现代电力电子技术第2章(Problem 4h)
电力新技术概论 2现代电力系统新技术
2、欧洲互联电力系统 3、俄罗斯统—电力系统
大电网技术
❖ 大电网具有超高压、特高压输电网架,超大输送容量和远距离 输电的基本特征,网内由高压交流输电网、超高压交流输电网 和特高压交流输电网,以及特高压直流输电网、高压直流输电 构成分层、分区、结构清晰的现代化电力系统。
❖ 超大输送容量和远距离输电的界限与其相应电压等级线路的自 然输送功率和波阻抗有关,线路电压等级越高,其输送的自然 功率越大,波阻抗越小,输送距离越远,覆盖范围越大,各电 网或大区电网互联关系越强,联网后整个大电网的稳定性与各 电网间故障时互相支援的能力有关,即各电网或大区电网间联 络线交换功率愈大,联系越紧密,电网运行越稳定。
高压直流输电技术
❖ 高压直流输电技术是利用大功率电力电子元件,如,高电压大功率晶闸管 、可关断可控硅GTO、绝缘栅双极晶体管IGBT等组成整流与逆变设备,以 实现高电压、远距离电力传输。相关技术包括电力电子技术、微电子技术 、计算机控制技术、绝缘新材料、光纤、超导、仿真及电力系统运行、控 制和规划等。
LV
LSW
U1W
iLW
* V12
*
*
T2
*
* *
Pline
Qline
U2U
LRU
U2V
LRV
U2W
LRW
~ URU ~ URV ~ URW
K1
* T1
U'1U L1
i1U
* *
*U'1V L1
i1V
*U'1W L1 i1W
*
UPFC的电气原理图
UShU
idc1
idc2
K2
UShV
CDC +
《电力电子技术》习题解答(高职高专第5版) 第2章习题答案
第2章思考题与习题2.1 什么是整流?它与逆变有何区别?答:整流就是把交流电能转换成直流电能,而将直流转换为交流电能称为逆变,它是对应于整流的逆向过程。
2.2 单相半波可控整流电路中,如果:(1)晶闸管门极不加触发脉冲;(2)晶闸管内部短路;(3)晶闸管内部断开;试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。
答:(1)负载两端电压为0,晶闸管上电压波形与U2相同;(2)负载两端电压为U2,晶闸管上的电压为0;(3)负载两端电压为0,晶闸管上的电压为U2。
2.3某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电,在流过负载电流平均值相同的情况下,哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些?答:带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。
由于具有电感,当其电流增大时,在电感上会产生感应电动势,抑制电流增加。
电阻性负载时整流输出电流的峰值大些,在流过负载电流平均值相同的情况下,为防此时管子烧坏,应选择额定电流大一些的管子。
2.4某电阻性负载的单相半控桥式整流电路,若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断,试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。
解:设α=0,T2被烧坏,如下图:2.5相控整流电路带电阻性负载时,负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率,为什么?带大电感负载时,负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率,为什么?答:相控整流电路带电阻性负载时,负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。
因为负载上的电压、电流是非正弦波,除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ,,21U U 和Λ,,21I I ,负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。
相控整流电路带大电感负载时,虽然U d 存在谐波,但电流是恒定的直流,故负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积等于负载有功功率。
电力电子技术(第二版)第2章答案
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路,电感性负载,电阻为5Ω,电感为0.2H ,电源电压2U 为220V ,直流平均电流为10A ,试运算晶闸管和续流二极管的电流有效值,并指出其电压定额。
解:由直流输出电压平均值d U 的关系式:2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ,故得:A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为:0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以,晶闸管的电流有效值求得, ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为:A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承担的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =,考虑2~3倍安全裕量,晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承担的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =,考虑2~3倍安全裕量,续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示,问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承担的最大反向电压是多少?当负载是电阻或者电感时,其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解:因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中,正负半周内上下绕组内电流的方向相反,波形对称,其一个周期内的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承担最大反向电压及输出电压和电流波形的情形:(1) 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时,晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联,所以2VT 承担的最大电压为222U 。
电力电子技术第2章 习题 - 答案
班级姓名学号第2/9章电力电子器件课后复习题第1局部:填空题1. 电力电子器件是直接用于主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件。
2. 主电路是在电气设备或电力系统中,直接承当电能变换或控制任务的电路。
3. 电力电子器件一般工作在开关状态。
4. 电力电子器件组成的系统,一般由控制电路、驱动电路、主电路三局部组成,由于电路中存在电压和电流的过冲,往往需添加保护电路。
5. 按照器件能够被控制的程度,电力电子器件可分为以下三类:不可控器件、半控型器件和全控型器件。
6.按照驱动电路信号的性质,电力电子器件可分为以下分为两类:电流驱动型和电压驱动型。
7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。
8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。
其反向恢复时间较长,一般在5μs以上。
10.快恢复二极管简称快速二极管,其反向恢复时间较短,一般在5μs以下。
