电力电子小结.docx

电力电子小结.docx

《电力电子小结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子小结.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电力电子小结

下面的一些个人理解可能有误，很希望对别人有所启发和帮助

总结

1整流电路呈现感性即电流滞后电压，是因为触发角非零导致的。

当触发角是0°时：

相电压和相电流分解得到的基波是同相位的，此时整流电路呈现阻性；

当触发角是30°时，由下图可知基波电流滞后基波电压30°：

2徐老师《现代电力电子技术》中对坐标变换的某个细节的理解还是存在问题的或者说是没说清楚明白。

我觉着根据瞬时无功功率理论，这里的

、

、

是理解成电流瞬态相量（相量幅值是电流的瞬时值）这样的话更好。

1011发现，我理解错徐老师意思了，如果理解成瞬态相量的话，那么上图坐标系（就应该是时空坐标系）中的

、

、

的顺序就不对了，因为时空坐标系中a，b，c三相瞬态相量正方向的位置应该满足：

a相比c大120°，b比a大120°，c比b大120°。

所以，只有按照徐老师的说明，上图才是正确的。

按照我的理解上图就不对了。

3PWM的理解：

Ur（regulate）调制波是期望的正弦波形的频率和相位，Uc（carrier）载波。

用期望频率和相位的调制波作为调制信号，在调制波和载波的交点处控制开关器件通断，那么输出的等幅矩形脉冲波形的基波就跟调制波同相位且同频率（来自清华电力电子课件，此课件源于王兆安《电力电子技术》），矩形脉冲波形的基波的幅值由Ud决定。

另外，通过改变载波的频率可以改变输出等幅矩形脉冲的宽度，进而改变基波的幅值。

0929看王兆安老师电力电子技术，如下图，确认了上面的结论“输出的等幅矩形脉冲波形的基波就跟调制波同相位且同频率”注意虽然这个结论通过书籍确认了，但为什么是这样的还是需要自己认真思考推导仿真分析下才能更好的理解。

工作过程分析见下图：

（来自清华自动化系电力电子课件）

左边电路分析如下：

V2不通时，电流经过VD1、电容负载并联电路、VD4返回，这个过程中电容充电，当V2通时，电流经过V2，VD4返回，电容给负载供电（电容放电）。

注意1：

为什么V2通时，VD1会关断？

因为V2同时，A点电位与电容阴极电位相同，所以VD1阴极与阳极之间的电位差等于电容电压，所以关断。

注意2：

当电流经过VD1，VD4返回时，V2承受的是正向电压，幅值等于电容电压，所以给个触发信号就可以导通。

注意3：

当us>0时，如果电源有发出正向电流（参考正方向如图所示）的意愿，如果此时不给V1到V4触发脉冲，仍然会有电流产生，因为有通路，即通过VD1，负载并联电容，VD4返回。

右边电路分析如下：

V3不通时，电流经过VD1、电容负载并联电路、VD4返回，这个过程电容充电；当V3通时，电流经过VD1和V3返回，这个过程电容给负载供电（电容放电）。

4为什么电力电子斩波电路中电感一个周期消耗的功率是0？

由于直流斩波电路周期变化，所以

，所以一个周期内电感元件消耗的功率是0.

