电力电子技术教案

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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 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 电力二极管的主要参数 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 电压定额 电流定额 选取SCR电流额定值时,依有效值相等的原则选取 动态参数 di/dt , dv/dt 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 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 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 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 过电压保护 过电流保护 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 阻性负载 电路工作原理与工作波形 数量关系(Ud、Id、IVT) 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 带续流二极管时工作情况 2.1.2 单相桥式全控整流电路 阻性负载 阻感性负载 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 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 阻感负载 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 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 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 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 换向重叠现象 换向压降 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 谐波分析的基础 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 电路形式 平衡电抗器的作用及电路工作原理 输出电压波形及其平均值 关于平衡电抗器数值的选取 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 什么是逆变?为什么要逆变? 直流发电机——电动机系统电能的流转 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 三相半波逆变工作原理 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 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 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 负载电流连续时电动机的机械特性 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 负载电流连续时电动机的机械特性 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 同步环节 锯齿波形成环节 移相控制环节 第12讲: 脉冲形成与放大环节 强触发与隔离输出环节 双窄脉冲形成环节 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180 o,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 电路拓扑 工作原理分析 三种控制方式 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 电路拓扑 工作原理分析 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 Boost-Buck电路 稳态时,电感电压在一周期的平均值为零 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 阻性负载 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, 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 电路构成和基本工作原理 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: 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 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 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 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: 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 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 基本工作方式为180o导电方式 注意电路特点 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 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 定量分析 输出电流 负载电压有效值和直流电压的关系 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 6.1 PWM控制的基本原理 PWM控制的理论支持 PWM波——脉冲列 第25讲: 6.2 PWM逆变电路及其控制方法 6.2.1 计算法和调制法 计算法 调制法 调制信号 载波信号 控制原理 单极性控制 双极性控制 三相桥式PWM逆变电路 第26讲: 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 异步调制 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: 6.3 PWM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 6.4 PWM整流电路及其控制方法 6.4.1 PWM整流电路的工作原理 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 三相PWM整流电路 第29讲: 6.4.2 PWM整流电路的控制方法 实现整流目标:=1的控制方法 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 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 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 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 8.1.3 CVCF电源 应用于UPS 第31讲: 8.2 间接直流变流电路 应用于开关

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