电力电子 谭久刚.docx
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电力电子谭久刚
第1讲:
绪论
1什么是电力电子技术
2电力电子技术发展概况
3电力电子技术的应用
4课程内容、任务及要求
第1章电力电子器件
1.1电力电子器件概述
讲述电力电子器件的特征、发展以及分类
1.2电力二极管
1.PN结与电力二极管的工作原理
2.电力二极管的基本特征
重点掌握动态特性的关断特性和开通特性
3.电力二极管的主要参数
4.快速恢复二极管
第2讲:
1.3晶闸管
1.晶闸管的结构与工作原理
PNPN四层三端结构
重点掌握晶闸管的开通、关断条件
2.晶闸管的基本特征
静态特性和门极伏安特性,重点掌握动态特性的开通和关断过程
3.晶闸管的主要参数
(1)电压定额
(2)电流定额选取SCR电流额定值时,依有效值相等的原则选取
(3)动态参数di/dt,dv/dt
(4)门极参数
4.晶闸管的派生器件
第3讲:
1.4典型全控型器件
1.门极可关断晶闸管GTO
重点掌握与普通晶闸管设计的不同――全控型器件
动态特性注意关端过程的储存时间
最大可关端阳极电流
电流关断增益
2.电力晶体管GTR
采用达林顿接法――大容量
二次击穿问题
3.电力场效应晶体管MOSFET
用栅极电压来控制漏极电流
垂直导电机制
体内反并联二极管
栅源电压大于20V将导致绝缘层击穿,并联15V稳压管保护
4.绝缘栅双极晶体管IGBT
体内寄生PNP晶体管带来电导调制机制
擎住效应(动态、静态)
1.6电力电子器件的驱动
分为电流型和电压型器件的驱动
晶闸管触发电路的要求
电力MOSFET的驱动电路
1.7电力电子器件的保护
1.过电压保护
2.过电流保护
3.缓冲电路(吸收电路)
第4讲:
第2章整流电路
本章强调波形分析方法
2.1单相可控整流电路
2.1.1单相半波可控整流电路
存在直流磁化问题,很少应用
1.阻性负载
电路工作原理与工作波形
数量关系(Ud、Id、IVT)
2.阻感负载
理解关键:
电感对电流变化有抗拒作用
电路工作原理与工作波形
电路特点
3.带续流二极管时工作情况
2.1.2单相桥式全控整流电路
1.阻性负载
2.阻感性负载
3.反电动势负载
电路特点
注意停止导电角概念
2.1.3单相全波可控整流电路
注意与单相桥式全控整流电路的不同点
2.1.4单相桥式半控整流电路
带续流二极管工作,否则会发生失控现象,相当于单相半波不可控电路
第5讲:
2.2三相可控整流电路
2.2.1三相半波可控整流电路
存在直流磁化问题,输出电压波形一周期脉动3次
1.阻性负载
(1)原理分析与工作波形
注意自然换向点,
=30º
(2)数量关系
移相范围150º,
>30º,输出电压、电流断续
2.阻感负载
(1)原理分析与工作波形
由于存在电感,使输出电流连续,输出电压出现负值
(2)数量关系
移相范围90º
第6讲:
2.2.2三相桥式全控整流电路
不存在直流磁化问题,输出电压波形一周期脉动6次
特别注意:
输出电压在线电压波形上
注意管子排列序号
自然换向点在线电压60º处
1.阻性负载
(1)
=0º、
=30º、
=60º工作波形
(2)同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲
宽脉冲触发
双窄脉冲触发
(3)重要分析结论
(4)数量关系
2.阻感负载
(1)原理分析与工作波形
由于存在电感,使输出电流连续,输出电压出现负值
(2)数量关系
移相范围90º
第7讲:
2.3变压器漏抗对整流电路的影响
1.换向重叠现象
2.换向压降
3.换向重叠角的计算
2.5整流电路的谐波和功率因数
2.5.1谐波和无功功率分析基础
1.谐波分析的基础
2.功率因数的基本概念
2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析
讲述单相桥式
第8讲:
2.5.3整流输出电压和电流的谐波分析
结论:
含有m的倍数次谐波
随谐波次数增加,谐波幅值下降
增加m,可使谐波含量减少
2.6大功率可控整流电路
2.6.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路
1.电路形式
2.平衡电抗器的作用及电路工作原理
3.输出电压波形及其平均值
4.关于平衡电抗器数值的选取
5.结论
第9讲:
整流电路的有源逆变工作状态
2.7.1逆变的概念
1.什么是逆变?
