电力电子作业.docx
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电力电子作业
作业1
指出常用器件可达的功率与频率能力
SCR,GTO,IGBT,MOSFET,
功率能力:
SCR(10MW)>GTO(MW)>IGBT(百KW)>MOSFET(10KW)
频率能力:
MOSFT(百KHz)>IGBT(10KHz)>GTO(1KHz)>SCR(几百Hz)
一SCR需承受电流平均值100A,电压峰值300V,选择其电流电压定额
电压定额UTIT(AV):
2*300V=600V电流定额IT(AV):
*100A=150A
简述SCR正常导通条件,非正常导通条件
正压,门极触发;过压,过电压上升率,过温
1,4简述变流器件常用工作状态与损耗种类.
工作状态:
通态、断态、开关状态
损耗种类:
稳态损耗:
通态损耗、断态损耗
动态损耗:
开通损耗、关断损耗
作业2
简述器件驱动信号基本要求
足够的幅度、陡度、宽度
及良好的可靠性、抗扰性、电气隔离性。
简述MOSFET、IGBT常用开通与关断正压.
MOSFET常用开通电压为10~15V,关断电压为-5~-15V
IGBT常用开通电压为15~20v,关断电压为-5~-15V
SCR器件串联并联有何作用,有何问题,如何解决
增大电压电流容量;均压均流;选择件同参,并均压电阻,串均流电抗
简述变流设备常用过压过流保护装置、元件。
过压保护装置、元件:
避雷器、缓冲电路、RC过电压抑制电路、反阻断式RC电路、雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管等。
过流保护装置、元件:
快速熔断器、直流快速断路器、过电流继电器
思考判断题1
开关器件
主要工作在开关状态,关断比导通容易(-),断态损耗比通态损耗大(-).高频时开关损耗比通态损耗大(+).
按容量能力是SCR>FET>IGBT(-);
按频率能力比较是SCR SCR,FET为电流驱动(-),IGBT为电压驱动(+). 器件串联目的是增大电压容量(+),问题是均流(-)。 晶闸管 正常导通条件是: 正压(+)、阳极加触发(-)、阳极电流足够小(-),导通后不再需要触发(+)。 过热会误导通(+),不过压不过热则不会误导通(-) 保护 开关器件常串联RC(D)电路用于开关缓冲(-) 线路并压敏电阻可防变流设备过流(-);线路串熔断器可防过压(-)。 作业3 单相全控桥: U2=220V,R=5Ω,a=60? (1)画ud,id,i2;计算Ud,Id Ud=[cosα+1]/2=*220*(cos60? +1)/2= Id=Ud/R=5Ω= (2)加串大L,画ud,id,i2;计算Ud,Id,I2。 Ud=*220cosα=*220*cos60? =99V; Id=Ud/R=99V/5Ω= (3)接 (2): Idm=50A,选管电压电流定额。 电流定额IT(AV)=*Idm/2=*50/2A= 电压定额UT=2*√2*U2=2**220=; (1) (2) 三相全控桥U2=110V,L极大,Rx=Ω,R=Ω (1)画等效电路 (2)α=60°,反电势Em=100V,求: (a)Id,Ud,γ*;输出功率P;功率因数.(b)画ud,id Udα=*U2cosα=*110*cos60? =; Id=(Udα-Em)/(Rx+R)=/+A= Ud=Udα-Rx*Id=(3)α=120°,反电势Em=-140V,求: (a)Id,Ud,γ*;输出P,功率因数λ;(b)画ud,id Udα=*U2cosα=*110*cos120? =; Id=(Udα-Em)/(Rx+R)=(-140))/+A= Ud=Udα-Rx*Id=(4)Idm=100A,选管电压电流定额 电流定额IT(AV)=*Idm/3=*100/3A=50A 电压定额UT=2*√6*U2=2**110=; 整流电路测试题 ◇整流电路控制角α越小则Ud越高(+);α越近90°功率因数越高(-)。 