电力电子变流技术
- 格式:doc
- 大小:451.00 KB
- 文档页数:5
电力电子变流技术相关知识电力电子变流技术相关知识电力电子变流技术是为了能够将交流电的电压和频率转换成直流电而产生的。
由于许多设备和电器都需要直流电源,这样的技术就变得非常重要。
变流技术使得交流电可以在短时间内被转换成为直流电,并且能够提供恒定的电压和功率。
本文将对电力电子变流技术进行详细的介绍。
电力电子变流技术的基础电力电子变流技术是通过使用电力电子器件,例如整流器、逆变器、直流电压变换器等,将交流电转换为直流电。
整流器是用于将交流电转换为直流电的设备,逆变器是将直流电转换为交流电的设备,而直流电压变换器则是用于调整电压的设备。
电力电子变流器种类根据电力电子器件的类型和应用,电力电子变流器非常多样化。
其种类包括但不限于全控整流器、半控整流器、三相不间断电源、单相不间断电源、三相脉冲宽度调制逆变器、单相脉冲宽度调制逆变器等。
全控整流器工作原理全控整流器由整流桥和一个装有一定数量的可控硅管的电路组成。
可控硅管是一种双向晶闸管,能够通过触发脉冲实现开关的控制。
可控硅管的控制方式有两种:相角控制和电流控制。
在相角控制中,控制信号的宽度决定了触发脉冲的延迟时间,调节这个时间可以改变理想系统的输出电压。
在电流控制电路中,一个电流传感器将电流产生的电压送入比较器进行比较,并将输出信号输入计算机控制单元,然后利用计算机算法进行调节。
半控整流器工作原理半控整流器的操作方式与全控整流器基本相同,但是只有半个侧面电极是可控的。
因此,在这种情况下,只有直流电压输出可以通过调节触发脉冲的相位来调节。
在半控整流器中,普通硅沟可控晶闸管或快速开关二极管常用于实际的开关器件。
三相不间断电源(UPS)工作原理“UPS”代表“不间断电源”,这种变流器设计是为了确保对某些重要设备的不间断电力保护。
UPS通过连接到主要的交流电电源上,能够持续并直接地将电流传送到设备中。
但是,当主要电源故障时,UPS会立即切换到电池电源,以确保设备始终运行。
电力电子变流器的工作原理及调节方法电力电子变流器是一种能够将电力源的特定特性转化为所需要的特定负载特性的装置。
它在现代电力系统中起着至关重要的作用,广泛应用于工业、交通等领域。
本文将介绍电力电子变流器的工作原理以及调节方法。
一、电力电子变流器的工作原理电力电子变流器是通过将电力源的特性进行变换,使其能够符合负载的特性要求。
其工作原理主要包括两个关键过程:开关过程和能量转移过程。
1. 开关过程电力电子变流器通过控制开关器件的导通和关断,将电源的电能转换为符合负载需求的电能。
开关器件通常采用晶闸管、二极管等,通过改变其导通和关断状态来控制电力的流向和大小。
开关过程的实现涉及到控制信号的生成和传输,其中包括PWM(脉宽调制)技术和谐波滤除等方法。
2. 能量转移过程能量转移过程是指电力电子变流器将电源提供的电能转移到负载上的过程。
在能量转移过程中,通过开关过程实现的电能转换成为满足负载要求的电能,同时也会伴随能量损耗。
为了提高能量转移的效率,电力电子变流器通常采用高效能量转换电路,如谐振电路和电路拓扑优化等。
二、电力电子变流器的调节方法为了满足不同负载要求,电力电子变流器需要进行精确的调节。
以下是常用的几种调节方法:1. 脉宽调制(PWM)调节脉宽调制技术是一种通过改变开关器件的导通时间比例,来调节输出电压或电流的方法。
通过调节脉宽,可以实现对输出电压或电流的精确控制。
脉宽调制技术具有调节范围广、调节精度高等优点,广泛应用于变频调速、电力调节等领域。
2. 频率调制调节频率调制调节是一种通过改变开关器件的开关频率,来调节输出电压或电流的方法。
通过调节频率,可以实现对输出电压或电流的调节。
频率调制调节一般用于特殊应用,如谐振电力电子变流器等。
3. 直接调节法直接调节法是指通过改变电力电子变流器的控制参数,直接调节输出电压或电流的方法。
这种调节方法通常通过改变参数,如控制电压、电流或转矩等,来实现对电力电子变流器的调节。
《电力电子技术》复习参考答案1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答:晶闸管的导通条件是:晶闸管阳极和阳极间施加正向电压,并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流(或脉冲)。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定,负载上电压由输入阳极电压U A 决定。