为什么要逆变?
2.直流发电机——电动机系统电能的流转
3.有源逆变产生的条件及逆变工作原理
2.7.2三相有源逆变电路
自然换相点同整流一样,只是在负半周
>90º,输出电压为负值,工作于逆变状态
1.三相半波逆变工作原理
2.三相桥式逆变工作原理
从自然换相点向左数
角度,画输出电压波形
第10讲:
2.7.3逆变失败及最小逆变角限制
1.何为逆变失败?
原因?
脉冲丢失、脉冲延迟
晶闸管发生故障
交流电源异常
换向裕量角不足
2.最小逆变角的限制
2.8晶闸管直流电动机系统
2.8.1工作于整流状态时
1.负载电流连续时电动机的机械特性
2.负载电流断续时电动机的机械特性
2.8.2工作于逆变状态时
3.负载电流连续时电动机的机械特性
4.负载电流断续时电动机的机械特性
第11讲:
2.8.3直流可逆电力拖动系统
两组变流器的反并联可逆电路
每组变流器都有2种工作状态——整流和逆变
正反两组有4种工作状态——电动机4象限运行
2.9相控电路的驱动控制
2.9.1同步信号为锯齿波的触发电路
1.同步环节
2.锯齿波形成环节
3.移相控制环节
第12讲:
4.脉冲形成与放大环节
5.强触发与隔离输出环节
6.双窄脉冲形成环节
7.脉冲封锁环节
2.9.3触发电路的定相
同步电压滞后于主电路电压180º,即满足晶闸管对同步的要求
确定整流变压器和同步变压器的接法,即可选定每一晶闸管的同步信号
第13讲:
第3章直流斩波电路
3.1基本斩波电路
3.1.1降压斩波电路
1.电路拓扑
2.工作原理分析
3.三种控制方式
4.电路解析,注意使电流连续的最小电感值
3.1.2升压斩波电路
1.电路拓扑
2.工作原理分析
3.升压斩波电路的典型应用
3.1.3升降压斩波电路和CuK斩波电路
此两种电路输出与输入电压极性相反
1.Boost-Buck电路
稳态时,电感电压在一周期的平均值为零
2.CUK斩波电路
稳态时,电容电流在一周期的平均值为零
第14讲:
3.2复合斩波电路和多相多重斩波电路
3.2.1电流可逆斩波电路
1.V1和VD1构成降压斩波器
2.V2和VD2构成升压斩波器
3.两斩波器交替工作
3.2.2桥式可逆斩波电路
视为两个电流可逆斩波电路的组合
3.2.3多相多重斩波电路
注意相数和重数的概念
习题课:
讲解第1、2章作业
第15讲:
实验1
第16讲:
实验2
第17讲:
实验3
第18讲:
第4章交流电力控制和交交变频电路
4.1交流调压电路
4.1.1单相交流调压电路
1.阻性负载
2.阻感负载
负载电流分解为稳态分量和暂态分量,得出结论:
时,
;
时,
3.斩控式交流调压电路
4.1.2三相交流调压电路
相当于3个单相交流调压电路的组合
6只晶闸管触发顺序,脉冲间隔60º
画
º时a相负载电压波形
第19讲:
4.2其它交流电力控制电路
4.2.1交流调功电路
4.2.2交流电力电子开关
4.3交交变频电路
4.3.1单相交交变频电路
1.电路构成和基本工作原理
2.整流与逆变工作状态
由i0决定哪组晶闸管工作
由io和u0方向决定整流或逆变
第20讲:
3.输出正弦波电压的调制方法
注意余弦交点法求交点法的基本公式
4.输入输出特性
输出上限频率
输入功率因数
4.3.2三相交交变频电路
1.三相交交变频电路的主电路联结方式
公共交流母线进线方式
输出星形联结方式
2.输入输出特性
输出上限频率和输出电压谐波
输入电流谐波
输入功率因数
第21讲:
第5章逆变电路
5.1换流方式
5.1.1逆变电路的基本工作原理
5.1.2换流方式分类
器件换流
电网换流
负载换流
强迫换流
5.2电压型逆变电路
注意电路特点
5.2.1单相电压型逆变电路
1.半桥逆变电路
第22讲:
2.全桥逆变电路
视为两个半桥电路的组合
两对桥臂交替180º导通
3.电压型逆变电路输出电压的调节方式
