电力电子技术教案.docx

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电力电子技术教案

电力电子技术教案

应用电子技术教研室

电力电子技术教案

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）

总复习