电力电子电路
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电力电子技术整流电路总结篇一:电力电子技术常见的整流电路特点总结电力电子技术常见的整流电路特点总结篇二:电力电子技术重要公式总结单相半波可控整流带电阻负载的工作情况:au1iRdbcde电阻负载的特点:电压与电流成正比,两者波形相同。
触发延迟角:从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。
导通角:晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度,用θ表示。
直流输出电压平均值:1Ud????2U21?cos?2U2sin?td(?t)?(1?cos?)?0.45U22?2(3-1)VT的a移相范围为180?通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式简称相控方式。
带阻感负载的工作情况:bcdef阻感负载的特点:电感对电流变化有抗拒作用,使得流过电感的电流不发生突变。
续流二极管数量关系:idVT????id2?(3-5)(3-6)(3-7)iVT?idVdR?????id(?t)?2?id?2d????id2?12?iVdR???2??????id(?t)?id(3-8)2?2dabcdifgV单相半波可控整流电路的特点:1.VT的a移相范围为180?。
2.简单,但输出脉动大,变压器二次侧电流中含直流分量,造成变压器铁芯直流磁化。
3.实际上很少应用此种电路。
4.分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。
单相桥式全控整流电路带电阻负载的工作情况:bucdV图3-5单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形数量关系:1?22U21?cos?1?cos?Ud??2U(:电力电子技术整流电路总结)2sin?td(?t)??0.9U2???22a角的移相范围为180?。
向负载输出的平均电流值为:(3-9)Ud22U21?cos?U21?cos?id???0.9R?R2R2流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半,即:(3-11)idVT1U21?cos??id?0.452R2(3-10)流过晶闸管的电流有效值:iVT1?2???1?(2U2U1???sin?t)2d(?t)?2sin2??R?2R2?(3-12)变压器二次测电流有效值i2与输出直流电流i有效值相等:2U2U22?1???。
电力电子技术中的电力电子电路的分析方法有哪些电力电子技术在现代电力系统中扮演着重要的角色,它可以实现电力的调节、转换和控制,有效提高能源的利用效率。
而电力电子电路的分析方法是理解和研究电力电子系统运行原理的基础。
本文将介绍几种常见的电力电子电路分析方法。
一、直流电路分析方法直流电路通常由直流电源、电阻、电容、电感以及开关等元件组成。
分析直流电路主要采用基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律,以及欧姆定律等基本电路分析法则。
对于非线性的电路元件,还可以采用迭代法进行分析。
二、交流电路分析方法交流电路是由交流电源、电感、电容和电阻等元件组成的电路。
对于交流电路的分析,可以采用复数表示法和相量表示法。
通过对电压和电流进行相量运算,可以求解电路的频率响应、幅频特性和相频特性等参数。
三、模拟电路分析方法模拟电路是由二极管、三极管、运算放大器等模拟元件组成的电路。
模拟电路的分析方法主要包括基于等效电路的小信号分析法、大信号分析法以及频率响应分析法等。
通过这些方法可以对模拟电路的各种性能指标进行分析。
