電力電子技術(shù)教案

電力電子技術(shù)教案 應(yīng)用電子技術(shù)教研室 電力電子技術(shù)教案 第1講: 緒論 1 什么是電力電子技術(shù) 2 電力電子技術(shù)發(fā)展概況 3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用 4 課程內(nèi)容、任務(wù)及要求 第1章 電力電子器件 1.1 電力電子器件概述 講述電力電子器件的特征、發(fā)展以及分類 1.2 電力二極管 1.PN結(jié)與電力二極管的工作原理 電力二極管的基本特征 重點(diǎn)掌握動(dòng)態(tài)特性的關(guān)斷特性和開通特性 電力二極管的主要參數(shù) 快速恢復(fù)二極管 第2講: 1.3 晶閘管 1.晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 PNPN四層三端結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)掌握晶閘管的開通、關(guān)斷條件 2.晶閘管的基本特征 靜態(tài)特性和門極伏安特性,重點(diǎn)掌握動(dòng)態(tài)特性的開通和關(guān)斷過(guò)程 3.晶閘管的主要參數(shù) 電壓定額 電流定額 選取SCR電流額定值時(shí),依有效值相等的原則選取 動(dòng)態(tài)參數(shù) di/dt , dv/dt 門極參數(shù) 4.晶閘管的派生器件 第3講: 1.4 典型全控型器件 門極可關(guān)斷晶閘管GTO 重點(diǎn)掌握與普通晶閘管設(shè)計(jì)的不同――全控型器件 動(dòng)態(tài)特性注意關(guān)端過(guò)程的儲(chǔ)存時(shí)間 最大可關(guān)端陽(yáng)極電流 電流關(guān)斷增益 2.電力晶體管GTR 采用達(dá)林頓接法――大容量 二次擊穿問(wèn)題 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET 用柵極電壓來(lái)控制漏極電流 垂直導(dǎo)電機(jī)制 體內(nèi)反并聯(lián)二極管 柵源電壓大于20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿,并聯(lián)15V穩(wěn)壓管保護(hù) 絕緣柵雙極晶體管IGBT 體內(nèi)寄生PNP晶體管帶來(lái)電導(dǎo)調(diào)制機(jī)制 擎住效應(yīng)(動(dòng)態(tài)、靜態(tài)) 1.6 電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 分為電流型和電壓型器件的驅(qū)動(dòng) 晶閘管觸發(fā)電路的要求 電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路 1.7 電力電子器件的保護(hù) 過(guò)電壓保護(hù) 過(guò)電流保護(hù) 緩沖電路(吸收電路) 第4講: 第2章 整流電路 本章強(qiáng)調(diào)波形分析方法 2.1 單相可控整流電路 2.1.1 單相半波可控整流電路 存在直流磁化問(wèn)題,很少應(yīng)用 阻性負(fù)載 電路工作原理與工作波形 數(shù)量關(guān)系(Ud、Id、IVT) 阻感負(fù)載 理解關(guān)鍵:電感對(duì)電流變化有抗拒作用 電路工作原理與工作波形 電路特點(diǎn) 帶續(xù)流二極管時(shí)工作情況 2.1.2 單相橋式全控整流電路 阻性負(fù)載 阻感性負(fù)載 反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載 電路特點(diǎn) 注意停止導(dǎo)電角概念 2.1.3 單相全波可控整流電路 注意與單相橋式全控整流電路的不同點(diǎn) 2.1.4 單相橋式半控整流電路 帶續(xù)流二極管工作,否則會(huì)發(fā)生失控現(xiàn)象,相當(dāng)于單相半波不可控電路 第5講: 2.2 三相可控整流電路 2.2.1 三相半波可控整流電路 存在直流磁化問(wèn)題,輸出電壓波形一周期脈動(dòng)3次 阻性負(fù)載 (1)原理分析與工作波形 注意自然換向點(diǎn),=30o (2)數(shù)量關(guān)系 移相范圍150o,>30o,輸出電壓、電流斷續(xù) 阻感負(fù)載 原理分析與工作波形 由于存在電感,使輸出電流連續(xù),輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值 數(shù)量關(guān)系 移相范圍90o 第6講: 2.2.2 三相橋式全控整流電路 不存在直流磁化問(wèn)題,輸出電壓波形一周期脈動(dòng)6次 特別注意:輸出電壓在線電壓波形上 注意管子排列序號(hào) 自然換向點(diǎn)在線電壓60o處 阻性負(fù)載 (1)=0o、=30o、=60o工作波形 (2)同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有觸發(fā)脈沖 寬脈沖觸發(fā) 雙窄脈沖觸發(fā) (3)重要分析結(jié)論 (4)數(shù)量關(guān)系 阻感負(fù)載 (1)原理分析與工作波形 由于存在電感,使輸出電流連續(xù),輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值 (2)數(shù)量關(guān)系 移相范圍90o 第7講: 2.3 變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響 換向重疊現(xiàn)象 換向壓降 換向重疊角的計(jì)算 2.5 整流電路的諧波和功率因數(shù) 