电力电子复习提纲2017（适用自动化和电气） (1).pdf

### 电力电子复习提纲2017（适用自动化和电气） #### 绪论 **电力电子技术的概念：** 电力电子技术是指利用电力电子器件构成的电路系统对电能进行变换和控制的技术。这种技术广泛应用于电力系统、工业自动化、新能源等领域。 **四种基本变流技术：** 1. **AC/DC**：交流到直流转换，主要用于电源适配器、不间断电源（UPS）等场合。 2. **DC/DC**：直流到直流转换，常见于电动汽车、通信电源等领域。 3. **DC/AC**：直流到交流转换，如逆变器、不间断电源（UPS）中的逆变部分。 4. **AC/AC**：交流到交流转换，例如调速电机控制系统中的变频器。 **电力电子系统的一般组成：** - 主电路：处理大功率电能变换，电压电流较大。 - 控制电路：负责控制信号的处理，电压电流较小。 - 为了防止干扰，主电路与控制电路之间通常需要进行电气隔离。 #### 电力电子器件 **器件分类：** 1. **双极型**：如晶闸管（SCR），具有较高的电流承载能力和快速的开关速度。 2. **单极型**（MOSFET）：金属氧化物半导体场效应晶体管，具有低损耗、高频率的特点。 3. **复合型**(IGBT)：结合了MOSFET和双极型晶体管的优点，适用于中大功率场合。 **按驱动类型分类：** 1. **电压驱动型**（MOSFET、IGBT）：通过控制栅极电压来实现导通与截止。 2. **电流驱动型**：如晶闸管，需要通过控制栅极电流来实现导通与截止。 **按可控性分类：** 1. **不控型**（电力二极管）：不能控制通断，仅在正向偏置下导通。 2. **半控型**（晶闸管）：能控制导通，但不能控制关断。 3. **全控型**（MOSFET、IGBT）：既能控制导通也能控制关断。 **电力二极管的特点：** - 垂直导电结构增加了硅片的有效导电面积，提高了电流承载能力。 - 拥有低掺杂的漂移区，可以在承受高电压的同时不被击穿。 - 内部存在电导调制效应，在大电流下保持较低的管压降。 **反向恢复时间**：指原处于正向导通状态的电力二极管突然施加反向电压时，需要一段时间来释放存储的电荷，这段时间被称为反向恢复时间。 **晶闸管的导通与关断条件：** - 导通条件：正向阳极电压\( U_{AK} > 0 \)且门极有足够大的正向电流。 - 关断条件：阳极电流降至维持电流以下或阳极电压反向。 - 选型时需考虑的主要参数包括电压参数、电流参数、电压上升率、电流上升率等。 **MOS管的工作原理：** 通过控制栅极电压\( U_{GS} \)来调节沟道的宽度，进而控制电流的大小。MOS管属于电压控制型器件，输入阻抗极高，几乎不需要输入电流。 **IGBT管的工作原理：** 通过控制栅极电压\( U_{GS} \)来控制MOS管的导通与截止，进而为内部的PNP型晶体管提供基极电流，使得整个IGBT导通或截止。 #### 整流电路 **触发角、移相范围和相位控制的概念：** - 触发角\(\alpha\)是从晶闸管开始承受正向阳极电压到施加触发脉冲之间的电角度。 - 移相范围指的是\(\alpha\)角的有效调整范围。 - 相位控制通过改变触发脉冲的相位来调节输出直流电压的大小。 **不同整流电路的工作分析与计算：** - **单相全控桥整流电路**：\(\alpha\)角的移相范围为0°~90°，输出电压平均值\( U_d = 0.9U_2\cos\alpha \)，输出电流\( I_d = \frac{U_d}{R_L} \)。 - **单相半控桥整流电路**：在单相全控桥的基础上增加了一个续流二极管，提高了电路的灵活性。\(\alpha\)角的移相范围为0°~180°，输出电压平均值\( U_d = 0.9U_2\left(\cos\alpha + 1\right) \)。 - **三相半波可控整流电路**：对于电阻型负载，当\(\alpha < 30^\circ\)时，输出电压平均值\( U_d = 1.17U_2\cos\alpha \)；对于阻感型负载，输出电压平均值始终为\( U_d = 1.17U_2\cos\alpha \)。 - **三相全控桥整流电路**：对于阻感负载或电阻负载，当\(\alpha < 60^\circ\)时，输出电压平均值\( U_d = 2.34U_2\cos\alpha \)；当\(\alpha > 60^\circ\)时，输出电压平均值\( U_d = 2.34U_2\left[1 + \cos\left(\alpha + \pi/3\right)\right] \)。 **多重化整流电路的目的和意义：** - 提高系统的功率等级，实现更大的功率变换。 - 减少整流装置产生的谐波对电网的影响，改善电网质量。 **双反星形带平衡电抗器的整流电路：** - 双反星形结构确保任何时候只有一个晶闸管导通，输出为六脉动波形。 - 平衡电抗器的作用是使两个三相半波整流电路并联运行，消除直流磁化现象。 **有源逆变：** 有源逆变是指将直流电能转换为交流电能并馈入交流电网的过程。其应用领域广泛，如电动机的制动过程、太阳能发电系统等。有源逆变的关键在于确保逆变输出的频率、相位与电网一致，以便顺利地将能量反馈给电网。 以上内容概述了电力电子技术的基本概念、电力电子器件的分类及其特性、不同类型的整流电路及其工作原理，为读者提供了全面的电力电子基础知识框架。