四、开关电路分析方法开关电路是由开关元件如晶体管、MOSFET等组成的电路。
在开关电路中,主要采用开关瞬态分析法和开关稳态分析法。
开关瞬态分析法可以对开关元件的开关过程进行分析,确定开关速度和损耗等参数。
开关稳态分析法则用于确定开关电路的工作状态和各种性能指标。
在电力电子技术中,还有许多其他的电力电子电路分析方法,如状态空间法、小信号分析法以及数值仿真法等。
不同的分析方法适用于不同类型的电力电子电路,可以用来解决不同的问题和优化电路设计。
总结起来,电力电子电路的分析方法包括直流电路分析方法、交流电路分析方法、模拟电路分析方法以及开关电路分析方法等,通过这些方法可以深入理解电力电子电路的工作原理和性能指标,为电力电子技术的研究和应用提供支持。
第3章 整流电路1.对于带阻感负载的单相半波可控整流电路的续流二极管D ,以下表达中正确的选项是:A.使变压器负边电压平均值减小;B.使负载中电流有效值增大;C.解决了变压器直流磁化问题;D.使电路功率因数增大。
1.对于带阻感负载的单相全波可控整流电路的续流二极管D ,以下表达中正确的选项是:A.使变压器负边电压平均值减小;B.使负载中电流有效值增加;C.本电路不存在变压器直流磁化问题;D.使电路功率因数增大。
2.对于单相半波可控整流电路带电阻性负载时,以下表达中正确的选项是:A.触发角增大,输出电压降低;B.负载电流不连续;C.触发延迟角与导通角之和等于π;D.晶闸管承受的最大反向电压为22U ;E.触发角移相范围是︒︒180~03.单相桥式全控整流电路带电感性负载时,以下表达中正确的选项是:A.在负载串有大电感的情况下,晶闸管导通角θ与触发角α无关,总是︒180;B.晶闸管可能承受的最大正反向电压均为22U ;C.负载串有大电感的情况下晶闸管移相范围为︒︒90~0;D.输出电压αcos 9.02U u d =。
E.变压器二次侧电流2i 为正负对称的︒180方波,其相对于2u 的相移由α决定,与负载电抗角ϕ无关。
α增大,2i 滞后2u 越多,功率因数越低。
4.对于单相半控桥式整流电路,以下表达中正确的选项是:图1全波阻感负载有续流二极管图2单相桥式半控整流电路A.电路中假设无续流二极管R VD 可能发生的失控现象。
当α突然增大到︒180时,或触发脉冲丧失,会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况;B.接入续流二极管时,续流过程由R VD 完成,晶闸管因失去电流而关断;没有接入续流二极管时,1VT 与2VD 携手续流,直到3VT 触发导通后被反压强制关断;C.d u 波形没有负面积;D.控制角α移相范围为:︒180~0E.导通角αθ=P95〔1、2〕1.单相半波可控整流电路对纯电感负载供电,mH L 20=,V U 1002=,求当︒=0α和︒60时的负载电流d I ,并画出d u 与d i 波形。
电力电子器件与电路基础知识电力电子器件与电路是电力系统中不可缺少的重要组成部分。
它们在电能的转换、调节和控制过程中发挥着重要作用。
本文将探讨电力电子器件与电路的基础知识,包括其基本原理、分类、应用以及未来的发展趋势。
一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是将电能转换为不同形式的能量的设备。
它通过控制电压和电流的转换,实现电能的调节和控制。
常见的电力电子器件包括二极管、可控硅、晶闸管、IGBT、MOSFET等。
1. 二极管二极管是一种用于电流只能单向通过的器件。
它由正向导通电阻和反向截止电阻组成。
在正向电压作用下,二极管变为导通状态,电流可以通过。
而在反向电压作用下,二极管变为截止状态,电流无法通过。
2. 可控硅可控硅是一种半导体器件,具有双向导通性。
它可以通过控制门极电压来控制电流的导通和截止。
一旦可控硅导通,就会维持导通状态,直到电流低于维持电流或者为关断触发条件。
3. 晶闸管晶闸管是一种可控硅器件,具有双向导通性。