2.5.1 諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ) 諧波分析的基礎(chǔ) 功率因數(shù)的基本概念 2.5.2 帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析 講述單相橋式 第8講: 2.5.3 整流輸出電壓和電流的諧波分析 結(jié)論:含有m的倍數(shù)次諧波 隨諧波次數(shù)增加,諧波幅值下降 增加m,可使諧波含量減少 2.6 大功率可控整流電路 2.6.1 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路 電路形式 平衡電抗器的作用及電路工作原理 輸出電壓波形及其平均值 關(guān)于平衡電抗器數(shù)值的選取 結(jié)論 第9講: 整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.7.1 逆變的概念 什么是逆變?為什么要逆變? 直流發(fā)電機(jī)——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn) 有源逆變產(chǎn)生的條件及逆變工作原理 2.7.2 三相有源逆變電路 自然換相點(diǎn)同整流一樣,只是在負(fù)半周 >90o,輸出電壓為負(fù)值,工作于逆變狀態(tài) 三相半波逆變工作原理 三相橋式逆變工作原理 從自然換相點(diǎn)向左數(shù)角度,畫輸出電壓波形 第10講: 2.7.3 逆變失敗及最小逆變角限制 何為逆變失敗?原因? 脈沖丟失、脈沖延遲 晶閘管發(fā)生故障 交流電源異常 換向裕量角不足 最小逆變角的限制 2.8 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 2.8.1 工作于整流狀態(tài)時(shí) 負(fù)載電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 負(fù)載電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 2.8.2 工作于逆變狀態(tài)時(shí) 負(fù)載電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 負(fù)載電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 第11講: 2.8.3 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) 兩組變流器的反并聯(lián)可逆電路 每組變流器都有2種工作狀態(tài)——整流和逆變 正反兩組有4種工作狀態(tài)——電動(dòng)機(jī)4象限運(yùn)行 2.9 相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 2.9.1 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 同步環(huán)節(jié) 鋸齒波形成環(huán)節(jié) 移相控制環(huán)節(jié) 第12講: 脈沖形成與放大環(huán)節(jié) 強(qiáng)觸發(fā)與隔離輸出環(huán)節(jié) 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 脈沖封鎖環(huán)節(jié) 2.9.3 觸發(fā)電路的定相 同步電壓滯后于主電路電壓180 o,即滿足晶閘管對(duì)同步的要求 確定整流變壓器和同步變壓器的接法,即可選定每一晶閘管的同步信號(hào) 第13講: 第3章 直流斬波電路 3.1 基本斬波電路 3.1.1 降壓斬波電路 電路拓?fù)?工作原理分析 三種控制方式 電路解析,注意使電流連續(xù)的最小電感值 3.1.2 升壓斬波電路 電路拓?fù)?工作原理分析 升壓斬波電路的典型應(yīng)用 3.1.3 升降壓斬波電路和CuK斬波電路 此兩種電路輸出與輸入電壓極性相反 Boost-Buck電路 穩(wěn)態(tài)時(shí),電感電壓在一周期的平均值為零 CUK斬波電路 穩(wěn)態(tài)時(shí),電容電流在一周期的平均值為零 第14講: 3.2 復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭�電�?3.2.1 電流可逆斬波電路 1.V1和VD1構(gòu)成降壓斬波器 2.V2和VD2構(gòu)成升壓斬波器 3.兩斬波器交替工作 3.2.2 橋式可逆斬波電路 視為兩個(gè)電流可逆斬波電路的組合 3.2.3 多相多重?cái)夭�電�?注意相數(shù)和重?cái)?shù)的概念 習(xí)題課:講解第1、2章作業(yè) 第15講:實(shí)驗(yàn)1 第16講:實(shí)驗(yàn)2 第17講:實(shí)驗(yàn)3 第18講: 第4章 交流電力控制和交交變頻電路 4.1交流調(diào)壓電路 4.1.1 單相交流調(diào)壓電路 阻性負(fù)載 阻感負(fù)載 負(fù)載電流分解為穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量,得出結(jié)論: 時(shí),;時(shí), 斬控式交流調(diào)壓電路 4.1.2 三相交流調(diào)壓電路 相當(dāng)于3個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合 6只晶閘管觸發(fā)順序,脈沖間隔60o 畫o時(shí)a相負(fù)載電壓波形 第19講: 4.2 其它交流電力控制電路 4.2.1 交流調(diào)功電路 4.2.2 交流電力電子開關(guān) 4.3 