Ud数值越高,功率因数越低(-). ◇负载串电感可减小电流脉动(+),输出电压会升高(-). ◇整流器RLE负载时Ud=Udmcosα(-),α有效范围为0—90度(-). ◇整流器电流断续时,则输出电压Ud降低(-)。 ◇整流器交流侧电感使换流减慢(+),等效为有功耗内阻(-),使输出电压升高(-)。 ◇*单相全波整流谐波直流侧是2倍次(+),交流侧是偶次(-)。 三相全波整流直流侧是6k±1次(+),交流侧是奇非3次(+)。 ◇移相多重整流器可减小谐波(+);程控多重整流器可提高功率因数(+)。 ◇有源逆变将直流电变为交流电(+),直接驱动交流负载(-)。 ◇逆变失败指由于换相失败,Ud降低使Id降低(-)。 作业4 .1电力电子器件有哪几种换流方式? 晶闸管在整流、斩波与逆变电路中是何种换流 换流方式: 器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流 晶闸管在整流电路中是电网换流,在斩波电路中是负载与强迫换流,在逆变电路中是负载与强迫换流 .2电压型与电流型逆变电路各有何特点? 电压型逆变电路主要特点: 开关器件少,但需电容;输出自动平衡, 无直流分量;输出电压(电源利用率)低;不能输出0压调有效值 电流型逆变电路主要特点: 直流侧串大电感,近电流源,电流平 稳;交流侧: 电流为矩形波,容性负载电压近正弦波;负载无 功由负电压反馈到直流侧,由电感缓冲,不需逆导二极管. .3单相电压与电流型逆变器分别驱动 感性容性负载,画交流电压电流uo,io .4画三相电压型逆变器负载线相电压波形 标出输出线相基波电压有效值。 ---UL1=,UP1= .5多重多电平逆变电路有何作用? 改进输出电压电流波形,减小谐波 自测 有源逆变交流侧是交流电源(+), 无源逆变交流侧是电机(-). 三相电压型逆变器负载电压是阶梯波(+),负载负功以负电压回馈(-),开关器件要反并二极管(+)。 三相电流型逆变器负载电压是矩形波(-),负载负功以负电压回馈(+),开关器件要反并二极管(-)。 感性负载时可对晶闸管开关作负载换流(-) 斩波器作业(电力电子作业5) 画降压、升压斩波器电路图,标出αβ期间电流流向。 降压斩波器电路图降压斩波器电路图 降压斩波器E=36V,R=Ω,L有限(无电容波波) (1)α=,反电势Em=20V,电流io连续.计算Uo,Io. 解: Uo=αE=*36V=,Io=(Uo-Em)/R=/= (2)α=,Em升到,造成断流比δ=,画uo,io波形;计算Uo,Io。 如图: Uo=αE+δEm=*36+*V= Io=(Uo-Em)/R=如降压斩波器E=36V,L=15mH,f=1KHz,求最大电流脉动ΔIm。 解: ΔIm=E/(8fL)=36/(8*1*15)A= 升压斩波器E=36V,驱动R并C负载,α=,电流iL平稳.计算输出电压Uo. 解: Uo=E/(1-α)=36/()V=45V 桥式四象限斩波器已知α1=2/3,负载Io=0. 画uo,io波形,标出io各阶段导通的器件(V/D) 斩波器自测试题 1降压斩波器输出io连续时,Uo=α*E(+); 断续时Uo降低(-). 2斩波器电流脉动与开关频率成正比(-);α=1时最大(-). 3升压斩波器iL连续时,Uo=β*E(-); iL断续时电路不能工作(-). 4α增大时,降压斩波器输出电压增大(+),而升压斩波器输出减小(-). 5触发V反并D的桥臂时,V不一定导通(-),该桥臂不一定导通(-). 6二或四象限斩波器输出电流一定连续(+)。 712V蓄电池驱动30个LED,应用降压斩波器(-). 8直流300V驱动30个LED,应用升压斩波器(-). 