电力电子装置及系统课件素材
第1章绪论
1.1 电力电子装置及系统概述1.1.1 电力电子装置及系统的概念
图1.1电力电子装置及其控制系统
1.1.2 电力电子装置的主要类型
1.1.3 电力电子装置的应用概况
1.1.4 电力电子装置的发展前景
1.2 半导体电力电子开关器件1.
2.1 电力二极管
图1.2半导体二极管
1.2.2 晶闸管
图1.3晶闸管符号及接法
图1.4GTO的符号
1.2.3 电力晶体三极管
图1.5BJT的符号
图1.6双极性晶体管开通、关断波形
1.2.4 电力场效应晶体管
图1.7 P-MOSFET的符号和等效电容1.2.5 绝缘门极双极型晶体管IGBT
图1.8IGBT等效电路及其符号
图1.9IGBT管擎住效应原理图
*1.2.6 MCT和IGCT
图1.10MCT等效电路模型及符号
1.2.7 半导体电力开关模块和电源集成电路
图1.11IPM内部结构图
1.3 电力电子器件的应用技术1.3.1 散热技术
图1.12稳态等效热路图
1.3.2 缓冲电路
图1.13常用的关断缓冲电路
图1.14BJT的电流、电压关断波形
图1.15常用开通缓冲电路
图1.16BJT电流、电压的开通波形
图1.17BJT开关轨迹的改变
1.3.3保护技术
图1.18交流电流互感器
图1.19霍耳元件示意图
图1.20LEM的工作原理示意图
图1.21控制极保护电路
图1.22自锁式保护电路
习题及思考题
第2章高频开关电源2.1 高频开关电源概述2.1.1 高频开关电源的发展状况
图2.1线性稳压电源原理图
2.1.2 高频开关电源的基本组成
图2.2各种变换拓扑电路及主要工作波形
图2.3电压模式控制原理图
图2.4电压前馈模式控制原理图
图2.5电流控制模式原理图
2.2 单端反激开关电源2.2.1 单端反激电源的基本关系式
图2.6单端反激电源
2.2.2 自激型单端反激开关电源
图2.7自激型单端反激电路工作原理
图2.8单端自激反激开关电源的实用电路
图2.9电路实测波形
2.2.3 他激型单端反激开关电源
图2.10UC3842内部结构框图
图2.11UC3842组成的小型充电器
*2.3 高频开关变压器
2.3.1 磁性材料的基本术语和定义
图2.12磁化曲线
图2.13磁导率与温度的关系
2.3.2 开关变压器常用的磁性材料
2.3.3 高频开关电源变压器的设计原则
图2.14开关电源变压器磁滞回线
图2.15〓变压器的分布电容
2.3.4 单端反激式开关电源变压器计算
图2.16〓单端反激变换器等效电路
图2.17〓初级电感对电流、电压波形的影响
《电力电子装置及系统》 课程设计 题目：基于UC3842的单端反激 开关电源的设计 学院电力学院 专业电子科学与技术 姓名 学号 指导教师 完成时间2016.11.25
目录 摘要 (1) 第一章：开关电源的概述 1.1：开关电源的发展历史 (2) 1.2：开关稳压电源的优点 (2) 1.2.1：内部功率损耗小，转换效率高 (2) 1.2.2：体积小，重量轻 (3) 1.2.3：稳压范围宽 (3) 1.2.4：滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小 (3) 1.2.5：电路形式灵活多样，选择余地大 (3) 1.3：开关稳压电源的缺点 (3) 1.3.1：开关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰 (4) 1.3.2：电路结构复杂，不便于维修 (4) 1.3.3：成本高，可靠性低 (4) 第二章：UC3842的原理及技术参数 2.1：UC3842的工作原理 (5) 2.2：UC3842的引脚及技术参数 (6) 第三章：单端反激开关电源 3.1：单端反激开关电源的原理 (7) 3.2：反激式开关电源设计 (9) 3.2.1：输出直流电压隔离取样反馈外回路 (9) 3.2.2：初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路 (11) 总结 (13) 参考文献 (13)
基于UC3842的单端反激开关电源的设计 摘要 开关电源是一种利用现代电子技术，控制开关晶体管和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，也是一种效率很高的电源变换电路，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。具有高频率，高功率密度，高可靠性等优点。 本文主要介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于UC3842为控制芯片，实现输出电压可调的开关稳压电源电路。 关键词：开关电源脉冲宽度调制 UC3842
1.对备用电源自动投入装置的基本要求有哪些？ 答：（1）除正常停电操作外的其他任何原因使工作电源消失后，AAT装置都应能动作而将备用电源自动投入。 （2）AAT装置应确保在工作电源断开以后，备用电源方能投入。 （3）确保AA T装置只动作一次。 （4）当工作母线电压互感器因发生回路断线等原因，从而导致虚假的失去电源情况时，AA T装置不应动作。 （5）正常停电操作时，AAT装置不应动作。 （6）当备用电源无电压时，AAT装置不应动作。 （7）应具有将AA T装置投入或退出远行的手段。 （8）应具备反映工作母线电压互感器回路断线和AAT装置动作的信号。 2.请分别说明重合闸前加速和后加速的特点与应用范围。 答：前加速特点：前快后慢；应用范围：35KV及35KV以下由发电厂或重要变电所引出直配线路上。 后加速特点：前慢后快；应用范围：35KV以上电压等级网络中及对重要负荷供电的送电线路上。 3.自动准同步装置发合闸脉冲为什么需要导前时间？断路器合闸脉冲导前时间主要考虑什么因素？ 答：为了保证并列断路器主触头在闭合瞬间时的相角差在0°附近；导前时间应等于并列断路器的合闸时间。 4.什么是强行增磁、强行减磁？强励倍数是多少？（答案不确认对不对） 答：强行增磁就是指在电力系统发生短路事故时，使发电机电压降低到80%~85%时，从提高电力系统稳定性和继电保护动作灵敏度出发，由励磁系统迅速将发电机励磁电流增至最大值。作用：①提高电力系统的暂态稳定性②加快故障切除后的电压恢复过程③提高继电保护的动作灵敏度④改善异步发电机的启动条件。 强行减磁是当发电机突然卸载后，由于转速上升，引起发电机电压急剧升高时，由励磁系统迅速将发电机励磁电流减至最小值。作用：①发电机甩负荷时，机组过速，使发电机电压升高，可能危及发电机定子绝缘，强行减磁能迅速将电压降至空载电压②在灭磁开关跳闸时，直流励磁机甩负荷，又可能在换向器上产生过电压，通过强行减磁能够迅速降低励磁电流。 强励倍数是1.2~2倍。
