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1、电气工程及其自动化专业 电力电子技术总复习 v第1章 电力电子器件 v第2章 整流电路 v第3章 直流斩波电路 v第4章 交流交流电力变换电路 v第5章 逆变电路 v第6章 脉宽调制（PWM）技术 1.同处理信息的电子器件相比，电力电子器 件的一般特征。 2.电力电子系统的组成及各部分的作用 3.电力电子器件的分类 4.学习要点 介绍各种器件的符号、简称、工作原理、基本特性 、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题， 然后集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并 联使用这三个问题。 最重要的是掌握其基本特性 掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特 性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用
2、电力电 子器件的两个基本要求 由于电力电子电路的工作特点和具体情况的不同， 可能会对与电力电子器件用于同一主电路的其它电 路元件，如变压器、电感、电容、电阻等，有不同 于普通电路的要求 应用电力电子器件的系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力 电子器件为核心的主电路组成 v 控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过 驱动电路去控制主电路中电力电子器件的通或断 ，来完成整个系统的功能 返回 有的电力电子系统中，还需要有检测电路。广义上 往往其和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制 电路，从而粗略地说电力电子系统是由主电路和控 制电路组成的。 主电路中的电压和电流一般都较大，而控制
3、电路的 元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路 和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的 连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及 主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔 离，而通过其它手段如光、磁等来传递信号。 返回 由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子 器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过 电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和 控制电路中附加一些保护电路，以保证电力电子器件 和整个电力电子系统正常可靠运行，也往往是非常必 要的。 器件一般有三个端子（或称极或管角），其中两个联 结在主电路中，而第三端被称为控制端（或控制极） 。器件通断是通过
4、在其控制端和一个主电路端子之间 加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路 和主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端 子。 返回 1、同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一 般特征： (1) 能处理电功率的大小，即承受电压和电流 的能力 ，是最重要的参数 (2) 电力电子器件一般都工作在开关状态 导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降 接近于零，而电流由外电路决定 阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几 乎为零，而管子两端电压由外电路决定 电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和 参数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有 些时候甚至上升为第一位的重要问题。 作电路分析
5、时，为简单起见往往用理想开关来代 替 返回 (3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路 来控制。 在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电 路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电 子器件的驱动电路。 (4)为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温 度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热设计 ，在其工作时一般都要安装散热器。 导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损 耗 返回 阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断态 损耗 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关 断损耗，总称开关损耗 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造 成器件发热的原因之一 通常电力电子器件的断态漏电
6、流极小，因而通态损 耗是器件功率损耗的主要成因 器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能 成为器件功率损耗的主要因素 返回 1)可控整流电路，重点掌握：电力电子电路作为分段 线性电路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流 电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、 各种负载对整流电路工作情况的影响； 2)电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解 其工作特点；(未讲不要求) 3)与整流电路相关的一些问题，包括： (1)变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相 压降、重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉 漏抗对整流电路工作情况的影响。 (2)整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐 波的概
