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通，正向阳极电压和正向门极电压两者缺一不可。

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，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极加反压，或者降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流降低到一定数值以下。

5.当门极未加触发电压时，晶闸管具有正向阻断能力，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：K f=I/I d >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、不可控、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、引入概念：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：具有变压器中心抽头、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：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-C3、谐波的次数：N (f n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，f r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。