概念部分（小题） 1、电力电子装置的主要类型：AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC、静态开关 通信电源交流稳压电源 充电电源通用逆变电源 3、直流电源装置电解电镀直流电源交流电源装置不间断UPS电源 开关电源 4、缓冲电路的主要作用：抑制开关器件的di/dt 、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗 ，使之工作在安全工作区内。 5、常用耗能式缓冲电路：无极性、有极性、复合型注：p14电路模型区分。 6、过电流保护方法：（1）利用参数状态识别对单个期间进行自适保护 （2）利用常规方法进行最终保护。 7、为防止桥臂中两个开关器件直通，通常对两个开关器件的驱动信号进行互锁并设置死区 8、缓冲电路类型（判断或者填空） 无源功率因数校正（在电源输入端加入低频大电感） 9、功率因数校正有源滤波器无功谐波补偿 有源功率因数校正 功率因数校正电路(单项有源校正装置主要是 boost，可分为不连续电流模式和连续电流模式) 10、UPS典型结构：稳压器整流器逆变器转换开关 UPS主要分类：后备式、双变换在线式、在线互动式、双变换电压补偿在线式（delta 变换式） 其中：后备式是以市电供电为主的UPS，一般后备式UPS功率多在2kV A以下。其工作原理图见书P95图4.2 双变换在线式是以逆变器为主的工作方式，原理图书P95图4.3 11此外，在相同开关频率下，单极性的波动频率较双极性波提高一倍。 13、无源的功率因数校正是在输入端加电容电感进行被动补偿这是一种预补偿 有源的是主动补偿比如我们讲的Boost功率因数校正器 14、逆变类型：全桥半桥推挽 15、开关电源结构， 16、功率因数校正概念， 17、逆变器结构， 18、感应加热电源 （这些有的没有写出答案的大家自己对着书看一下啊，要断电了，来不及找了）
绪论1、葛洲坝水电厂，输送容量达120万科kW；大亚湾核电厂单机容量达90万kW；上海外高桥火电厂装机容量320万kW，最大单机容量90万kW。我国交流输电最高电压等级达500kV。 2、电能在生产、传输和分配过程中遵循着功率平衡的原则。 3、发电厂转换生产电能，按一次能源的不同又分为火电厂，水电厂，核电厂 3、自动控制装置对送来的信息进行综合分析，按控制要求发出控制信息即控制指令，以实现其预定的控制目标。 3、电力系统自动监视和控制，其主要任务是提高电力系统的安全、经济运行水平。 4、发电厂、变电所电气主接线设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。 5、同步发电机是转换产生电能的机械，它有两个可控输入量——动力元素和励磁电流。 6、电气设备的操作分正常操作和反事故操作。 7、发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。 8、电压和频率是电能质量的两个主要指标。 9、同步发电机并网运行操作是电气设备正常运行操作的重要内容。 10、电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置 11、计算机控制技术在电力系统自动装置中已广泛应用，有微机控制系统、集散控制系统、以及分布式控制系统等。 12、频率是电能质量的重要指标。有功功率潮流是电力系统经济运行和系统运行方式中的重要问题。 13、电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置：按频率自动减载装置是电力系统在事故情况下较为典型防止系统事故的安全自动装置。 第一章 14、自动装置的首要任务是将连续的模拟信号采集并转换成离散的数字信号后进入计算机，即数据采集和模拟信号的数字化。 15、自动装置的结构形式主要有三种，微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制系统和现场总线系统。 16、（简答）微型计算机系统的主要部件 1）传感器 2）模拟多路开关 3）采样/保持器 4）A/D转换器 5）存储器 6）通信单元 7）CPU 16、传感器的作用是把压力、温度、转速等非电量或电压、电流、功率等电量转换为对应的电压或电流的弱电信号。 17、采样/保持器一般由模拟开关、保持电容器和缓冲放大器组成 18、A/D转化器是把模拟信号转换为数字信号，影响数据采集速度和精度的主要因素之一。 19、一般把运算器和控制器合称中央处理单元（CPU）。/ 20、工业控制计算机系统一般由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘等外设接口组成。 21、定时器是STD总线的独立外设，具有可编程逻辑电路、选通电路和输出信号，可完成定时、计数以及实现“看门狗”功能等。 22、键盘显示板主要有键盘输入、显示输出、打印机 精品文档