这里关键在列写式子时注意

、

都是时间的函数，如果列写成下列的样子：

，

没有意义，没法继续往下推导了，其实本身

就是一个不规范的式子，

和

如果与时间t有关，那么就应该写成

形式，如果与时间无关，那么

。

只有书写规范才给给自己推导和别人阅读带来方便，正是由于第一步的不规范，导致推导到第三步得到

这个式子，感觉这个式子在数学上也没有明确意义。

5按照我的理解：

稳压二极管就是普通的二极管，只是拿来用作稳压（利用二极管反向击穿特性稳压），所以就叫稳压二极管。

不过书中还是介绍说，稳压管的制造还是与不同二极管有些不同，毕竟要利用他的反向击穿特性，所以其制造工艺要保证其方向击穿特性满足一定的设计要求。

6IGBT属于全控型器件，其导通需要满足两个条件，集电极和发射极承受正向电压，门极（或者叫基极、栅极）与发射极承受正向电压。

注意这两个条件必须同时满足。

而且注意，当其导通时，其保持导通的条件也是前面两个条件，如果导通之后，门极G与发射极E之间电压变为0或者变为负那么，IGBT关断（经过一个很短的时间关断）。

来自《现代电力电子器件及其应用》141页

来自《现代电力电子器件及其应用》142页

来自《现代电力电子器件及其应用》147页

来自《现代电力电子器件及其应用》152页

来自《现代电力电子器件及其应用》152页

7IGBT的特性

猜测：

驱动电路中我们设置Ug比较大，Ug较大，If的能够上升达到的最大值Imax很大，一般来说电路中的IF达不到Imax电流，即IGBT工作在IF随着Uf在迅速上升的区域，所以IGBT的导通时电压UF（Uce）很小，认为导通电压是0。

模拟电路一般工作在放大区（即平着的区域If不随Uf变化的区域），电力电子电路工作在饱和区（IF随UF迅速增大的区域）。

8电压型PWM整流器中的IGBT为什么并联反向二极管？

可以保证任意一个桥臂在某个时刻一定有上桥臂或者下桥臂导通，

分析思路1：

如果某个时刻桥臂1的V1和VD1都不满足导通条件，即VD1承受反压，V1承受正压，但是V1门极脉冲是0（意味着V2门极脉冲是正），此时桥臂1的V2和VD2必然有一个导通，因为假如VD2承受反压，那么V2承受正压，同时V2门极脉冲又是正，所以V2必然通。

所以VD2和V2必然有一个通，如果VD2承受正压，那么VD2通，V2不通。

所以这样的设计必然保证了任意桥臂在某个时刻必然有上桥臂或者下桥臂导通。

分析思路2：

假设VD1导通时，电流逐渐减小，在t时刻变为0，此时t时刻us想发出反向电流（正方向如图所示），电源会帮助V1或者VD2导通来发出反向电流，到底是帮助V1还是VD2呢？

显然在us要发出反向电流时，直觉上VD1要承受反压而关断，V1承受正压，此时如果V1门极承受正脉冲，那么必然有V1导通（V1导通时承受正向电压，大小是其导通电压），V1导通必然导致VD2关断，如果此时V1门极承受0脉冲，us只能帮助VD2承受正压电压导通（此时V1承受正压，电压大小是电容电压UPN）来发出反向电流。

所以，无论如何都会有上桥臂或者下桥臂其中之一导通。

注意上面说的V1承受正压和反压指的是V1的集电极和发射极之间的电压，而门极承受的电压指的是门极和发射极之间的电压。

注意1：

AV1导通（通电流）时，VD1一定是关断的，为什么呢？

因为V1导通时，必然有UP>UA（虽然这个电压UP-UA很小），所以V1导通时，VD1一定是关断的。

所以在V1导通时，可以通过给V1门极0脉冲（意味着给V2正脉冲）让V1关断，意味着V2导通，V2导通，就会使VD1承受反压处在关断状态。

BVD1导通（通电流）时，V1一定是断的，为什么呢？

因为VD1通电流时，UA>UP（虽然这个电压UA-UP很小），所以V1一定是断的。

当时当VD1导通电流逐渐降低为0时，根据上面的分析思路2，有可能直接转到V1导通。

跟上面的分析思路2同理，V1导通时，也可以直接转到VD1通，即当V1门极接受正脉冲的时间内，如果V1电流减为0，us要发出正向电流，必然得帮助VD1或者V2导通，显然V2无法导通，因为此段时间内V1门极承受正脉冲，us只能帮助VD1导通，即直接从V1导通转换到VD1导通。