它在可控硅的基础上加入了门极保持电路,能够在一定条件下,通过去除触发信号来实现关断。
晶闸管具有速度快、可靠性高的特点。
4. IGBTIGBT是继双极晶体管(BJT)和场效应晶体管(MOSFET)之后,出现的一种半导体功率开关器件。
它结合了MOSFET的低功耗特性和BJT的低导通压降,具有高速度、高可靠性、低开关损耗等优点。
5. MOSFETMOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管,具有高输入电阻、低功耗、开关速度快等特点。
由于其工作原理和制造工艺的改进,使得MOSFET在电力电子领域得到广泛应用。
二、电力电子电路的分类及应用根据电力电子器件的不同特点和工作情况,电力电子电路可以分为直流电路、交流电路和混合电路等。
1. 直流电路直流电路主要用于直流电的转换和调节。
在直流电路中,双向控制器件如IGBT、MOSFET等被广泛应用。
直流电路常见的应用有直流变换器、电源逆变器、PWM调制器等。
电力电子电路按实现电能变换时电路的功能可分为整流电路(将交流电能转换为直流电能)、逆变电路(将直流电能转换为交流电能)、交流变换电路(包括交流调压电路和变频电路)、直流变换电路(改变直流电能的大小和方向)。
按电能转换次数可分为基本变换电路和组合变换电路。
前者经一次转换即可实现所需电能的变换,又称直接变换电路;后者经多次转换以实现所需电能的变换,又称间接变换电路。
按组成电路的器件可分为不控型变换电路(由不控型器件组成,电路对变换的电能无控制能力)、半控型变换电路(由半控型器件组成,只能在电路具备关断晶闸管的条件下才能正常工作)、全控型变换电路(由自关断器件组成,比半控型电路具更佳的技术经济指标,但开关容量低于半控型)。
电力电子电路按控制方式可分为4种:①相控电路。
控制信号的变化表现为控制极脉冲相位的变化。
②频控电路。
信号的变化表现为控制极脉冲重复频率的变化。
③斩控电路。
控制信号的变化表现为控制极脉宽的变化。
④组合控制电路。
采用上述3种控制方式组合而成的控制方式。
按电路中开关器件的工作频率可分为开关元件按电网频率(50或60赫)工作的低频电路和开关元件以远高于电网频率的载波频率工作的高频电路。
电力电子电路经历了20世纪30年代由气体闸流管和汞弧整流管组成的低频变流电路和由高频电子管组成的变流电路(统称第一代电力电子电路),60年代由晶闸管组成的半导体变流电路(第二代电力电子电路),80年代由可关断晶闸管(GTO)和双极型功率晶体管(GTR)等新型器件组成的第三代电力电子电路。
由于它们具有控制极关断和工作频带较宽的优点,使电力电子电路具有更佳的技术和经济性能,获得了更为广泛的应用。
电力电子电路正沿4个方向发展:①采用新型器件。
②采用新的控制方式和手段。
③采用新的电路结构。
④采用新的分析方法和调试手段。
特点
与传统的旋转式变流电路相比,静止式变流电路具有无磨损、低噪声、高效率、易于实现自动控制和生产、无须专门的地基建设等优点,因而在国际范围已基本上取代了前者。
与低频变流电路相比,半导体变流电路有工作频带宽、系统响应快、易于实现小型轻量化并且工作寿命长等优点,故技术经济性能明显优于前者。
各国均已不再生产由气体闸流管等离子器件组成的变流电路及其装置。
与高频电子管电路相比,半导体变流电路的显著优点是损耗小,变换效率高,但由于前者的容量等级和工作频带尚高于目前已经实用化的半导体器件,因而至20世纪80年代,半导体变流电路只能在小容量范围取代前者。
可以预计,随着高频大功率半导体器件的出现和实用化(如大功率静电感应晶闸管,简称SITH),半导体高频变流电路终将取代高频电子管变流电路。
由于电力电子电路所处理的是大容量工业电能,高效低耗是这类电路的主要目标。
为了减少电路内耗以提高电能转换效率,电力电子器件工作于开关状态,因此电力电子电路实质上是一种大功率开关电路;而为了实现对电能的控制,器件的开关状态必须是可控的。