1.发电机组并入电网后，应能迅速进入状态，其暂态过程要，以减小对电力系统的扰动。（ C ） A 异步运行，短B异步运行，长 C 同步运行，短D同步运行，长 2.最大励磁限制是为而采取的安全措施。（ D ） A 防止发电机定子绕组长时间欠励磁B防止发电机定子绕组长时间过励磁 C 防止发电机转子绕组长时间欠励磁D防止发电机转子绕组长时间过励磁 3. 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机。（ C ） A 发出功率，发电机减速B发出功率，发电机增速 C 吸收功率，发电机减速D吸收功率，发电机增速 4.同步发电机的运行特性与它的值的大小有关。（ D ） A 转子电流B定子电流 C 转速D空载电动势 5.自动并列装置检测并列条件的电压人们通常成为。（ A ） A 整步电压B脉动电压 C 线性电压D并列电压 6只能在10万千瓦以下小容量机组中采用的励磁系统是。（ B ）
A 静止励磁机系统B直流励磁机系统 C 交流励磁机系统D发电机自并励系统 7. 自动低频减载装置是用来解决事故的重要措施之一。（ C ） A 少量有功功率缺额 B 少量无功功率缺额 C 严重有功功率缺额D严重无功功率缺额 8. 并列点两侧仅有电压幅值差存在时仍会导致主要为的冲击电流，其值与电压差成。（ B ） A有功电流分量，正比 B 无功电流分量，正比 C有功电流分量，反比D无功电流分量，反比 9.由于励磁控制系统具有惯性，在远距离输电系统中会引起。（ D ） A 进相运行B高频振荡 C 欠励状态 D 低频振荡 10.容量为的同步发电机组都普遍采用交流励磁机系统。（ D ） A 50MW以下 B 10万千瓦以下 C 10万兆瓦以上 D 100MW以上 11电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的特性。（ B ） A 功率特性B一次调频频率特性 C 二次调频频率特性 D 调节特性
第一章绪论 1、电力电子技术的核心是电能形式的变换和控制，并通过电力电子装置实现其应用。 2、电力电子装置定义：以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。 3、电力电子控制系统：电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统。 4、电力电子装置的主要类型： AC/DC变换器（整流器） DC/DC变换器（采用PWM控制的变换器也叫直流斩波器） AC/AC变换器（输入输出频率相同叫做交流调压器，频率变化叫变频器） DC/AC变换器（逆变器） 静态开关（静态开关通、断时没有触点动作，从而消除了电弧的危害。且静态开关由电子电路控制，自动化程度高。） 5、电力电子装置的应用 （1）直流电源装置：通信电源、充电电源、电解电镀直流电源、开关电源 （2）交流电源装置：交流稳压电源、通用逆变电源、不间断电源UPS （3）特种电源装置：静电除尘用高压电源、超声波电源、感应加热电源、焊接电源 （4）电力系统用装置：高压直流输电、无功功率补偿装置和电力有源滤波器、电力开关（5）电机调速用电力电子装置：直流、交流 （6）其他实用装置：电子整流器和电子变压器、空调电源、微波炉、应急灯等电源 6、电力电子装置的发展前景：交流变频调速、绿色电力电子装置、电动车、新能源发电、信息来源 7、半导体电力电子开关器件：电力二极管、晶闸管、电力晶体三极管、电力场效应晶体管、绝缘门极双极型晶体管IGBT 8、电力转换模块：把同类或不同类的一个或多个开关器件按一定的拓扑结构及转换功能连接并封装在一起的开关器件组合体。 功率集成电路PIC：将电力电子开关器件与电力电子变换器控制系统中的某些环节制作在一个整体上，就叫功率集成电路。 电源管理集成电路：可以提供各种方式来控制电源转换并管理各种器件的集成电路。 9、散热： （1）为什么要散热？答:PN结是电力电子器件的核心，PN结的性能与温度密切相关，因而每种器件都规定最高允许结温，器件运行不得超过这个温度，否则许多特性参数改变，甚至使器件永久性烧坏，不散热，100A的二极管长时间流过50A也可能被烧坏。 （2）散热的原理。散热途径有三种，但电力电子器件采用热传导和热对流两种方式。（3）散热措施：减少器件损耗：采用软开关电路，增加缓冲电路等措施。 散热措施：提高接触面光洁度，涂导热硅脂，施加合适安装压力。 选择有效散热面积大的散热器。 结构设计注意风道的形成，可以用水、油等介质管道帮助冷却。 10、缓冲电路： （1）作用：抑制开关器件的di/dt、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区域内。 （2）普通晶闸管用无极性缓冲电路，GTO、BJT、IGBT等自关断器件，工作频率比SCR高得多，用有极性缓冲电路。
电力电子装置及系统概述 张密李静怡牟书丹李子君 0 引言 在电力系统中，许多功能的实现都需要靠电力电子装置来完成。比如说可再生能源的并网发电、无功和谐波的动态补偿、储能装置的功率转换、配用电能的双向流动、交直流电网的柔性互联等。 随着科技的日益发展，大功率、高电压电力电子器件的发展，变换器单元化、模块化以及智能化水平的提高，控制策略和调制策略性能的提升，电力电子装置在电力系统中的作用会越来越大。 1 电力电子装置及系统的概念 电力电子装置是以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置。 电力电子装置和负载组成的闭环控制系统称为电力电子控制系统，其基本组成如图所示。它是通过弱电控制强电实现其功能的。控制系统根据运行指令和输入、输出的各种状态，产生控制信号，用来驱动对应的开关器件，完成其特定功能。 2 电力电子装置的主要类型 电力电子装置的种类繁多，根据电能转换形式的不同，基本上可以分为5大类：交流-直流变换器（AC/DC）、直流-交流变换器（DC/AC）、直流-直流变换器（DC/DC）、交流-交流变换器（AC/AC）和电力电子静态开关。 1.AC/DC变换器 AC/DC变换器又称整流器。用于将交流电能变换为直流电能。 2.DC/DC变换器 DC/DC变换器用于将一种规格的直流电能变换为另一种规格的直流电能。