调节直流侧电压
移相控制
PWM调压控制方式
4.带中间抽头变压器的逆变电路
5.2.2三相桥式电压型逆变电路
视为三个半桥组合而成,负载星形联结
1.基本工作方式为180º导电方式
注意电路特点
2.简单的定量分析
分析线电压和相电压的有效值、基波幅值和谐波
第23讲:
5.3电流型逆变电路
注意电路特点
5.3.1单相电流型逆变电路
1.工作原理
重点理解换流过程、保证可靠换流的条件
换相时间、反压时间、触发引前角及相位超前角
2.定量分析
输出电流
负载电压有效值和直流电压的关系
3.关于逆变工作频率
他励方式自励方式
第24讲:
5.4多重化逆变电路和多电平逆变电路
5.4.1多重逆变电路
以二重单相电压型逆变电路为例
5.4.2多电平逆变电路
三电平逆变电路
通过二极管导通,把U(V、W)点电位箝位在输入电压中点电位
输出波形接近正弦波,抑制谐波
第6章PWM控制技术
6.1PWM控制的基本原理
1.PWM控制的理论支持
2.PWM波——脉冲列
第25讲:
6.2PWM逆变电路及其控制方法
6.2.1计算法和调制法
1.计算法
2.调制法
调制信号
载波信号
3.控制原理
单极性控制
双极性控制
4.三相桥式PWM逆变电路
第26讲:
5.特定谐波消去法
目的是消除特定次谐波,尤其低次谐波
如果输出电压半周期开通、关断各K次,则可消去K-1个频率的特定谐波
6.2.2异步调制和同步调制
载波比定义
1.异步调制
2.同步调制
基本同步调制
分段同步调制
6.2.3规则采样法
自然采样法
规则采样法
后者比前者计算量小得多,而二者效果接近
第27讲:
实验4
第28讲:
6.3PWM跟踪控制技术
属于闭环控制
6.3.1滞环比较方式
使用滞环逻辑控制器,控制精度高,实时控制
6.3.2三角波比较方式
无一定的环宽,控制精度低
6.4PWM整流电路及其控制方法
6.4.1PWM整流电路的工作原理
1.单相PWM整流电路
单相全桥PWM整流电路
理解工作原理
结论:
通过改变整流桥交流输入端电压的相位和幅值,使交流电流超前于交流电压的相位为任意角度,可以实现
2.三相PWM整流电路
第29讲:
6.4.2PWM整流电路的控制方法
实现整流目标:
=1的控制方法
1.间接电流控制
仅直流电压环
计算功能用到电路参数,影响控制效果
2.直接电流控制
直流电压闭环加交流电流闭环
响应速度快,稳定性好
第7章软开关技术
7.1软开关的基本概念
7.1.1硬开关与软开关
采用软开关,使开通和关断功率损耗为零
7.1.2零电压开关与零电流开关
7.2软开关电路的分类
准谐振电路
零开关PWM电路
零转换PWM电路
三类电路的原理和拓扑结构
第30讲:
7.3典型的软开关电路
7.3.1零电压开关准谐振电路
7.3.2谐振直流环——适用于变频器
7.3.3移相全桥零电压开关PWM电路
7.3.4零电压转换PWM电路
第8章组合变流电路
8.1间接交流变流电路
8.1.1间接交流变流电路原理
介绍8种电路结构
8.1.2交直交变频器
VVVF,适用于交流电动机变频调速
8.1.3CVCF电源
应用于UPS
第31讲:
8.2间接直流变流电路
应用于开关电源
分为单端电路和双端电路
正激电路
1.工作过程及理想化波形
2.关于磁芯复位
3.平均输出电压(CCM)
反激电路
1.工作过程及理想化波形
2.平均输出电压(CCM)
负载为零时,Uo趋向无穷大,反激电路禁止负载开路工作
第32讲:
以下两种电路变压器中流过正负交替的交变电流
半桥电路
1.工作过程及理想化波形
2.平均输出电压(CCM)
全桥电路
1.工作原理
2.工作波形几乎与半桥电路相同,只是电流升降率为半桥电路的2倍
3.平均输出电压(CCM)
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