注意VD1通后一段时间，V2门极接受正脉冲，桥臂1的导通状态立刻从上桥臂转移到下桥臂

注意2：

V1和VD1构成的桥臂1的上桥臂导通时，有两种导通方向，V1同时导通方向是从V1流向A，VD1导通时，通电方向是从A流向VD1。

即有两个导通方向。

注意3：

桥臂的上桥臂和下桥臂会不会同时导通呢？

C桥臂1的V1与VD1组成的上桥臂导通时，V2与VD2组成的下桥臂会不会通呢？

分两种情况分析：

C1假如是V1导通，VD1关断，V2也一定是断的，为什么呢？

因为V1与V2的门极触发脉冲是互补的，所以V1导通时，V1一定承受的正触发脉冲，V2的门极脉冲一定是0，所以一定是断的；VD2也一定是断的，为什么呢？

因为当V1通时，A点电位与P点电位相同，所以VD2承受的是反向电压，大小等于UPN，所以是VD2是断的。

所以这种情况，上下桥臂不会同时导通。

C2如果是VD1通呢？

V1关断，V2承受的是正压，VD2承受的是反压，大小等于Vpn，所以此时VD2一定是断的，V2是否是通的呢？

如果V2门极承受负脉冲，那么V2断，所以上下桥臂不能同时导通；如果V2门极承受正脉冲（意味着V1门极承受0脉冲），那么V2一定通，但是V2通时，一定有VD1断和V1关断，所以上下桥臂不能同时导通。

注意4：

当V1与VD1组成的上桥臂中的VD1导通时，如果给V1门极正的触发脉冲，如果给定触发脉冲之前VD1导通，那么给定正脉冲时VD1的电流是0了，那么V1会导通，如果VD1的电流不是0，那么意味着VD1仍然承受正电压，V1承受反压，所以V1仍然关断；

此时如果给V1负的触发脉冲（意味着给V2正的触发脉冲），那么V2一定会导通，根据3，V1与VD1组成的上桥臂一定会关断。

当V1与VD1组成的上桥臂中的V1导通时，必然有V1门极接受正的触发脉冲，此时如果给V1负的触发脉冲（意味着给V2正的触发脉冲），那么V2一定会导通，根据3，V1与VD1组成的上桥臂一定会关断。

也就是说，正的触发脉冲给哪个桥臂，哪个桥臂就会导通。

注意6：

二极管电流正向逐渐减0，正向电压必然也逐渐减为0，只是电流变化速率要远远大于电压变化速率，注意理解二极管自然关断过程。

注意7：

V1与V2的触发脉冲是互补的。

注意8：

当V1导通时，V2承受正压，此时如果给V2正向触发脉冲（意味着给V1门极0脉冲），那么V2一定导通，V1一定关断。

同理，当V2导通时，V1承受正压如果给V1门极正电压脉冲（意味着给V2门极0电压脉冲），那么V1一定导通，V2一定关断。

这岂不变成了只是在V1和V2之间转换了吗，不会经过VD1和VD2了，我忽略了有这样两种情况：

当V1导通时（V1承受正脉冲且承受正向电压），在V1门极承受正脉冲这段时间内，有可能V1电流变为0，然后从LS发出电流过VD1（即在V1门极承受正脉冲的时间内从V1导通过渡到VD1导通）；同样会有从VD1导通过渡到V1导通，在VD1导通，且V1门极承受正电压脉冲时，如果VD1减小变为0，然后V1导通，见分析思路2。

忽略了，在V1承受正脉冲时间内的V1和VD1导通状态的变化，在V1和VD1承受正脉冲的时间内，既有可能从V1导通转移到VD1导通，也有可能从VD1导通转移到V1导通。

如果没有反并联二极管，这个电路会满足桥臂一定存在上桥臂或者下桥臂导通吗？

11月12日：

上面这个电路，给左边桥的左上臂通触发脉冲，左上桥臂一定会导通吗？

考虑这么一种情况，当某个时间段VD1导通，且流过VD1的电流逐渐减小到0，这段时间内持续给V1通触发脉冲，当VD1电流变为0时，VD1端电压变为0，虽然V1有正脉冲且电源想产生与图中标注正方向方向相反的电流，但是V1的电压是0，但是由于V1无法导通，电流只能通过VD2导通，当VD2导通的一瞬间，V1承受正压（幅值等于电容电压），此时V1立即导通，V1导通后，VD2立即承受反压（幅值等于电容电压），所以VD2立即关断。