采用PWM 控制的DC/DC变换器也称直流斩波器，主要用于直流电机驱动和开关电源。 3.DC/AC变换器 DC/AC变换器又称逆变器。用于将直流电能变换为交流电能。根据输出电压及频率的变化情况，可分为恒压恒频（CVCF）及变压变频（VVVF）两类，前者用作稳压电源，后者用于交流电动机变频调速系统。 4.AC/AC变换器 AC/AC变换器用于将一种规格的交流电能变换为另一种规格的直流电能。输入和输出频率相同的称为交流调压器，频率发生变化的称为周波变换器或变频器。 5.静态开关 静态开关又称无触点开关，它是由电力电子器件组成的可控电力开关。 根据需要，以上各类变换可以组合应用。此外，各类变换器正在向模块化发展，可方便地组成不同功率等级的变换器。 3 电力电子装置的应用概况 3.1发电阶段中的应用 （1）发电机组励磁。 大型发电机组应用静止励磁技术，与励磁机相比，具有调节速度快、控制简单的特点，显著提高
电力电子装置与系统考试资料仅供参考 学院：机电学院 专业：应用电子 班级： 学号： 姓名：
摘要：本文简单回顾了电力电子技术及其器件的发展过程，介绍了现在主流的电力电子器件的工作原理、应用范围及其优缺点，探讨了在21世纪中新型电力电子器件的应用展望。关键词：电力电子技术；晶闸管；功率集成电路； 引言 电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。从1958年美国通用电气（GE）公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始，电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子技术的诞生。到了70年代，晶闸管开始形成由低压小电流到高压大电流的系列产品。同时，非对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件相继问世，广泛应用于各种变流装置。由于它们具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点，其研制及应用得到了飞速发展。 由于普通晶闸管不能自关断，属于半控型器件，因而被称作第一代电力电子器件。在实际需要的推动下，随着理论研究和工艺水平的不断提高，电力电子器件在容量和类型等方面得到了很大发展，先后出现了GTR、GTO、功率MOSET等自关断、全控型器件，被称为第二代电力电子器件。近年来，电力电子器件正朝着复合化、模块化及功率集成的方向发展，如IGPT、MCT、HVIC等就是这种发展的产物。 电力整流管 整流管产生于本世纪40年代，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。目前已形成普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管等三种主要类型。其中普通整流管的特点是：漏电流小、通态压降较高（1.0～1.8V）、反向恢复时间较长（几十微秒）、可获得很高的电压和电流定额。多用于牵引、充电、电镀等对转换速度要求不高的装置中。较快的反向恢复时间（几百纳秒至几微秒）是快恢复整流管的显著特点，但是它的通态压降却很高（1.6～4.0V）。它主要用于斩波、逆变等电路中充当旁路二极管或阻塞二极管。肖特基整流管兼有快的反向恢复时间（几乎为零）和低的通态压降（0.3～0.6V）的优点，不过其漏电流较大、耐压能力低，常用于高频低压仪表和开关电源。目前的研制水平为:普通整流管（8000V/5000A/400Hz）；快恢复整流管（6000V/1200A/1000Hz）；肖特基整流管（1000V/100A/200kHz）。
在线考试2018年秋|电力系统自动装置|本科 一、单项选择题 1. 频率是标志电能质量的基本指标之一，同时也反映了系统（）的平衡状况。 (A) 无功功率 (B) 有功功率 (C) 电流 (D) 电压 分值：2 2. 从提高自动低频减载装置的效果出发，应该选择（）。 (A) 级差大一些，每级切除的负荷少一些 (B) 级差小一些，每级切除的负荷少一些 (C) 级差大一些，每级切除的负荷多一些 (D) 级差小一些，每级切除的负荷多一些 分值：2 3. 调峰电厂一般选择（）。 (A) 经济性能较差的火力发电厂 (B) 大容量机组的火力发电厂 (C) 核电厂 (D) 丰水期的水电厂 分值：2 完全正确得分：2 4. 与频率变化无关的负荷是（）。 (A) 通风机 (B) 切削机床 (C) 白炽灯 (D) 压缩机 分值：2 5. （）是负荷静态频率特性曲线上对应额定频率点的切线的斜率。 (A) 功率因数 (B) 负荷调节效应系数 (C) 调差系数
(D) 单位调节功率 分值：2 6. 同步发电机电压一无功电流外特性为正调差时（）。 (A) 若无功电流增加，则机端电压下降 (B) 若无功电流减少，则机端电压下降 (C) 若无功电流绝对值减少，则机端电压下降 (D) 若无功电流绝对值增加，则机端电压下降 分值：2 完全正确得分：2 7. 控制角α为（）度时，三相桥式全控整流电路，电阻性负载输出的电压波形处于连续和断续的临界状态。 (A) 120 (B) 60 (C) 0 (D) 30 分值：2 8. 大型发电机的自并励励磁系统采用（）。 (A) 三相桥式不可控整流电路 (B) 三相桥式全控整流电路 (C) 三相桥式半控整流电路 (D) 单相桥式全控整流电路 分值：2 9. 负荷增大时，并网运行的发电机台数将（）。 (A) 增多 (B) 不变 (C) 减小 (D) 不确定 分值：2 完全正确得分：2 10. 为了提高供电的可靠性和电能质量，电力系统中的发电机通常都采用（）运行。 (A) 串并联
