电力电子变流技术.docx
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电力电子变流技术
电力电子变流技术
绪论
一、电力电子技术包括以下三个方面:
∙电力电子元器件
∙电力电子变流技术
二、变流技术按其功能可分为:
∙整流器:
把交流电变为固定的或可调的直流电。
∙逆变器:
把固定直流电变成固定或可调的交流电。
∙斩波器:
把固定的电压变成可调的直流电压。
∙交流调压器:
把固定交流电压变成可调的交流电压。
∙周流变流器:
把固定的交流电压和频率变为可调的交流电压和频率。
三、电力电子技术的应用:
直流电机调速,交流电机调速,UPS,开关电源,功率因数校正,高压直流输电,照明电源—电子镇流器,新能源并网技术。
四、电力电子器件的分类:
∙按照器件能够被控制的程度分:
半控型:
通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断,如晶闸管。
全控型:
通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断,又称自关断器件,如MOSFET、IGBT。
不可控:
不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路,如二极管。
∙按照驱动信号的性质:
电流驱动型和电压驱动型。
∙按照驱动信号的波形:
脉冲触发型、电平控制器。
∙按载流子参与导电的情况:
单极型器件、双极型器件、复合型器件。
第一章晶闸管
一、晶闸管的工作特性:
1.当晶闸管承受反向阳极电压时,不论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状态。
2.当晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才能导
第三章三相整流
一、整流电路及分类
三相半波、三相桥式、BYQ漏抗。
二、三相整流电路:
∙自然换相点:
各晶闸管导通的最早时刻。
∙连续和断续的角度:
三相半波可控
三相全控桥
电阻性负载
移相范围
150°
120°
Ud
波形连续
30°
60°
UVT
正
U2
U2
反
U2
U2
电感性负载
移相范围
90°
90°
Ud
UVT
正
U2
U2
反
U2
U2
∙三相桥式全控整流电路的特点:
1、三相桥式全控整流电路在任何时刻都必须有两个晶闸管导通,才能形成导电回路,其中一个晶闸管是共阴极组的,另一个是共阳极组的。
2、关于触发脉冲的相位,共阴极组的VT1、VT3和VT5之间应互差120°;共阳极组VT4、VT6和VT2之间亦互差120°。
接在同一相的两管,如VT1和VT4,VT3与VT6,VT5与VT2之间则互差180°。
3、为了保证整流合闸后共阴极组和共阳极组各有一晶闸管导电,或者由于电流断续后能再次导通,必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲,有两种方法:
宽脉冲触发:
使每个触发脉冲的宽度大于60°(一般取80°到100°)。
双脉冲触发:
在触发某一号晶闸管的同时给前一号晶闸管补发一个脉冲,相当于用两个窄脉冲等效替代大于60°的宽脉冲。
4、三相桥输出的是变压器二次线电压的整流电压。
5、=0°时晶闸管承受的电压波形如图3-9。
三、整流电压的谐波分析
1、谐波的定义:
对周期性非正弦电量进行傅立叶分析,除了得到与电网基波频率相同的分量,还有一系列大于电网基波频率的分量(基频的整数倍),此部分量为谐波。
2、来源:
非纯属负载如R-L,L-C
3、谐波的次数:
N(fn为谐波频率,f0为基频)
4、功率因数:
正弦电路:
非正弦电路:
(为基波因数,为位移因数)
四、变压器二次侧的谐波分析
换相重叠角:
换相过程中所持续的时间。
换相压降:
由于变压器的漏感抗存在出现了换相重叠角,使得整流输出电压有效值降低。
单相双半波电路m=2,三相半波m=3,三相桥式m=6,单相桥式m=4
第四章有源逆变电路
一、逆变的定义及分类
1、定义:
利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对于整流的逆向过程,定义为逆变。
把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。
2、分类:
把直流电逆变为同频率的交流电送到电网去,叫有源逆变。
如果变压器的交流侧不与电网联接,而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载,叫无源逆变。
二、逆变产生的条件:
1、必须要有直流电动势源,其极性须与晶闸管导通的方向一致,其值应稍大于变流器直流侧的平均电压;其次要求晶闸管的>,使Ud为负值。
两者必须同时满足才能实现有源逆变。
2、半控桥或有续流二极管的电路,因它们不能输出负电压,也不允许直流侧出现负极性的电动势,故不能实现有源逆变。
欲实现有源逆变,只能采用全控的电路。
三、逆变失败与最小逆变角
∙逆变失败的原因:
1、触发电路工作不可靠;
2、晶闸管发生故障;
3、在逆变工作时,交流电源发生缺相或突然消失;
4、换相的裕量角不足。
∙避免逆变失败的措施:
1、采用可靠的触发电路;
2、选用可靠的SCR,防止误导通;
3、加快速熔断器或快速开关;
4、不能太小,必须限定在一定范围内。
四、最小逆变角min确定的依据
min
为晶闸管的关断时间折合的电角度;为安全裕量角。
第六章晶闸管的串并联及保护
电力电子系统的组成:
控制电路、驱动电路、保护电路、主电路。
一、晶闸管的串联:
当晶闸管额定电压小于要求时,可以串联。
问题:
理想串联希望器件分压相等,但因特性差异,使器件电压分配不均匀。
静态不均压:
串联的器件流过的漏电流相同,但因静态伏安特性的分散性,各器件分压不等。
动态不均压:
由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压。
晶闸管触发电路的作用:
保证晶闸管正常工作(可靠工作)
串联的均压措施:
1、选用积蓄载流子数量比较一致的器件;
2、通过实验选取恢复电流比较一致的器件;
3、用RC并联支路;
4、使用门极强脉冲触发,缩短开通时间。
触发电路的要求:
1、脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通;
2、触发脉冲应有足够的幅度;
3、不超过门极电压、电流和功率的额定值,且在可选触发区域内;
4、有良好的抗干扰性能、温度稳定性以及与主电路的电气隔离。
电气隔离有两种:
光隔离—光耦合器,磁隔离—脉冲变压器。
二、晶闸管的并联
目的:
多个器件并联来承担较大的电流
问题:
会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。
均流的措施:
1、挑选特性参数尽量一致的器件。
2、采用均流电抗器。
3、用门极强脉冲触发也有助于动态均流。
4、当需要同时串联和并联晶闸管时,通常采用先串后并的方法联接。
三、保护
1、过电流保护:
快速熔断器、快速开关和过电流继电器;利用反馈控制。
2、过电压保护:
产生的原因:
内因:
主要来自电力电子装置内部器件的开关过程,换相过电压和关断过电压。
外因:
主要来自雷击和系统操作过程等外因。
抑制方法:
1、用非线性元件限制过电压的幅度;
2、用电阻消耗产生过电压的能量;
3、用储能元件吸收产生过电压的能量。
第十章PWM型逆变电路
一、PWM:
脉冲宽度调制型电路
重要理论基础——面积等效原理
PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。
1、PWM波调制方法:
单极性和双极性
2、PWM调制的特点:
可以得到接近于正弦波的输出电压;
整流部分采用二极管可以得到接近1的功率因数;
只用一级可控的功率环节,电路结构简单;
通过对输出脉冲宽度的控制,可以改变变频器的动态响应.
二、PWM逆变电路的调制方法
载波比:
载波频率fc与调制信号频率fr之比,N=fc/fr。
根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况,PWM调制方式分为异步调制和同步调制
1、同步调制
载波信号和调制信号保持同步的调制方式,当变频时使载波与信号波保持同步,即N等于常数。
特点:
基本同步调制方式,fr变化时N不变,信号波一周期内输出脉冲数固定。
三相电路中公用一个三角波载波,且取N为3的整数倍,使三相输出对称。
为使一相的PWM波正负半周镜对称,N应取奇数。
fr很低时,fc也很低,由调制带来的谐波不易滤除。
fr很高时,fc会过高,使开关器件难以承受。
2、异步调制
载波信号和调制信号不同步的调制方式。
特点:
通常保持fc固定不变,当fr变化时,载波比N是变化的
在信号波的半周期内,PWM波的脉冲个数不固定,相位也不固定,正负半周期的脉冲不对称,半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称。
当fr较低时,N较大,一周期内脉冲数较多,脉冲不对称产生的不利影响都较小。
当fr增高时,N减小,一周期内的脉冲数减少,PWM脉冲不对称的影响就变大。
三、SPWM波的生成方法
1、自然采样法:
得用超越方程。
2、规则采样法:
分为单边调制和双边调制。
3、低次谐波消去法:
可以消去指定的低次谐波。