交交變頻電路 4.3.1 單相交交變頻電路 電路構(gòu)成和基本工作原理 整流與逆變工作狀態(tài) 由i0決定哪組晶閘管工作 由io和u0方向決定整流或逆變 第20講: 輸出正弦波電壓的調(diào)制方法 注意余弦交點(diǎn)法求交點(diǎn)法的基本公式 輸入輸出特性 輸出上限頻率 輸入功率因數(shù) 4.3.2 三相交交變頻電路 三相交交變頻電路的主電路聯(lián)結(jié)方式 公共交流母線進(jìn)線方式 輸出星形聯(lián)結(jié)方式 輸入輸出特性 輸出上限頻率和輸出電壓諧波 輸入電流諧波 輸入功率因數(shù) 第21講: 逆變電路 5.1 換流方式 5.1.1 逆變電路的基本工作原理 5.1.2 換流方式分類 器件換流 電網(wǎng)換流 負(fù)載換流 強(qiáng)迫換流 5.2 電壓型逆變電路 注意電路特點(diǎn) 5.2.1 單相電壓型逆變電路 半橋逆變電路 第22講: 2.全橋逆變電路 視為兩個(gè)半橋電路的組合 兩對(duì)橋臂交替180o導(dǎo)通 3.電壓型逆變電路輸出電壓的調(diào)節(jié)方式 調(diào)節(jié)直流側(cè)電壓 移相控制 PWM調(diào)壓控制方式 4.帶中間抽頭變壓器的逆變電路 5.2.2 三相橋式電壓型逆變電路 視為三個(gè)半橋組合而成,負(fù)載星形聯(lián)結(jié) 基本工作方式為180o導(dǎo)電方式 注意電路特點(diǎn) 簡(jiǎn)單的定量分析 分析線電壓和相電壓的有效值、基波幅值和諧波 第23講: 5.3 電流型逆變電路 注意電路特點(diǎn) 5.3.1 單相電流型逆變電路 工作原理 重點(diǎn)理解換流過(guò)程、保證可靠換流的條件 換相時(shí)間、反壓時(shí)間、觸發(fā)引前角及相位超前角 定量分析 輸出電流 負(fù)載電壓有效值和直流電壓的關(guān)系 關(guān)于逆變工作頻率 他勵(lì)方式 自勵(lì)方式 第24講: 5.4 多重化逆變電路和多電平逆變電路 5.4.1 多重逆變電路 以二重單相電壓型逆變電路為例 5.4.2 多電平逆變電路 三電平逆變電路 通過(guò)二極管導(dǎo)通,把U(V、W)點(diǎn)電位箝位在輸入電壓中點(diǎn)電位 輸出波形接近正弦波,抑制諧波 第6章PWM控制技術(shù) 6.1 PWM控制的基本原理 PWM控制的理論支持 PWM波——脈沖列 第25講: 6.2 PWM逆變電路及其控制方法 6.2.1 計(jì)算法和調(diào)制法 計(jì)算法 調(diào)制法 調(diào)制信號(hào) 載波信號(hào) 控制原理 單極性控制 雙極性控制 三相橋式PWM逆變電路 第26講: 特定諧波消去法 目的是消除特定次諧波,尤其低次諧波 如果輸出電壓半周期開通、關(guān)斷各K次,則可消去K-1個(gè)頻率的特定諧波 6.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制 載波比定義 異步調(diào)制 同步調(diào)制 基本同步調(diào)制 分段同步調(diào)制 6.2.3 規(guī)則采樣法 自然采樣法 規(guī)則采樣法 后者比前者計(jì)算量小得多,而二者效果接近 第27講:實(shí)驗(yàn)4 第28講: 6.3 PWM跟蹤控制技術(shù) 屬于閉環(huán)控制 6.3.1 滯環(huán)比較方式 使用滯環(huán)邏輯控制器,控制精度高,實(shí)時(shí)控制 6.3.2 三角波比較方式 無(wú)一定的環(huán)寬,控制精度低 6.4 PWM整流電路及其控制方法 6.4.1 PWM整流電路的工作原理 單相PWM整流電路 單相全橋PWM整流電路 理解工作原理 結(jié)論:通過(guò)改變整流橋交流輸入端電壓的相位和幅值,使交流電流超前于交流電壓的相位為任意角度,可以實(shí)現(xiàn) 三相PWM整流電路 第29講: 6.4.2 PWM整流電路的控制方法 實(shí)現(xiàn)整流目標(biāo):=1的控制方法 間接電流控制 僅直流電壓環(huán) 計(jì)算功能用到電路參數(shù),影響控制效果 直接電流控制 直流電壓閉環(huán)加交流電流閉環(huán) 響應(yīng)速度快,穩(wěn)定性好 軟開關(guān)技術(shù) 7.1 軟開關(guān)的基本概念 7.1.1 硬開關(guān)與軟開關(guān) 采用軟開關(guān),使開通和關(guān)斷功率損耗為零 7.1.2 零電壓開關(guān)與零電流開關(guān) 7.2 軟開關(guān)電路的分類 準(zhǔn)諧振電路 零開關(guān)PWM電路 零轉(zhuǎn)換PWM電路 三類電路的原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 第30講: 7.3 典型的軟開關(guān)電路 7.3.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 7.3.2 諧振直流環(huán)——適用于變頻器 7.3.3 移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路 7.3.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路 組合變流電路 8.1 間接交流變流電路 8.1.1 間接交流變流電路原理 介紹8種電路結(jié)構(gòu) 8.1.2 交直交變頻器 VVVF,適用于交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速 8.1.3 CVCF電源 應(yīng)用于UPS 第31講: 8.2 間接直流變流電路 應(yīng)用于開關(guān)

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