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M 系统）的主要问题 V-M 系统本质上是带R 、L 、E 负载的晶闸管可控整流电路，关于它的电路原理、电压和电流波形、机械特性等问题，都已在“电力电子技术”课程中讲授。为了承上启下，本节按照分析和设计直流调速系统的需要，重点归纳V-M 系统的几个重要问题：1.触发脉冲相位控制；2.电流脉冲及其波形的连续与断续；3. 抑制电流脉动的措施；4. V-M 系统的机械特性；5. 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。 1.2.1触发脉冲相位控制 在图1-3的V-M 系统中，调节控制电压U c ，从而移动触发装置GT 输出脉冲的相位，即可方便地改变可控整流器VT 输出瞬时电压u d 的波形，以及输出平均电压U d 的数值。如果把整流装置内阻Rrec 移到装置外边，看成是其负载电路电阻的一部分，那么，整流电压便可以用其理想空载瞬时值u d0和平均值U d0 来表示，相当于用图1-7的等效电路代替图1-3实际的整流电路。 图1-7 V-M 系统主电路的等效电路图 这时，瞬时电压平衡方程式可写作 （1-3） 式中 E — 电动机反电动势(V)； i d — 整流电流瞬时值(A)； L — 主电路总电感(H)； R — 主电路等效电阻(Ω)；R = R rec + R a + R L ； R rec —整流装置内阻，包括整流器内部的电阻、整流器件正向压降所对应的电阻整流变压器漏抗换相压降的电阻； R a —电动机电枢电阻 R L —平波电抗器电阻。 对u d0进行积分，即得理想空载整流电压平均值U d0 。 用触发脉冲的相位角α 控制整流电压的平均值U d0是晶闸管整流器的特点。 U d0与触发脉冲相位角 α 的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，U d0 = f (α) 可用下式表示 （1-4） 式中 α—从自然换相点算起的触发脉冲控制角； U m — α = 0 时的整流电压波形峰值； t i L R i E u d d d d d0++=αcos π sin πm d0m U m U =R L +_+_I d U d0 E
1、与正弦整步电压最小值所对应的相角差定等于() A、0度 B、90度 C、180度 D、270度 正确答案:A 2、与正弦整步电压最小值所对应的相角差一定等于() A、0 B、1 C、-1 D、2 正确答案:A 3、调差系数δ>0时为()调差系数 A、正,下倾 B、负,下倾 C、正,上翘 D、负,上翘 正确答案:A 4、发电机并列操作中,当相角差较小时,冲击电流主要为() A、有功电流分量 B、无功电流分量 C、空载电流分量 D、短路电流分量 正确答案:A 5、准同步并列条件规定的允许电压差为不超过额定电压的() A、0%-5% B、5%-10% 正确答案:B 6、电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的()特性。 A、功率特性 B、一次调频频率特性 C、二次调频频率特性 D、调节特性 正确答案:B
7、能够有效地提高系统稳定的功率极限的装置有（） A、调速器 B、变压器 C、继保装置 D、励磁调节器 正确答案:B 8、最简单的励磁调节器的调节方式是() A、微分调节 B、比例调节 C、比例微分调节 D、比例积分调节 正确答案：B 9、当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机（） A.发出功率,发电机减速 B、发出功率,发电机增速 C、吸收功率,发电机减速 D、吸收功率,发电机增速 正确答案:C 10、我国电力系统220KV线路的故障类型中,有接近90%的故障是() A、三相短路 B、两相短路 C、单相接地短路 D、两相接地短路 正确答案:C 11、为防止断路器多次重合于永久性故障,重合闸装置接线中设置了() A、方向继电器 B、差动继电器 C、防跳继电器 D、阻抗继电器 正确答案:C 12、单侧电源线路的自动重合闸的主要特点是() A、存在同步问题 B、能存在可能不存在同步问题
三相正弦波变频电源设计 1设计任务分析 设计并制作一个三相正弦波变频电源，输出频率范围为20-100Hz，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载（Y型接法）。三相正弦波变频电源原理方框图如图1-1所示。 图1-1 三相正弦波变频电源原理框图 2 三相正弦波变频电源系统设计方案选择 2.1 整流滤波电路方案选择 方案一：三相半波整流电路。该整流电路在控制角小于30°时，输出电压和输出电流波形是连续的，每个晶闸管按相序依次被触发导通，同时关断前面已经导通的晶闸管，每个晶闸管导通120°；当控制角大于30°时，输出电压，电流的波形是断续的。 方案二：三相桥式整流电路。该整流电路是由一组共阴极电路和一组共阳极电路串联组成的。三相桥式的整流电压为三相半波的两倍。 三相桥式整流电路在任何时候都有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管中一个是共阴极组的，一个是共阳极组的。他们同时导通，形成导电回路。 比较以上两种方案，方案二整流输出电压高，纹波电压较小且不存在断续现象，同时因电源变压器在正，负半周内部有电流供给负载，电源变压器得到了充分的