7、念、各种整流电路产生谐波情况的定性分 析，功率因数分析的特点、各种整流电路的功率 因数分析。 (未讲不要求) 例题 单相半波整流电路 a) T VT Ru 1 u 2 u VT ud i d w w w wt 0 wt1 2 t t t u g u d u VT a 0 0 0 u 2 id iVT Id Id wt wtO O -a + a iVD R 单相半波 整流 电阻负载电感负载 无续流二极管有续流二极管 Ud Id UVTmax反向正反向反向 IdVT IVT IdVD IVD 移相范围180180180 单相桥式整流电路 u(i ) wt wt wt0 0 0 i2 u d id
8、d d aa u VT 1,4 u u2 O wt O wt O wt u d id i2 O wt O wt uVT 1,4 Owt Owt Id Id Id Id I d iVT 2,3 iVT 1,4 b) i d O E u d wt I d Owt a d 单相桥式全控整流 电阻负载大电感负载 Ud Id UVTmax反向 正向 正反向 IdVT IVT I2 Id 移相范围18090 u d O u d id I d O O O O O i2 Id Id Id I I d a wt wt wt wt wt wt a -a -a iVT 1iVD 4 iVT 2 iVD 3 iVD
9、R 单相桥式半控整流 电阻负载大电感负载 Ud Id UVTmax反向 正向 正反向 IdVT IVT I2 导通角180-a180-a 2单相桥式全控整流电路，U2 =100V，负载 中R=2，L值极大，当=30时，要求： 1）作出ud、id和i2的波形； 2）求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器 二次电流有效值I2； 3）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额 定电流。 解：1）ud、id和i2的波形如右图所示 该波形可参考P26图6作出 2）求整流输出平均电压Ud 3）晶闸管电流有效值 考虑过电流安全储备通常把晶闸管的额定电流放大 1.52倍，又晶闸管的额定电流值是通态平均电流 （正
10、弦半波电流平均值），它同有效值的关系是。 因此所选晶闸管的额定电流应为： 为此可选50A的晶闸管。 为了对过电压有安全储备，通常把晶闸管的 额定电压也放大23倍，因此所选晶闸管的 电压额定值应为 V，为此可选400V的晶闸管。最后根据晶闸管产品型 号表可选用KP-50-4，即通态平均电流为20A，额定电 压值电压为4级(400)的晶闸管。 例：单相桥式全控整流电路，接电阻负载，交流 电源电压u2在(220+10%)V范围内变化，要求输 出的直流平均电压ud从50V150V连续可调， 且负载平均电流Id均能达到10A，试确定控制角 的变化范围、计算晶闸管导通角的变化范围、要 求的电源容量，并选择
11、晶闸管。 解：由式 得到： 由此得控制角 由上式可知，电源电压u2越小，越小；直流输出电 压ud越大，也越小，所以最小控制角min对应： u2 = 220 * 90% = 198 V，ud = 150 V （相应 ） 同样电源电压u2越大，越大；直流输出电压ud越 小，也越大，所以最大控制角max对应： u2 = 220 * 110% = 242 V，ud = 50 V 由于导通角 ，的变化范围为46.9 122.7，可导出的变化范围为：133.157.3。 在本例中要求输出电流平均值Id能达到10A，由于 随的增大而增大，为此交流电源电流的最大有效值应 对应取122.7时的情况： 电阻负载时
12、平均 电流和变压器二 次电流有效值的 计算公式书中p47 要求的电源容量相应为： 晶闸管电流有效值 考虑过电虑过电 流安全储备储备 通常把晶闸闸管的额额定电电流放 大1.52倍，又晶闸闸管的额额定电电流值值是通态态平均电电 流（正弦半波电电流平均值值），它同有效值值的关系是 因此所选选晶闸闸管的额额定电电流应为应为 ： 为此可选20A的晶闸管。 为了对过电压有安全储备，通常把晶闸管的额定电 压也放大23倍，因此所选晶闸管的电压额定值应 为 为此可选1000V的晶闸管。最后根据晶闸管产品型 号表可选用KP-20-10，即通态平均电流为20A，额 定电压值电压为10级(1000)的晶闸管。 三相可
13、控整流电路 电阻负载： a=30的波形 特点：负载电流处 于连续和断续之间 的临界状态。晶闸 管导通角为120 a30的情况 特点：负载电流断 续，晶闸管导通角 小于150-a 。 a =30u 2 u a u b u c Owt Owt Owt O wt Owt u G u d u ab u ac wt 1i VT 1 u VT 1 u ac w w w a = 60 u d1 u d2 u d u ac u ac u ab u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u a u b u c Ot wt 1 Ot Ot u VT 1 v电阻负载： va=6
14、0的波形 v 特点：负载电流 处于连续和断续之 间的临界状态。晶 闸管导通角120 va60的情况 v 特点：负载电流 断续，晶闸管导通 角2(120-a) 。 电路名称三相半波三相桥式全控 输出平均电压范围 01.17 U202.34 U2 脉动频率3f=150Hz6f=300Hz 电电 阻 性 负负 载载 移相范围围150120 晶闸闸管最大正 向电压电压 晶闸闸管最大反 向电压电压 晶闸闸管导导通角 120（30）120 （60 ） （30） （60 ） 不同时时Ud （30 ） （60 ） （30150 ） （60120 ） 电电 感 性 负负 载载 移相范围围9090 晶闸闸管导导通
15、角120120 晶闸闸管电电流平均 值值 晶闸闸管电电流有效 值值 晶闸闸管最大正向 电压电压 晶闸闸管最大反向 电压电压 不同时时Ud v变压器漏抗对整流电路的影响 v主要是对输出电压的影响 电路形式 单相 全波 单相全控 桥 三相 半波 三相全控 桥 m脉波 整流电路 u d id wtO wtO g iciaibiciaI d u a u b u c a Id 例：三相半波整流电电路中，如果a相的触发发脉冲消失， 试绘试绘 出在电电阻性负载负载 和电电感性负载负载 下整流电压电压 波形。 解：以=60为为例 例：三相半波可控整流电路，阻感负载，R2，L ，欲借调节达到维持Id250 A为恒值，已知XB 0.08，附加直流端压降U10 V，供电电压经常在l 1.15额定范围内变化，求： (1) U2和变化范围。 (2)变压器容量 对于三相半波整流，换相压降 当=0时 此为U2的最小值 当U2=1.15*444.06510.67 V时，它对应的控制角 为最大，此时 cos=519.55/(510.67*1.17)=0.8696，由此导出 =29.6。 即所求U2变化范围是444.06510.67V，变化范围 是029.6。 (2)要求变压器的容量，首先必须求出变压器一次和二 次侧电流有效值，如下图所示为i2，i1波形。 由于电感足够大使得电流连续且近似为恒定值，再 考虑到三