作业6 单相交流220V调压电路 (1)负载R=10Ω,α=60o、90o a求输出功率与电压、电流有效值 解: α=60o时,α=90o时, P=80%*Ui2/R=*2202/10W=;P=50%*Ui2/R=*2202/10W= U=√*Ui=*220V=;U=√*Ui=*220V= I=U/R=10A=;I=U/R=10A= b用万用表测量值为I=17、12A,为什么? 电流非正弦,测不准 (2)负载5+j5Ω,按最大功率选择双向 晶闸管电压电流。 解: Im=Ui/√(52+52)=220/√(52+52)= 管电流Iv=(2~3)*=60-90A 管电压Uv=(2~3)*311V=600-900V .2画晶闸管交流分档调压主电路 解: 如右图 交交变流自测题 1交流调压电路α越大: 输出功率越大(-);功率因数越低(+)。 2交流调压电路,RL负载电流谐波低于R负载(+)。 3三相Y/Y交流调压中,3相导通时负载电压为电源相电压(+);2相导通时为电源线电压(-)。 4交流调功与调压主电路相同(+),控制电路也相同(-)。 5调压电路响应快(+)。 调功电路适于小惯性负载(-)。 6整流式交交变频输出频率低(+),主要用于大容量(+)、高速交流电机(-)调速。 7教室常用风扇无级调速器是何种变流电路_调压_;还可用何种变流电路: __调功__。 作业7 1PWM含义是: 脉冲脉宽调制,基本原理是_冲量面积等效原理__。 2简画载波调制的SPWM电压和感性负载电流的频谱. 电压频谱: 电流频谱: 3 (1)写出空间合成向量电压方程、磁链控制方程。 (2)设ABC为3、11、7点钟方向,画u1-u8; (3)如Ψ为9点钟方向顺时钟转,求驱动电压向量及导通开关。 解: (1)空间合成向量电压方程: es=us-isR 磁链控制方程: ΔΨs=us`Tc (2)如图 (3)按Ψ转向超前90度建u参考轴, 用u轴前后电压向量控制Ψ运动。 如图: 驱动电压向量为u3时Ψ正转增磁, 导通开关为234; 驱动电压向量为u2时Ψ正转减磁, 导通开关为123。 4 (1)画电流闭环单相全桥PWM整流系统结构 (2)Δi过大/过小时,uAB=? /? 解: (1)如下图: (2)Δi过大时,uAB=-Ud Δi过小时,uAB=+Ud PWM自测题 PWM含义是: 脉冲脉宽调制,基本原理是_冲量面积等效原理_。 PWM可模拟任意高/低频调幅波,同时伴有高/低频谐波 SPWM电压波高频谐波是大/小幅值,感性负载电流高频谐波是大/小幅值 滞环控制电流PWM跟踪: 电路复杂/简单;响应快/慢;谐波分布宽/窄 空间向量控制: 开关损耗大/小,输出电压高/低。 PWM整流电路: 有升/降压斩波特性,输出Ud>交流峰值电压 网侧电流可控制为网频基波/谐波,可控制为有功/无功。 8软开关作业 .1简述变流装置高频化优点、问题、解决方法。 小型化;开关损耗、电磁干扰增大;软开关技术 .2简述理想软开关过程与特点。 0压导通0流关断;开通和关断0损耗0噪声 .3简述常用软开关过程与特点。 0压导通0压关断;导通0损耗0噪声;关断小损耗小噪声 自测 变流设备高频化可小型化(+),但响应变慢(-)。 理想软开关过程是: 0流关断(+),0流(-)导通。 常用0压软开关电路中开关器件并C(+),实现0流导通(-); 反并D并结合LC等电路(+),实现0压关断(-)。 10作业电力电子应用 (1)画单相整流UI双闭环PFC电路 (2)如iL过小,开关V应,UV=? 解: (1)如下图 (2)如iL过小,开关应导通,UV=0 .2画PWM电流环SVC主电路 .3画PWM电流环APF主电路 自测题 .1变频器与UPS各为何种变流组合? 输出电压与频率各有何特点? 答: 变频器变流组合为交-直-交变流,特点变压变频(VVVF) UPS变流组合为交-直-交变流,特点恒压恒频(CVCF) .2开关电源是何种组合变流? 答: 开关电源变流组合为交-直-交-直变流
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