。(2)波形圖分析前半段內(nèi)，ua>ub>uc，通過以往經(jīng)驗61u61udud=0，id=iVT1=ia=0。12udud=0，id=iVT1=ia=0。udRVTaud=，ud=，id=iVT1=ia=0。u后半段內(nèi)，ud=0后半段內(nèi)，ud=0，(3)總結(jié)①當(dāng)a>60o時，負(fù)載電流將出現(xiàn)斷續(xù)狀流電路a角的移相范圍是120o。3.2.2.7三相橋式全控整流電路的定量分析(1)帶電阻負(fù)載時的平均值3通電力電子技術(shù)重點王兆安第五版。VT后半段內(nèi)，dVT1a55uVT持續(xù)導(dǎo)6R②整流電壓平均值計算公式：以3l33.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7.1逆變的概念(1)逆變定義：生產(chǎn)實踐中，存在著與變成交流電，這種對應(yīng)于整流的逆向過電力電子技術(shù)重點王兆安第五版 (3)逆變電路定義：把直流電逆變成交 (4)有源逆變電路：將交流側(cè)和電網(wǎng)連(5)無源逆變電路：將交流側(cè)不與電網(wǎng)UdUdEM電樞電②能量流向：交流電網(wǎng)輸出電功率，電 (3)單相全波電路(有源逆變狀態(tài))-電動機(發(fā)電回饋制動)系統(tǒng)電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電(6)有源逆變電路的工作狀態(tài)：只要滿3.7.1.3逆變產(chǎn)生的條件(1)單相全波電路(相當(dāng)發(fā)電機)-電①電動機處(2)單相全波電路(整流狀態(tài))-電動機(電動狀態(tài))系統(tǒng)電路內(nèi)Id的方向依然不變。②這樣，要保證電動機有電動運行變成發(fā)①電動機處于電動運行狀態(tài)，全波電路①電動機處于電動運行狀態(tài)，全波電路M時直流輸出電壓Ud處于整流工作狀態(tài)(0<a<)，直流輸出時直流輸出電壓Ud2也改變極性(dd電力電子技術(shù)重點王兆安第五版2④能量流向：電動機輸出電功率，交流⑤全波電路有源逆變工作狀態(tài)下，為什2(3)無源逆變：逆變電路的交流輸出側(cè)EEMUd4.2電壓型逆變電路EEMUd(2)電壓(源)型逆變電路VSI：直流側(cè)M (4)有源逆變產(chǎn)生的條件①變流電路外側(cè)要有直流電動勢，其極(1)逆變定義：將直流電能變成交流電型逆變電路CSI：(4)電壓型逆變電路舉例：②由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)2V柵極1V柵極24.2.1.1半橋逆變電路(1)電路原理圖①由兩個橋臂組成，其中每個橋臂均包電力電子技術(shù)重點王兆安第五版③當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時，需要提供無④圖中逆變橋各臂都并聯(lián)反饋二極管，為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量4.2.1單相電壓型逆變電路②直流輸入側(cè)接有兩個相互串聯(lián)的足夠③負(fù)載連接在直流電源中點和兩個橋臂(2)柵極驅(qū)動信號122122122421(3)電壓與電流波形圖2uo=Um=Ud/2。11續(xù)流(稱為續(xù)流二極管)，則負(fù)載電壓uo=Um=Ud/2。直到t3時刻io降為零時，VD截止，V開始導(dǎo)通，負(fù)載電壓仍為22uo=Um=Ud/2，io反向。(4)有功功率與無功功率12電力電子技術(shù)重點王兆安第五版12(5)應(yīng)用說明①上述電路中開關(guān)器件若為晶閘管，則②半橋逆變電路優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用③半橋逆變電路常使用在幾千瓦以下的4.2.2三相電壓型逆變電路(2)工作方式(180o導(dǎo)電方式)①每個橋臂(上或下)的導(dǎo)電角度為180o，oVVVV55555②任一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通，能是上面兩個橋臂下面一個橋臂同時導(dǎo)③每一次換流都是在同一相上下兩個橋4.2.2.14.2.2.1三相電壓型橋式逆變電路(1)電路圖②直流側(cè)由兩個電容器組成，電壓中點為N。(3)負(fù)載線電壓波形其中，其中，UNN,為負(fù)載中點N與直流電源中點N,(4)負(fù)載相電壓及中點電壓波形(4)負(fù)載相電壓及中點電壓波形|UWN=UWN,UNN,電力電子技術(shù)重點王兆安第五版②uUN,、uVN,、uWN,相位依次相差120o。|UWU=UWN,UUN,Udo。4.3電流型逆變電路 (1)定義：直流電源為電流源的逆變電(2)電流型三相橋式逆變電路：(3)電將上式相加：流型逆①直流側(cè)串聯(lián)大電感，相當(dāng)于電流源。路中UUN+UVN+UWN=UUN,+UVN,+UWN,路中②,,②,,,UNN=UNN=3(UUN+UVN+UWN,)3(UUN+UVN+UWN)UUN+UVN+UWN=0UNNUNN,=3(UUN,+UVN,+UWN,)|UWN=UWN,UNN,波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同而③當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功電力電子技術(shù)重點王兆安第五版功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作 (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) (2)常見的直流-直流變流電路為直流斬 (3)基本直流斬波電路為：降壓斬波電5.1.1降壓斬波電路5.1.1.1電路原理圖向負(fù)載供電，負(fù)載電壓Uo=E，由于電感(4)當(dāng)負(fù)載電感值較大時，負(fù)載電流連5.1.1.3公式T(1)負(fù)載電壓平均值：Uo=tonE=aE，其T中a(1)包含全(1)包含全控型器件V，由IGBT組成?？?。(3)負(fù)載：直流電動機，兩端呈現(xiàn)反電動勢E。m(4)分析前提：假設(shè)負(fù)載中電感值很大，5.1.1.2工作原理分析(2)電感L極大時，負(fù)載電流平均值：I=Uo一Em。計算題：例5-1o