因此,它又是一种器件工作状态可由微弱信号进行控制的大功率开关电路。
电力电子电路有多种分类方法。
按实现电能变换时电路功能分类,可分为4种。
①整流电路(AC/DC变换电路):具有整流功能的电路。
凡将交流电能转换为直流电能的过程泛称为整流。
②逆变电路(DC/AC变换电路):具有逆变功能的电路。
凡将直流电能转换为交流电能的过程称为逆变。
③交流变换电路(AC/AC变换电路):能将交流电能的大小和频率加以改变的电路。
前者称交流调压电路;后者称变频电路。
④直流变换电路
(DC/DC变换电路):能将直流电能的大小和方向加以改变的电路。
由于采用斩波控制方式,故又称直流斩波电路。
按电能转换次数分类,可分为两种。
①基本变换电路:由一次转换过程即可实现所需电能变换的电路。
例如通过一个可控整流电路即可直接实现由交流电能到直流电能的变换和控制,故又称直接变换电路。
②组合变换电路:出于技术和经济上的原因,采用多次转换以实现所需电能的变换的电路。
例如通过交流调压和不控整流两次转换也可以实现由交流到直流电能的变换和控制。
这种不同组合方式的多次变换电路又称为间接变换电路。
按组成电路的器件分类,可分为3种。
①不控型变换电路:由不控型器件组成的电路。
如由电力二极管组成的整流电路仅实现交流到直流间电能的变换,但电路对直流电能无控制能力。
②半控型变换电路:由半控型器件(如普通晶闸管)组成的电路。
由于这类器件无自关断能力,故电路只在具备关断晶闸管的条件时才能正常工作。
③全控型变换电路:由全控型元件(自关断器件)组成的电路。
由于器件具有自关断能力,全控型电路易于实现电能的变换和控制。
它比半控型电路具有更佳的技术经济指标。
但多数全控型器件的开关容量尚低于半控型,故大容量变换电路尚需由半控型元件组装。
按控制方式分类,可分为4种。
①相控电路:控制信号的变化表现为控制极脉冲相位的变化。
传统的整流电路即采用这种控制方式。
②频控电路:指信号的变化表现为控制极脉冲重复频率的变化。
传统的无源逆变电路即采用这种控制方式。
③斩控电路:控制信号的变化表现为控制极脉宽的变化。
传统的直流斩波电路即采用这种方式。
④组合控制电路:电路采用上述3种基本控制方式组合而成的控制方式。
如用于直接变频电路的相频控制方式就是相控和频控方式的组合。
按开关器件的工作频率分类,可分为两种。
①低频电路:开关元件按电网频率(50赫或60赫)工作的电路,如传统的相控整流电路和有源逆变电路等。
②高频电路:开关元件以远高于电网频率的载波频率工作的电路,如采用脉冲宽度调制控制方式的电路。
发展趋势
电子技术发展异常迅速。
微细加工技术的进步不仅对信息电子技术以巨大影响,同时也日益对电力电子技术产生作用。
就电路而言,正沿着以下4个方向发展。
采用新型器件
新器件的出现和使用往往对整个变流技术产生深刻的影响。
例如,正是由于气体闸流管、晶闸管和功率晶体管的相继问世,才促成了几代电力电子电路的更迭。
采用新的控制方式和手段
新的控制方法会使电路达到更高的性能。
例如交流电机采用矢量控制方法,使交流传动系统的性能可与直流传动相媲美。
而这种控制方法之所以能付之实用却是依借微型计算机的普及。
这表明,采用新的控制手段会使昔日无法实现的控制方式成为可能。
采用新的电路结构
变流电路的趋势是向理想变换电路靠近。
以往各种传统电路由于各种原因的影响,其性能与理想状态存在种种差距。
依借最佳电路拓扑,采用更合理的电路结构,可以使变流器的性能臻于理想化,如丘克电路(见单象限直流变换电路)。
采用新的分析方法和调试手段
由于包含非线性开关元件,电力电子电路实质上是一种时变非线性电路,因而分析时相当繁复。
以往为了适应工程的要求,不得不作出种种简化,其结果是降低了分析的精确性。
大容量变流电路由于元件繁多、规模庞大,调试工作带有很高的不安全性和不确定性。
随着计算机辅助分析(CAN)、辅助设计(CAD)和辅助调试(CAT)技术的发展,数字和物理仿真技术的进步,使电力电子电路的分析、设计和调试工作已日趋完善。