电力电子

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电力电子复习提纲

第3章-第4章

1.逆变：把直流电转变成交流电的过程。逆变电路：把直流电逆变成交流电的电路。当交流侧和电网连结时，为有源逆变电路。变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，称为无源逆变。

2.逆变失败的原因：

（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，

（2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。

（3）交流电源缺相或突然消失。

（4）换相的裕量角不足，引起换相失败。

3.逆变产生的条件：

（1）要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。

（2）要求晶闸管的控制角??

4.

小角度内。设计逆变电路时，必须保证???min，因此常在触发电路中附加一保护环节，保证触发脉冲不进入小于?min的区域内。

5.换流方式：

（1）器件换流：利用全控型器件的自关断能力进行换流。

（2）电网换流：电网提供换流电压的换流方式。在换流时只要将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。

（3）负载换流：由负载提供换流电压的换流方式。负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流

（4）强迫换流：设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。

6.电压型逆变电路反馈二极管的作用：阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

7.电压型逆变电路和电流型逆变电路：

概念：

电压型逆变电路：直流侧是电压源。

电流型逆变电路：直流侧是电流源。

特点：1.电压型逆变电路

◆直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。

◆由于直流电压源的钳位作用，输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。 ◆阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

特点：1.电流型逆变电路

◆直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。

◆交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。 ◆直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。

电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍应用较多，换流方式有负载换流、强迫换流。 ?2，使Ud为负值。

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8.三相电流型逆变电路：

◆基本工作方式是120°导电方式，每个臂一周期内导电120°，每个时刻上下桥臂组各有一个臂导通。

◆换流方式为横向换流。

第五章

9.斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。

10.斩波电路有三种控制方式

?脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变ton。

?频率调制：ton不变，改变T。

?混合型：ton和T都可调，改变占空比

11.

12.

io

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第六章

13.单向交流调压电路：

?L/R)）电阻负载的移相范围：[0，?]；阻感负载的移相范围：[?，?]（其中??arctan(

14.支路控制三角联结电路

由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的线电压作用下工作。单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用，输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和。

15.交流调功电路：

它不是在每个交流电源都通过触发延角?对输出电压的波形进行控制，而是将负载与交流接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率，这种电路常用于电炉的温度控制

15.交流电力电子开关：

交流电力电子开关：把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。

优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。

与交流调功电路的区别

◆并不控制电路的平均输出功率。

◆通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。

◆控制频度通常比交流调功电路低得多。

16.交-交变频电路

采用的控制方式是相位控制方式，因此输入

电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网

提供无功功率。

构成：交交变频电路是把电网频率的交流电

直接变换成可调频率的交流电的变流电路，

因为没有中间直流环节，因此属于直接变频

电路。由P组和N组反并联的晶闸管相控整流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四

象限变流电路完全相同。

工作原理：P组工作时，负载电流io为正， N组工作时，io为负。两组变流器按一定的

频率交替工作，负载就得到该频率的交流

电。

√改变两组变流器的切换频率，就可以改变

输出频率?0。

√改变变流电路工作时的控制角?，就可以改变交流输出电压的幅值。

17.输入上限频率

交交变频电路的输出电压是有许多段电网电压拼接而成的。输出电压的一个周期内拼接的电网电压段数越多，就可以使输出电压的波形越接近于正弦波。每段电网电压的平均持续时间是由交流电路脉冲数决定的。因此，当输出频率增高时，输出电压一周期所含的电网电压的波数就减少，波形的畸形就严重。电压波形畸变以及由此产生的电流波形畸变和电动机转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。构成的交交变频电路的两组交流电路的脉波数越多，输出上限频率就越高。当采用6脉波三相桥式电路时，一般认为输出上限频率不高于电网频

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率的1/3~1/2，电网频率为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。

18.电路连接方式：

（1）公共交流母线进线方式：

?由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120°的单相交交

变频电路构成。

?电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。

?因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔离；为此，

交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出6根线。

?主要用于中等容量的交流调速系统。

（2）输出星形联结方式：

?三组输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，

电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。

?因为三组输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别

用三个变压器供电。

?构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相

的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。

?同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通，两组

桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。

19.改善输入功率因数和提高和提高输出电压

（1）用PWM控制方法既可以改善变频器的输入功率因数，又不影响电动机的运行，这种方法叫直流调置

（2）梯形波输出控制方式：采用这种方式可以使得变频器的输出电压约提高15%，采用该方式相当于在相电压叠加了3次谐波，这样的方法叫交流偏置。

第七章

20.异步调制的介绍：

载波比：在PWM控制电路中，载波频率fc与调制信号频率fr之比称为载波比（即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调制方式可分为异步调制和同步调制两种。

异步调制：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。在异步调制方式中，通常保持载波频率fc固定不变，因而当信号波频率fr变化时，载波比N是变化的

在信号波的半个周期内，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，PWM波形接近正弦波。

◆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，输出

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PWM波和正弦波的差异变大，对于三相PWM型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。 ◆在采用异步调制方式时，希望采用较高的载波频率，以使在信号波频率较高时仍能保持较大的载波比。

21.自然采样法与规则采样法：

自然采样法：在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。在自然采样法中，每个脉冲的中点并不和三角波一周期的中点（即负峰点）重合。

规则采样法：是一种应用较广的工程实用方法，其效果接近自然采样法，但计算量却比自然采样法小得多。 在规则采样法中，每个脉冲的中点和三角波一周期的中点（即负峰点）重合，也就是使每个脉冲的中点都是以三角波的中点为对称。

对于三相桥式逆变电路来说，应该形成三相SPWM波形，通常三相的三角波载波是公用的，三相正弦调制波的相位依次相差120°。

22.如何提高直流电压利用率和减少开关次数

（1）输出波形中所含的谐波的多少是衡量PWM控制方法优劣的基本标志，但不是唯一标志。

（2）直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值U1m和直流电压Ud之比，提高直流电压利用率可以提高逆变器的输出能力。减少功率器件的开关次数可以降低开关损耗。（提高直流电压利用率和减少开关次数的作用）

（3）不用正弦波，而用梯形波作为调制信号，可以有效地提高直流电压的利用率。采用这种方式时，决定功率开关器件的通断方法和用正弦波作为调制信号波时完全相同。

第八章

23.现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。

24.软开关的作用以及分类：

作用：降低开关损耗和开关噪声；使开关频率可以大幅度提高。

分类：根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。

第九章

25.对半控型器件只需提供开通控制信号；对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。

26.电气隔离：

驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。 ◆光隔离一般采用光耦合器

?光耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成，封装在一个外壳内。

?有普通、高速和高传输比三种类型。

◆磁隔离的元件通常是脉冲变压器

?当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调的方法。

27.GTO和GTR是电流驱动型器件；电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件