1.2晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答:晶闸管的关断条件是:要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态,可采用阳极电压反向使阳极电流I A 减小,I A 下降到维持电流I H 以下时,晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断,其两端电压大小由电源电压U A 决定。
1.3温度升高时,晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化? 答:温度升高时,晶闸管的触发电流随温度升高而减小,正反向漏电流随温度升高而增大,维持电流I H 会减小,正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种?答:非正常导通方式有:(1) I g =0,阳极电压升高至相当高的数值;(1) 阳极电压上升率du/dt 过高;(3) 结温过高。
1.5请简述晶闸管的关断时间定义。
答:晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
1.11某晶闸管型号规格为KP200-8D ,试问型号规格代表什么意义?解:KP 代表普通型晶闸管,200代表其晶闸管的额定电流为200A ,8代表晶闸管的正反向峰值电压为800V ,D 代表通态平均压降为V U V T 7.06.0<<。
1.12如图题1.12所示,试画出负载R d 上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。
图题1.12解:其波形如下图所示:1.15 什么叫GTR的一次击穿?什么叫GTR的二次击穿?答:处于工作状态的GTR,当其集电极反偏电压U CE渐增大电压定额BU CEO时,集电极电流I C急剧增大(雪崩击穿),但此时集电极的电压基本保持不变,这叫一次击穿。
第一章 电力半导体器件习题与思考题解1-1.晶闸管导通的条件是什么?怎样使晶闸管由导通变为关断?解:晶闸管导通的条件是:阳极承受正向电压,处于阻断状态的晶闸管,只有在门极加正向触发电压,才能使其导通。
门极所加正向触发脉冲的最小宽度,应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流,即擎住电流IL以上。
导通后的晶闸管管压降很小。
使导通了的晶闸管关断的条件是:使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值-维持电流IH以下。
其方法有二:1)减小正向阳极电压至某一最小值以下,或加反向阳极电压; 2)增加负载回路中的电阻。
1-2.型号为KP100-3的晶闸管,维持电流I H =4mA ,使用在题1-2图中的电路中是否合理?为什么(不考虑电压、电流裕量)?解:根据机械工业部标准JB1144-75规定,KP型为普通闸管,KP100-3的晶闸管,其中100是指允许流过晶闸管的额定通态平均电流为100A ,3表示额定电压为300V 。
对于图(a),假若晶闸管V 被触发开通,由于电源为直流电源,则晶闸管流过的最大电流为()mA IV2105001003=⨯=因为I V < I H ,而I H < I L ,I L 为擎住电流,通常I L =(2~4) I H 。
可见,晶闸管流过的最大电流远小于擎住电流,所以,图(a)不合理。
对于图(b),电源为交流220V ,当α=0°时,最大输出平均电压 9922045.045.02=⨯=≈U Ud(V)平均电流9.91099===R U d VAR I (A) 波形系数57.1≈=VARVfI I K所以, IV=K f 。
IVAR=1.57×9.9=15.5(A)而KP100-3允许流过的电流有效值为I VE =1.57×100=157(A), I L < I V <I VE ,所以,电流指标合理。
但电路中晶闸管V可能承受的最大正反向峰值电压为31122022≈⨯===U U URm Fm(V)>300(V)所以,图(b)不满足电压指标,不合理。
电力电子技术中的电力电子变流器的工作原理是什么电力电子变流器是电力电子技术的重要组成部分,其工作原理是将输入的电源电流转换成需要的输出电流。
它在实现直流到交流变换、控制电压、节能等方面具有广泛应用。
本文将从电力电子变流器的基本原理、构造和工作方式等方面进行阐述。
一、电力电子变流器的基本原理电力电子变流器主要通过开关器件实现电流的控制和变换。
其基本原理是通过改变开关器件的导通和截止状态来调节电路的导通时间和导通频率,从而实现对所需电流的控制和输出。
电力电子变流器通常包含控制电路、功率电子器件和电路结构等部分。
其中,控制电路负责检测输入电流和输出电流,并通过信号处理和调节来控制开关器件的状态。
功率电子器件主要包括可控硅、晶闸管、IGBT等,它们根据控制电路的指令,将输入电源的电流转换成需要的输出电流。