利用，效率高，因此选用方案二。滤波电路用于滤波整流输出电压中的纹波，采用负载电阻两端并联电容器C的方式。 2.2 逆变电路方案选择 根据题目要求，选用三相桥式逆变电路 方案一：采用电流型三相桥式逆变电路。在电流型逆变电路中，直流输入是交流整流后，由大电感滤波后形成的电流源。此电流源的交流内阻抗近似于无穷大，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电流是幅值等于输入电流的方波电流。 方案二：采用电压型三相桥式逆变电路。在电压型逆变电路中，直流电源是交流整流后，由大电容滤波后形成的电压源。此电压源的交流内阻抗近似于零，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电压幅值等于输入电压的方波电压。 比较以上两种方案，电流型逆变器适合单机传动，加，减速频繁运行或需要经常反向的场合。电压型逆变器适合于向多机供电，不可逆传动或稳速系统以及对快速性要求不高的场合。根据题目要求，选择方案二。 2.3 SPWM（正弦脉宽调制）波产生方案选择 在给设计中，变频的核心技术是SPWM波的生成。 方案一：采用SPWM集成电路。因SPWM集成电路可输出三相彼此相位严格互差120°的调制脉冲，随意可作为三相变频电源的控制电路。这样的设计避免了应用分立元件构成SPWM波形发生器离散性，调试困难，稳定性较差。 方案二：采用AD9851DDS集成芯片。AD9851芯片由告诉DDS电路，数据输入寄存器，频率相位数据寄存器，告诉D/A转换器和比较器组成。由该芯片生成正弦波和锯齿波，利用比较器进行比较，可生成SPWM波。 方案三：利用FPGA通过编程直接生成SPWM波。利用其中分频器来改变脉冲信号的占空比和频率，主要是可通过外部按钮发出计数脉冲来改变分频预置数，实现外部动作来控制FPGA的输出信号。
《电力系统自动装置(Ⅰ)》第二次作业答案 一、单项选择题。本大题共20个小题，每小题 2.0 分，共40.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.我国国家标准规定电网的频率最多不超过（ B ） A.0.5Hz B.0.4Hz C.0.3Hz D.0.2Hz 2.同步发电机并列条件的根本判别标准是( C ) A.电压不变 B.频率不变 C.合闸冲击电流为零 3.准同期并列装置可分为恒定越前时间和 ( D ) A.恒定越前功率 B.恒定越前频率 C.恒定越前电压 D.恒定越前相角 4.线性整步电压( A ) A.只反映相角差 B.与电压幅值有关 C.与系统频率和电压有关 D.决定合闸电压 5.电力系统频率升高时，负荷吸收的有功功率( C ) A.不变 B.降低 C.升高 D.无法判断 6.双电源线路配置重合闸装置除满足基本要求外，还应考虑 ( D ) A.电压幅值 B.有功功率匹配 C.无功功率匹配 D.同步问题 7.励磁功率单元向同步发电机转子提供 ( A ) A.励磁电流 B.有功功率 C.系统频率
D.初始相位角 8.励磁系统提高电网暂态稳定性的条件之一是( D ) A.功率恒定 B.电压恒定 C.惯性时间长 D.惯性时间短 9.电力系统中同步发电机励磁系统的强励倍数一般为 ( B ) A.1---1.5 B. 1.6---2 C.2----2.5 D. 2.6----3 10.三峡等大型水力发电机组的励磁主要采用( C ) A.直流励磁机 B.交流励磁机 C.静止励磁 D.旋转励磁 11.大型发电机的励磁回路通常采用整流方式为( A ) A.三相桥式不可控整流 B.三相桥式半控整流 C.三相桥式全控整流 D.单相桥式不可控整流 12.小型机组的励磁调节方式一般为( B ) A.微分调节 B.比例调节 C.比例微分调节 D.比例积分调节 13.12脉波桥式整流电路的整流元件数为( B ) A. 6 B.12 C.18 D.24 14.并列断路器两侧的频率差称为( A ) A.滑差角频率 B.瞬时频率 C.实时频率 D.额定频率 15.不存在同步问题的重合闸是( D ) A.多端电源重合闸
《电力电子装置及控制》课程教学大纲 Power Electronic Devices and Control 课程编号： 适用专业：电气工程及其自动化 学时数：48 学分数：3 执笔者：叶斌编写日期：2002.5 一、课程的性质和目的 课程性质：《电力电子装置及控制》是电气工程及其自动化专业的专业课、必修课，主要内容为电力电子实用技术和典型电力电子装置的控制技术。 主要任务 1．使学生了解电力电子技术在国民经济中的重大作用以及电力电子技术的发展现状，扩大学生视野，启发学生创新思维； 2．在先修课“电力电子器件”和“电力电子技术”课程的基础上，进一步介绍大功率变流电路的结构、工作原理、功能指标，理解大功率电力电子实用装置的构成、基本电量的计算方法和所有装置需解决的共同技术问题； 3．介绍几类电力电子实用装置，使学生掌握其工作原理、运行特性、以及依据装置所服务的实际负载特点所采用的控制手段，培养学生面向生产、面向实际、面向工程的实际运用能力。 4．本门课是在学生学习过多门技术基础课的基础上开设的，它涵盖知识的内容多，面广，难度大，实用性强，能培养学生融会贯通知识、提高综合应用知识解决实际问题的能力。 二、课程教学内容 第一章整流装置（6学时） 内容：介绍大功率整流电路的典型结构和控制方式；整流装置的功能指标、改善功率因数的措施；电力电子装置的谐波及其抑制、快速静止无功补偿装置的基本原则。 学习要求及重点：掌握大功率整流的典型电路结构，技术性能，功能指标、抑制谐波以及提高功率因数的措施。 作业本章作业4~6题，内容：大功率多相整流基本电量计算2题；多重化整流电路的谐波分析计算2题；功率因数的计算1题；静止无功补尝装置原理分析1题。 第二章逆变装置（6学时） 内容：重点介绍逆变器输出谐波的抑制及波形的改善、三点式逆变电路工作原理、谐振直流环节逆变器以及DC/AC变换技术的应用。 学习要求及重点：重点掌握谐波的抑制、SPWM波调制技术、三电平逆变器和谐振直流环节逆变器的工作原理，以及DC/AC变换技术的应用。 作业：基本逆变电路的计算2题；逆变器的多重化技术2题；结合教学内容，查阅文献资料，写出有关逆变技术的应用论文1篇。 第三章直流传动装置（10学时） 内容：本章主要内容为由AC/DC和DC/DC变流装置供电的直流电动机系统特性及典型系统的控制技术。重点介绍V—M系统的开、闭环控制特性、直流电动机不可逆双闭环调速系统及可逆调速系统的控制技术及系统性能。