所以给V1通触发脉冲的这段时间内，只有一个瞬时电流是通过VD2流过的，其他时间要么通过VD1要么通过V1，即通过左桥的上桥臂。

9下面电路的理解

10Psim中通过电压量测装置观察到的三角波发生器的电压不规整是什么原因？

如下图

发现是仿真计算步长与三角波发生器的周期比较接近造成的，因为通过电压量测获得的变量曲线是把把相邻的仿真计算点直线连接得到的，仿真步长是多大，相邻的两个连接点的x轴间距就多大，如果仿真步长跟三角波的周期差不多，或者小得不是很多，那么通过电压量测观察到该变量的曲线就不是完美的三角波了，只有当仿真步长远远小于三角波的周期时，通过电压量测看到的电压波形是比较完美规整的三角波。

强调：

其实三角波发生器产生的波形是完美的三角波，只是通过电压量测看到的波形是由有限个仿真计算点直线连接起来的，当仿真计算步长不是远远小于三角波周期时，显示的波形就不是完美的三角波。

这是由变量曲线的形成机制（即直线连接相邻仿真计算点）造成的。

当我们调整仿真步长远远小于三角波周期时，通过电压量测观察得到的变量曲线就是比较完美的三角波了。

20151012想到这个逻辑上有讲不通的地方，因为按照之前的理解，出来的波形也不应该是如下图A所示不对称，不规整，因为原始三角波周期是10^（-4）s,而仿真步长是10^（-5）s，一个三角波周期内能均匀取10个点，绘制出来的也不应该图A是这样的，也应该是对称的，1012想了想，试了试，发现simulationcontrol界面有个printstep选项，我猜测是绘图选项，可能是每3.33个仿真步长取取一个点进行计算，这样的话，一个三角波周期就只能取10/3=3.33个点了，这样取的位置就不对称了，所以绘制出得图形也不对称。

把printstep改为1就好了。

如下图B。

图A

图B

11Psim中添加了一个量测设备，比如电压源量测，需要将这个电压源量测两端连接到两个节点上，此时就用到工具栏上的wire工具。

12状态平均法的理论基础很可能（我不能100%确定，猜测）跟王兆安老师《电力电子技术》书中PWM控制技术章6.1节PWM控制的基本原理中介绍的“在采样控制理论中的一个重要结论：

冲量相等，形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，效果基本相同”相同。

即状态平均法的理论基础很可能也是“冲量相等，形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，效果基本相同”。

这个还有待探究。

13仿真时大模型往往考虑的是省脑力，怎么方便怎么做，而仿真软件，诸如matlab，psim等中有现成的三角波发生器模块，所以用比较调制法实现仿真模型很方便，而用计算法则复杂些；而硬件实现时，则考虑的是经济型，省话费省成本，用dsp采用计算法（规则采样法）可以省去三角波发生器等的花费，所以常采用计算法，而较少采用调制法。

14在陈坚老师《电力电子学：

电力电子变换和控制技术》、Bose老师书籍《现代电力电子学与交流传动》和《电力电子变换器PWM技术-原理与实践》_[DGHolmes著周克亮译]中有对PWM调制的介绍推导。

尤其是陈坚老师的书感觉很通俗易懂。

可能存在不严谨的地方，但是介绍很清楚明白通俗易懂。

看《使用Psim学习电力电子技术基础》知道下书中有对PWM调制的输出电压的一些推导。

15SVPWM方法的发明思路猜测：

首先出现这样一种猜想：

如果在一段时间

内，

控制换流器触发脉冲，使三相电机机端电压通用空间矢量满足

，

持续

，

持续

，

持续

，那么在

时间内，我们通过换流器对这台三相电机的影响，与

对这台电机的影响是基本相同的。

其中

、

、

满足：

又由于：

所以这个条件实际就是

实际这个假设就是，如果

，即我们通过控制换流器的脉冲使得电机通用空间矢量

满足

，那么在

，

对电机施加的影响与

施加的影响是基本相同的，这个有些类似于PWM中的面积等效定理，如下图，这里的惯性环节可类比电机是一个惯性环节或者说具有惯性环节的性质。

然后用实际电机实现验证这个猜想是否正确。

当然在实际应用中，SVPWM方法中的

的取值对于这种方法的精度有着很大的影响，当然越小精度越高（个人直觉），但是太小控制难度或成本会很大（我觉着，实际应该也是这样吧），具体

等于多少比较合适，还得细细学习研究。