电路结构则根据具体需求设计,如全桥、半桥、多电平等。
二、电力电子变流器的构造1. 控制电路:控制电路是电力电子变流器的核心部分,用于检测输入电流、输出电流和电压等参数,并通过信号处理和调节来控制功率电子器件的开关状态。
控制电路通常由传感器、比较器、调节器和触发器等组成,以实现对开关器件的精确控制。
2. 功率电子器件:功率电子器件是电力电子变流器中的重要部分,它们根据控制电路的指令,将输入电源的电流转换成需要的输出电流。
常见的功率电子器件包括可控硅、晶闸管、IGBT等,其特点是具有高压、大电流和快速开关等特性,以满足不同应用场景的要求。
3. 电路结构:电路结构根据具体需求设计,并根据功率电子器件的特性进行匹配。
常见的电路结构包括全桥、半桥、多电平等,在不同的应用领域中具有不同的优势。
通过合理设计电路结构和功率电子器件的配置,可以实现高效、稳定和可靠的电能转换。
三、电力电子变流器的工作方式电力电子变流器根据输入信号和输出信号的特点可以分为直流变换和交流变换两种工作方式。
1. 直流变换:直流变换是将直流电源中的电流通过变流器转换成需要的直流电流。
第六章无源逆变电路习题与思考题解6-1. 无源逆变电路和有源逆变电路的区别有哪些解:无源逆变电路就是将直流电能转换为某一固定频率或可变频率的交流电能,并且直接供给负载使用的逆变电路。
有源逆变电路就是将直流电能转换为交流电能后,又馈送回交流电网的逆变电路。
这里的“源”即指交流电网,或称交流电源。
6-2. 什么是电压型逆变电路和电流型逆变电路各有什么特点解:根据逆变器直流侧电源性质的不同可分为两种,直流侧是电压源的称为电压型逆变器,直流侧是电流源的称为电流型逆变器。
电压型逆变器,其中间直流环节以电容贮能,具有稳定直流侧电压的作用。
直流侧电压无脉动、交流侧电压为矩形波,多台逆变器可以共享一套直流电源并联运行。
由于PW(脉宽调制) 技术的出现和发展,使得电压和频率的调节均可在逆变过程中由同一逆变电路完成,应用更为普遍。
电流型逆变器,中间直流环节以电感贮能,具有稳定直流侧电流的作用。
它具有直流侧电流无脉动、交流侧电流为矩形波和便于能量回馈等特点。
一般用于较大功率的调速系统中,如大功率风机、水泵等。
6-3. 试说明电压型逆变电路中续流二极管的作用。
解:对于电感性负载,由于电感的储能作用,当逆变电路中的开关管关断时,负载电流不能立即改变方向,电流将保持原来的流向,必须通过与开关管反向并联的大功率二极管进行续流,来释放电感中储存的能量,这就是电压型逆变电路中续流二极管的作用。
若电路中无续流二极管,开关管关断时,由于电感中的电流将产生很大电流变化率,从而在电路中引起很高的过电压,对电路的器件或绝缘产生危害。
6-4试述180°导电型电压型逆变电路的换流顺序及每60°区间导通管号。
解:参阅教材P101中的图6-4 (g)。
180 °导电型电压型逆变电路,每个开关管在每个周期中导通180 °,关断时间也是180。
,换流(换相)是在同一个桥臂的上、下两个开关管之间进行,亦称纵向换相。
电力电子技术试题(第一章)一、填空题1、普通晶闸管内部有PN结,,外部有三个电极,分别是极极和极。
1、两个、阳极A、阴极K、门极G。
2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时,门极上加上电压,晶闸管就导通。
2、正向、触发。
3、、晶闸管的工作状态有正向状态,正向状态和反向状态。
3、阻断、导通、阻断。
4、某半导体器件的型号为KP50—7的,其中KP表示该器件的名称为,50表示,7表示。
4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压100V。
5、只有当阳极电流小于电流时,晶闸管才会由导通转为截止。
5、维持电流。
6、当增大晶闸管可控整流的控制角α,负载上得到的直流电压平均值会。
6、减小。
7、按负载的性质不同,晶闸管可控整流电路的负载分为性负载,性负载和负载三大类。
7、电阻、电感、反电动势。
8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时,负载两端的直流电压平均值会,解决的办法就是在负载的两端接一个。
8、减小、并接、续流二极管。
9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。
要求管子的额定电流值要些。
9、小、脉冲、小、大。
10、单结晶体管的内部一共有个PN结,外部一共有3个电极,它们分别是极、极和极。
10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。
11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通;低于电压时就截止。