第一章 电力电子装置及系统的概念 电力电子控制系统 ---电力电子装置和负载组成的闭环系统。在设计电路参数时，必须考虑负载因素(功率、特性等)。 定义：以满足用电要求为目标，以电力半导体器件为核心，通过合理的电路拓扑和控制方式，采用相关的应用技术对电能实现变换和控制的装置 电力电子装置的主要类型： AC/DC 变换器（整流器） DC/DC 变换器（采用PWM 控制的变换器也叫直流斩波器） AC/AC 变换器（输入输出频率相同叫做交流调压器，频率变化叫变频器） DC/AC 变换器（逆变器） 静态开关（静态开关通、断时没有触点动作，从而消除了电弧的危害。且静态开关由电子电路控制，自动化程度高。） 散热： 散热措施： 减少器件损耗：采用软开关电路，增加缓冲电路等措施。 散热措施：提高接触面光洁度，涂导热硅脂，施加合适安装压力。 选择有效散热面积大的散热器。 结构设计注意风道的形成，可以用水、油等介质管道帮助冷却。 缓冲电路 关断缓冲电路 开通缓冲电路 复合缓冲电路 过电流保护： 防止过电流： 互锁：桥臂中一开关器件有驱动信号时，绝对不允许另一开关器件有驱动信号，可以利用门电路将桥臂中两个驱动信号进行互锁。 死区：桥臂中两个开关器件都不允许开通的时间。时间为器件关断时间的1.5-2倍 电流信号检测
过电流保护方法： ①利用参数状态识别对单个器件进行自适应保护。当饱和压降超过限定值的时候，器件驱动电路自动封锁脉冲。②利用常规办法进行最终保护。晶闸管用快速熔断器，高频开关器件用电流检测，过流时限制电流，必要时封锁驱动脉冲。 第二章 1高频开关电源的基本组成： （1）输入环节：输入浪涌电流抑制、瞬态电压抑制、线路滤波器、输入整流滤波 浪涌电流：在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，交流电源端阻抗低，产生浪涌电流。抑制方法：限流电阻加开关（将限流电阻串接于交流线路或整流桥后的直流母线上，开关与电阻并联）、采用负温度系数热敏电阻NTC、功率很小的开关电源直接在线路中串接电阻限制浪涌电流。 瞬态电压：在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管（TVS）抑制输入瞬态电压 （2）功率变换电路（Buck变换、Boost变换、Buck/Boost变换、正激、反激、推挽、半桥、全桥） （3）控制驱动保护电路：PWM电压控制模式、PWM峰值电流控制模式 3高频开关电源的控制模式： PWM电压控制模式：容易但响应慢（最基本的一种控制方式：单一的电压闭环） 电压控制的原理如下图所示，它只有一个电压反馈环，误差放大器的输出与恒定频率的三角波相比较，通过脉冲宽度调制，得到要求的输出电压。单一回馈的电压环使设计和调试都比较容易；但是当输入电压或负载发生突变时，要经过主电路的输出电容和电感L延时，以及电压放大器时的延时，再传至PWM比较调制脉宽，使输出电压变化，这几个延时是电压控制模式瞬时响应慢的主要因素。 改善电压模式瞬态响应慢：采用电压前馈模式控制PWM（斜坡可变化，响应快） 输入电压对电阻、电容（R ff、C ff）充电产生可变化的锯齿波，当输入电压增高，充电电流
1发电机准同期并列的实际条件：频差≤（0.2%~0.5%）Fn,压差≤（5%~10%）Un,相位角≤（5°~10°） 2在发电厂，发电机出口断路器，发电机双绕组变的出口断路器和三绕组变的三侧断路器可作同步点。 3准同期并列装置主要由频率差控制单元、电压差控制单元、合闸信号控制单元组成，其中合闸信号控制单元是同期并列装置的核心部件。 4同步发电机的励磁系统主要由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。 5对同步发电机，当励磁电流保持不变时，造成端电压下降的主要原因是无功电流增大。 6同步发电机的励磁方式包括自励和他励，其中静止电源供电属于自励式励磁方式。 7在三相半控整流桥正常工作时，触发脉冲的间隔为120°电度角，全控为60 8在调整系统频率时，除保证电力系统频率的偏差一般不得超过±0.2Hz,还要求在满足安全运行的约束条件下，实现发电机组之间负荷的经济分配。 9正调差特性的发电机用于直接在公共母线上并联运行，负调差特性的发电机用于经升压变压器在高压母线上并联运行，负调差特性的发电机不能参与在公共母线上并联运行。 10同步发电机的励磁调节方式分别是按电压偏差的反馈型调节和按定子电流、功率因数的补偿型调节，电压调节器经历了机电型、电磁型及电子型等发展阶段。 11α＜90°时，三相全控桥工作在整流状态，将交流转为直流。 90°＜α＜180°时，三相全控桥工作在逆变状态，将直流转为交流。 12励磁调节器最基本的功能是调节发电机的端电压，常用的励磁调节器是比例式调节器。 13发电机励磁控制系统调节特性分为：G 的固有调节特性和A VR 的静态特性。 14恒定越前时间：在G U .与X U .两相两重合之前恒定时间YJ t 发出合闸信号。 15整步电压：自动并列装置检测并列条件的电压。 16低频减载：当电力系统因事故而出现严重的有功功率缺额时，切除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平以内。 17负荷的频率调节效应：当系统内机组的输入功率∑Pti 和负荷功率间失去平衡时，系统负荷也参与了调节作用，它的特性有利于系统中的有功功率在另一频率值下重新平衡。用负荷的频率调节效应系数* **=df dP K L L 来衡量. ,其决定于负荷的性质。 18调速器分为：机械液压调速器、功率—频率电液调速器、数字式电液调速器。 19运行电厂分为调频厂、调峰厂和带基本负荷的发电厂三类。 20电力系统自动调频方法有比例调节、积分调节、微分调节。 21增加人工稳定区域可提高发电机输送功率极限或提高系统的稳定储备。 22同步发电机励磁自动调节在电力系统正常运行中的作用： ① 电压控制：负荷波动→电压波动→维持电压水平 ② 控制无功功率的分配：改变Ieq →改变机组的无功功率和功率角δ ③ 提高同步发电机并联运行的稳定性：改变Ieq →改变Eq 值来改善系统稳定性 ④ 改善电力系统运行条件 ⑤ 水轮发电机组要求实行强行减磁 23三种桥式整流电路在发电机的励磁系统中的主要任务是将交流电压整流成直流电压供给发电机励磁绕组或励磁机的励磁组。 电路结构的主要区别：三相桥式不可控整流电路整流元件全为二极管；三相桥式半控整流电路整流二极管V2、 V4、 V6是共阳极连接,晶闸管VS1 、VS3 、VS5是共阴极连接,
