电力电子变流技术.docx
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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:
把交流电变成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成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:
依照器件能够被控制的程度分:
半控型:
经过控制信号能够控制其导通而不能够控制其关断,如晶闸管。
全控型:
经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。
不能控:
不能够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。
依照驱动信号的性质:
电流驱动型和电压驱动型。
依照驱动信号的波形:
脉冲触发型、电平控制器。
按载流子参加导电的情况:
单极型器件、双极型器件、复合型器件。
第一章晶闸管
一、晶闸管的工作特点:
1.当晶闸管承受反旭日极电压时,不论门极承受何种电压,晶闸管都处于关断状
态。
2.当晶闸管承受正旭日极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才能导
通,正旭日极电压和正向门极电压两者缺一不能。
3.晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用,不论门极电压是正还是负,晶闸管保
持导通,故导通的控制信号只须正向脉冲电压称之为触发脉冲即可。
4.要使晶闸管关断,必定去掉阳极正向电压,也许给阳极加反压,也许降低正向
阳极电压,使经过晶闸管的电流降低到必然数值以下。
5.当门极未加触发电压时,晶闸管拥有正向阻断能力,它是一般二极管不具备的。
二、电流、电压的平均值、有效值的计算:
1、周期:
[0,]
2、积分函数
3、有效积分区间:
[0,]
4、平均值的计算:
5、有效值的计算:
6、波形系数:
Kf=I/Id>1
第二章单相整流
一、整流电路及其分类:
1、按组成的器件分为:
可控、不能控、全控
2、按电路结构分:
桥式、零式
3、按交流输入相数分:
单相、三相
4、按变压器二次侧电流的方向是单向还是双向分:
单拍电路、双拍电路
二、单相整流电路:
1、电路结构:
2、引入看法:
触发角:
VT开始承受正向压降至门极脉冲信号到来时的电角度。
导通角:
VT在电源电压一个周期内处于导通状态的一个角。
3、四种电路的比较:
单相半波
单相桥式
单相全波
单桥半控
Ud
电阻性
180°
180°
180°
180°
负载
正
U2
U
2
2
U
2
UVT
U
U2
U
2
2
U
2
反
U
Ud
阻感性
90°
90°
180°(无VDr)
负载
正
U2
U
2
2
U
2
UVT
U
U2
U
2
2
U
2
反
U
单相全波(双半波)与桥式的差异:
拥有变压器中心抽头、晶闸管承受的最大正向电压为
U2,最大反向电压为
U2,导通时的晶闸管个数为
1个,桥式为2个。
单相桥式半控电路的失控现象:
在电感性负载时,当突然把控制角增大到180°或突然把触发电路切断时,会发
生一个晶闸管直通而两个二极管轮流导通的异常现象,称为失控。
直流磁化问题:
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
移相范围
150°
120°
电阻性
Ud
波形连续
30°
60°
负载
正
U2
U2
UVT
U2
U2
反
移相范围
90°
90°
电感性
Ud
负载
正
U2
U2
UVT
U2
U2
反
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定有两个晶闸管导通,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,也许由于电
流断续后能再次导通,必定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取代大于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、整流电压的谐波解析
1、谐波的定义:
对周期性非正弦电量进行傅立叶解析,除了获取与电网基波频率相同的重量,
还有一系列大于电网基波频率的重量(基频的整数倍),此部重量为谐波。
2、本源:
非纯属负载如R-L,L-C
3、谐波的次数:
(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解析
换相重叠角:
换相过程中所连续的时间。
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,这种关于整流的逆向过程,
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:
把直流电逆变成同频率的交流电送到电网去,叫有源逆变。
若是变压器的交流
侧不与电网联接,而直接接到负载,即把直流电逆变成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、必定要有直流电动势源,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。
两者必定同时满足
才能实现有源逆变。
2、半控桥或有续流二极管的电路,因它们不能够输出负电压,也不相同意直流侧出
现负极性的电动势,故不能够实现有源逆变。
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、触发电路工作不能靠;
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。
防范逆变失败的措施:
1、采用可靠的触发电路;
2、采用可靠的SCR,防范误导通;
3、加快速熔断器或快速开关;
4、不能够太小,必定限制在必然范围内。
四、最小逆变角min确定的依照
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、晶闸管的串通:
当晶闸管额定电压小于要求时,能够串通。
问题:
理想串通希望器件分压相等,但因特点差异,使器件电压分配不平均。
静态不均压:
串通的器件流过的漏电流相同,但因静态伏安特点的分别性,各
器件分压不等。
动向不均压:
由于器件动向参数和特点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)
串通的均压措施:
1、采用储存载流子数量比较一致的器件;
2、经过实验采用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、不高出门极电压、电流和功率的额定值,且在可选触发地域内;
4、有优异的抗搅乱性能、温度牢固性以及与主电路的电气隔断。
电气隔断有两
种:
光隔断—光耦合器,磁隔断—脉冲变压器。
二、晶闸管的并联
目的:
多个器件并联来担当较大的电流
问题:
会分别因静态和动向特点参数的差异而电流分配不平均。
均流的措施:
1、优选特点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向均流。
4、当需要同时串通和并联晶闸管时,平时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;利用反响控制。
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。
控制方法:
、用非线性元件限制过电压的幅度;
、用电阻耗资产生过电压的能量;
、用储能元件吸取产生过电压的能量。
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,用这些脉冲来取代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:
能够获取凑近于正弦波的输出电压;
整流部分采用二极管能够获取凑近1的功率因数;
只用一级可控的功率环节,电路结构简单;
经过对输出脉冲宽度的控制,能够改变变频器的动向响应.
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。
依照载波和信号波可否同步及载波比的变化情况,PWM调制方式分为异步伐制
和同步伐制
1、同步伐制
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:
基本同步伐制方式,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、异步伐制
载波信号和调制信号不相同步的调制方式。
特点:
平时保持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,一周期内脉冲数很多,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:
能够消去指定的低次谐波。