11、峰点、谷点。
12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压,保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发,才能得到稳定的直流电压。
12、同步、时刻。
13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。
13、正弦波、锯齿波。
14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加,利用改变的大小,来实现移相控制。
14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。
15、在晶闸管两端并联的RC回路是用来防止损坏晶闸管的。
15、关断过电压。
16、为了防止雷电对晶闸管的损坏,可在整流变压器的一次线圈两端并接一个或。
16、硒堆、压敏电阻。
16、用来保护晶闸管过电流的熔断器叫。
16、快速熔断器。
二、判断题对的用√表示、错的用×表示(每小题1分、共10分)1、普通晶闸管内部有两个PN结。
(×)2、普通晶闸管外部有三个电极,分别是基极、发射极和集电极。
(×)3、型号为KP50—7的半导体器件,是一个额定电流为50A的普通晶闸管。
()4、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零,晶闸管就会关断。
(×)5、只要给门极加上触发电压,晶闸管就导通。
(×)6、晶闸管加上阳极电压后,不给门极加触发电压,晶闸管也会导通。
(√)7、加在晶闸管门极上的触发电压,最高不得超过100V。
(×)8、单向半控桥可控整流电路中,两只晶闸管采用的是“共阳”接法。
(×)9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。
(×)10、增大晶闸管整流装置的控制角α,输出直流电压的平均值会增大。
(×)11、在触发电路中采用脉冲变压器可保障人员和设备的安全。
(√)12、为防止“关断过电压”损坏晶闸管,可在管子两端并接压敏电阻。
(×)13、雷击过电压可以用RC吸收回路来抑制。
(×)14、硒堆发生过电压击穿后就不能再使用了。
(×)15、晶闸管串联使用须采取“均压措施”。
(√)16、为防止过电流,只须在晶闸管电路中接入快速熔断器即可。
(×)17、快速熔断器必须与其它过电流保护措施同时使用。
(√)18、晶闸管并联使用须采取“均压措施”。
(×)22、在电路中接入单结晶体管时,若把b1、b2接反了,就会烧坏管子。
(×)23、单结晶体管组成的触发电路也可以用在双向晶闸管电路中。
(√)24、单结晶体管组成的触发电路输出的脉冲比较窄。
(√)25、单结晶体管组成的触发电路不能很好地满足电感性或反电动势负载的要求。
(√)三、单项选择题把正确答案的番号填在括号内(每小题1分,共10分)1、晶闸管内部有(C)PN结。
A 一个,B 二个,C 三个,D 四个2、单结晶体管内部有(A)个PN结。
A 一个,B 二个,C 三个,D 四个3、晶闸管可控整流电路中的控制角α减小,则输出的电压平均值会(B)。
A 不变,B 增大,C 减小。
4、单相半波可控整流电路输出直流电压的平均值等于整流前交流电压的()倍。
A 1,B 0.5,C 0.45,D 0.9.5、单相桥式可控整流电路输出直流电压的平均值等于整流前交流电压的()倍。
A 1,B 0.5,C 0.45,D 0.9.7、为了让晶闸管可控整流电感性负载电路正常工作,应在电路中接入(B)。
A 三极管,B 续流二极管,C 保险丝。
8、晶闸管可整流电路中直流端的蓄电池或直流电动机应该属于(C)负载。
A 电阻性,B 电感性,C 反电动势。
9、直流电动机由晶闸管供电与由直流发电机供电相比较,其机械特性(C)。
A 一样,B 要硬一些,C 要软一些。
10、带平衡电抗器的双反星型可控整流电路适用于(A)负载。
A 大电流,B 高电压,C 电动机。
11、晶闸管在电路中的门极正向偏压(B)愈好。
A 愈大,B 愈小,C 不变12、晶闸管两端并联一个RC电路的作用是(C)。
A 分流,B 降压,C 过电压保护,D 过电流保护。
13、压敏电阻在晶闸管整流电路中主要是用来(C)。
A 分流,B 降压,C 过电压保护,D 过电流保护。
14、变压器一次侧接入压敏电阻的目的是为了防止(C)对晶闸管的损坏。
A 关断过电压,B 交流侧操作过电压,C 交流侧浪涌。
15、晶闸管变流装置的功率因数比较(B)。
A 高,B 低,C 好。
16、晶闸管变流器接直流电动机的拖动系统中,当电动机在轻载状况下,电枢电流较小时,变流器输出电流是(B)的。