目录 1设计要求 (2) 2设计原理 (3) 2.1高频开关电源的基本组成 (3) 2.1.1开关电源的输入环节 (3) 2.1.2功率变换电路 (4) 2.1.3 控制及保护电路 (5) 2.2单端反激电源基本原理 (7) 2.2.1共同关系式 (7) 2.2.2连续工作模式 (8) 2.2.3不连续工作模式（含临界工作模式） (8) 3单端反激AC-DC-DC电源的设计 (9) 3.1 整流环节设计 (9) 3.2滤波环节设计 (12) 3.2.1滤波原理 (12) 3.2.2 RC滤波电路 (12) 3.2.3 LC滤波电路 (13) 3.2.4 滤波参数设计 (14) 3.3 主电路设计 (16) 3.3.1单端反激式开关电源电路的设计 (16) 3.3.2反馈环设计 (16) 4 模型仿真 (18) 4.1 AC DC整流滤波电路仿真 (18) 4.2开环系统仿真 (19) 4.3 闭环系统仿真 (22) 5 小结 (25) 参考文献 (26)
单端反激AC-DC-DC电源（20V，10W） 设计 1 设计要求 初始条件： 设计一个AC-DC-DC电源，具体参数如下：三相交流输入220V/50Hz，输出直流电压20V,纹波系数<5%，功率10W。 要求完成的主要任务: （1）对AC-DC-DC 电源进行主电路设计； （2）控制方案设计； （3）给出具体滤波参数的设计过程； （4）在MATLAB/Simulink搭建闭环系统仿真模型，进行系统仿真；（5）分析仿真结果，验证设计方案的可行性。
2 设计原理 2.1高频开关电源基本组成 高频开关电源主要由输入环节、功率变换电路以及控制驱动保护电路3大部分组成。 2.1.1开关电源的输入环节 1）输入浪涌电流和瞬态电压的抑制 （1）输入浪涌电流抑制 在合闸的瞬间，由于输入滤波电容的充电，在交流电源端会呈现非常低的阻抗，产生大的浪涌电流，为了将浪涌电流控制在安全范围内，根据高频开关电源功率的大小，一般采取以下两种方法：一种是限流电阻加开关，另一种是采用负温度系数热敏电阻的方法。 限流电阻加开关的方法，是将限流电阻串接于交流线路之中或整流桥之后的直流母线上，开关与限流电阻并联，当滤波电容充满电荷后，开关导通，短接电阻，因此可用晶闸管组成无触点开关。 选择具有负温度系数的热敏电阻NTC取代上述电阻，就不需要开关。在合闸的瞬间NTC电阻的阻值很大，流过电流之后，温度上升，阻值迅速变小，既可以限制浪涌电流，又可以保证输入环节在稳态工作时不消耗太大的功率。 对于功率很小的开关电源，可以直接在线路中串接电阻限制浪涌电流。 （2）输入瞬态电压抑制 通常是在交流线路间并联压敏电阻或者瞬态电压抑制二极管来抑制输入瞬态电压。瞬态电压抑制二极管简称TVS器件，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低，允许大电流听过，并将电压钳制到预定水平，它的应用效果相当一个稳压管，但TVS能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其钳位响应时间仅为1ps。在脉冲时间10ms条件下，TVS允许的正向浪涌电流可达 50A~200A。双向TVS适用于交流电路，单向TVS用于直流电路
《电力系统自动装置(Ⅰ)》第一次作业答案 一、单项选择题。本大题共20个小题，每小题分，共分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.我国电网的额定频率为（ B ） A.45Hz B.50 Hz C.55 Hz D.60 Hz 2.电力系统运行中的主要并列方式为（ C ） A.自同期 B.非同期 C.准同期 D.同周期 3.按提前量的不同，准同期并列装置可分为恒定越前相角和（ D ） A.恒定越前功率 B.恒定越前频率 C.恒定越前电压 D.恒定越前时间 4.只反映了断路器两端的相角差特性，而与它们的电压幅值无关的 整步电压是（ B ） A.正弦整步电压 B.线性整步电压 C.余弦整步电压 D.同期整步电压 5.电力系统发生有功功率缺额时，系统频率会（ C ） A.升高 B.不变 C.降低 D.无法判断 6.双电源线路配置重合闸装置除满足基本要求外，还应考虑 （ D ） A.电压幅值 B.有功功率匹配 C.无功功率匹配 D.同步问题 7.励磁功率单元向同步发电机转子提供（ B ） A.交流电流 B.直流电流 C.交流电压 D.任何电压 8.能够有效地提高系统稳定的功率极限的装置有（ D ）
A.调速器 B.变压器 C.继保装置 D.励磁调节器 9.励磁顶值电压是励磁功率单元在强励时可能提供的最高电压，该值与额定励磁电压之比称为强励倍数，其值一般为（ B ） A.1 B. 2 C. 2 D.3 10.用于大型发电机组的励磁系统主要是（ C ） A.直流励磁机 B.交流励磁机 C.静止励磁 D.旋转励磁 11.大型发电机的转子励磁回路通常采用整流方式是（ A ） A.三相桥式不可控整流 B.三相桥式半控整流 C.三相桥式全控整流 D.单相桥式不可控整流 12.最简单的励磁调节器的调节方式是（ B ） A.微分调节 B.比例调节 C.比例微分调节 D.比例积分调节 13.六相桥式整流电路的整流元件数为（ B ） A. 6 B.12 C.18 D.24 14.并列断路器两侧电压瞬时值之差称为（ A ） A.滑差电压 B.瞬时电压 C.差分电压 D.顺差电压 15.单侧电源线路的自动重合闸的主要特点是（ C ） A.存在同步问题 B.能存在可能不存在同步问题 C.不存在同步问题 D.以上均不正确 16.在励磁调节器中，综合放大单元的输出电压Uc所控制的是（ C ） A.调差单元 B.测量比较单元