A 连续,B 断续,C 不变。
18、普通晶闸管的通态电流(额定电流)是用电流的(C)来表示的。
A 有效值B 最大赛值C 平均值20、普通的单相半控桥可整流装置中一共用了(A)晶闸管。
A 一只,B 二只,C 三只,D 四只。
四、问答题(每小题6分,共计24分)答:电力电子变流技术现在一般都应用在可控整流、有源逆变、交流调压、逆变器(变频器)、直流斩波和无触点功率静态开关等几个方面。
1、晶闸管的正常导通条件是什么?晶闸管的关断条件是什么?如何实现?答:当晶闸管阳极上加有正向电压的同时,在门极上施加适当的触发电压,晶闸管就正常导通;当晶闸管的阳极电流小于维持电流时,就关断。
只要让加在晶闸管两端的阳极电压减小到零或让其反向,就可以让晶闸管关断。
2、对晶闸管的触发电路有哪些要求?答:为了让晶闸管变流器准确无误地工作要求触发电路送出的触发信号应有足够大的电压和功率;门极正向偏压愈小愈好;触发脉冲的前沿要陡、宽度应满足要求;要能满足主电路移相范围的要求;触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压取得同步。
3、正确使用晶闸管应该注意哪些事项?答:由于晶闸管的过电流、过电压承受能力比一般电机电器产品要小的多,使用中除了要采取必要的过电流、过电压等保护措施外,在选择晶闸管额定电压、电流时还应留有足够的安全余量。
另外,使用中的晶闸管时还应严格遵守规定要求。
此外,还要定期对设备进行维护,如清除灰尘、拧紧接触螺钉等。
严禁用兆欧表检查晶闸管的绝缘情况。
4、晶闸管整流电路中的脉冲变压器有什么作用?答:在晶闸管的触发电路采用脉冲变压器输出,可降低脉冲电压,增大输出的触发电流,还可以使触发电路与主电路在电气上隔离,既安全又可防止干扰,而且还可以通过脉冲变压器多个二次绕组进行脉冲分配,达到同时触发多个晶闸管的目地。
5、一般在电路中采用哪些措施来防止晶闸管产生误触发?答:为了防止晶闸管误导通,①晶闸管门极回路的导线应采用金属屏蔽线,而且金属屏蔽层应接“地”;②控制电路的走线应远离主电路,同时尽可能避开会产生干扰的器件;③触发电路的电源应采用静电屏蔽变压器。
同步变压器也应采用有静电屏蔽的,必要时在同步电压输入端加阻容滤波移相环节,以消除电网高频干扰;④应选用触发电流稍大的晶闸管;⑤在晶闸管的门极与阴极之间并接0.01μF ~0.1μF 的小电容,可以有效地吸收高频干扰;⑥采用触发电流大的晶闸管。
7、晶闸管的过电流保护常用哪几种保护方式?其中哪一种保护通常是用来作为“最后一道保护”用?答:晶闸管的过电流保护常用快速熔断器保护;过电流继电器保护;限流与脉冲移相保护和直流快速开关过电流保护等措施进行。
其中快速熔断器过电流保护通常是用来作为“最后一道保护”用的。
8、对晶闸管的触发电路有哪些要求?计算题 (每小题10分,共计20分)1、 单相半波可控整流电路,电阻性负载。
要求输出的直流平均电压为50~92V 之间连续可调,最大输出直流电流为30A ,由交流220V 供电,求①晶闸管控制角应有的调整范围为多少?②选择晶闸管的型号规格(安全余量取2倍,dT I I=1.66)。
解:① 单向半波可控整流电路的U L =0.45U 221αCOS +当U L =50V 时COS α=20452U U L—1=220045502⨯⨯—1≈0则α=90° 当U L =92V 时 COS α=20452U U L—1=220045922⨯⨯—1=0.87则α=30°∴控制角α的调整范围应为0~90° ②由dTI I =1.66知 I=1.66I d =1.66×30=50A 为最大值∴ I T(A V)=2×57.1TM I =2×57.150=64A 取100A又 U yn =2U TM =2×2×220=624V 取700V晶闸管的型号为:KP100-7。
2、 一台由220V 供电的自动恒温功率为1kW 的电炉,采用单相半控桥整流电路。
通过计算选择晶闸管和续流二极管的型号。
解:电炉电阻丝的电阻R d =dP U 22=1000220220⨯≈48Ω当α=0°时晶闸管与整流管的电流有效值才最大为 I Tm =I Dm =RdU 2παπαπ2241-+SIn =48220πππ200241-+⨯=3.2A 选择晶闸管和整流管的型号I T(A V)=(1.5~2)57.1Tm I =(1.5~2)57.12.3=34A取5A(电流系列值)U Tn =(2~3)U TM =(2~3)2×220=625~936V所以,晶闸管的型号为KP5-8 同理,整流管的型号为ZP5-83、 单相半波可控整流电路中,已知变压器次级U 2=220V ,晶闸管控制角α=45°,负载R L =10Ω。
计算负载两端的直流电压平均值、负载中电流平均值和每只晶闸管流过的电流平均值。