11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10~40ns之间。
12.晶闸管的根本工作特性可概括为:承受反向电压时,不管是否触发,晶闸管都不会导通;承受正向电压时,仅在门极正确触发情况下,晶闸管才能导通;晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用。
要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。
13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时,一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。
14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后,能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。
对同一晶闸管来说,通常I L约为I H的称为2~4 倍。
15.晶闸管的派生器件有:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
16. 普通晶闸管关断时间数百微秒,快速晶闸管数十微秒,高频晶闸管10微秒左右。
(完整版)电力电子技术第2章习题_答案解析
班级姓名学号第2/9章电力电子器件课后复习题第1部分:填空题1. 电力电子器件是直接用于主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件。
2. 主电路是在电气设备或电力系统中,直接承担电能变换或控制任务的电路。
3. 电力电子器件一般工作在开关状态。
4. 电力电子器件组成的系统,一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成,由于电路中存在电压和电流的过冲,往往需添加保护电路。
5. 按照器件能够被控制的程度,电力电子器件可分为以下三类:不可控器件、半控型器件和全控型器件。
6.按照驱动电路信号的性质,电力电子器件可分为以下分为两类:电流驱动型和电压驱动型。
7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。
8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。
其反向恢复时间较长,一般在5μs以上。
10.快恢复二极管简称快速二极管,其反向恢复时间较短,一般在5μs以下。
11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10~40ns之间。
12.晶闸管的基本工作特性可概括为:承受反向电压时,不论是否触发,晶闸管都不会导通;承受正向电压时,仅在门极正确触发情况下,晶闸管才能导通;晶闸管一旦导通,门极就失去控制作用。
要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。
13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时,一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。
14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后,能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。
对同一晶闸管来说,通常I L约为I H的称为2~4 倍。
15.晶闸管的派生器件有:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
16. 普通晶闸管关断时间数百微秒,快速晶闸管数十微秒,高频晶闸管10微秒左右。
电力电子技术第二章
电
力
电
子
技
术
2.2 电力电子器件基础
1.PN结的形成
完全纯净的、结构完整的半导体晶体称为本征半导体。在常温下,本征 半导体可以激发出少量的自由电子,并出现相应数量的空穴,这两种不同极 性的带电粒子统称为载流子。 用适当的方法在本征半导体内掺入微量的杂质,会使半导体的导电能力 发生显著的变化,这种半导体称为杂质半导体。因掺入杂质化合价的不同, 杂质半导体分为电子型(N型)半导体和空穴型(P型)半导体两类。 N型半导体的杂质为五价元素,在半导体晶体中能给出一个多余的电子, 故N型半导体内自由电子数远大于空穴数,则自由电子称为多数载流子(简 称多子),空穴称为少数载流子(简称少子)。而P型半导体中的杂质为三 价元素,能在半导体晶体中接受电子,使晶体中产生空穴,即P型半导体中 的空穴数远大于自由电子数,则空穴称为多数载流子,自由电子称为少数载 流子。
电
力
电
子
技
术
2.2.2电力电子器件的封装
图2-2是电力电子器件几种常见的封装形式
TO-220
TO-247
SOT-227
TO-64
TO-209
电
力
电
子
技
术
2.3 功率二极管
功率二极管(Power Diode) 属于不可控电力电子器件,是20世 纪最早获得应用的电力电子器件, 它在整流、逆变等领域都发挥着重 要的作用。基于导电机理和结构的 不同,二极管可分为结型二极管和 肖特基势垒二极管。 二极管的基本结构是半导体 PN结,具有单向导电性,正向偏 臵时表现为低阻态,形成正向电流, 称为正向导通;而反向偏臵时表现 为高阻态,几乎没有电流流过,称 为反向截止。
电
电力电子技术(王云亮第二版)第2章答案
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路,电感性负载,电阻为5Ω,电感为0.2H ,电源电压2U 为220V ,直流平均电流为10A ,试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值,并指出其电压定额。
解:由直流输出电压平均值d U 的关系式:2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ,故得:A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为:0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以,晶闸管的电流有效值求得, ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为:A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =,考虑2~3倍安全裕量,晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =,考虑2~3倍安全裕量,续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示,问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少?当负载是电阻或者电感时,其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解:因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中,正负半周上下绕组电流的方向相反,波形对称,其一个周期的平均电流为零,故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况:(1) 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时,晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联,所以2VT 承受的最大电压为222U 。
电力电子技术第2章 交流-直流变换电路习题和答案K
一、选择题2-1、单相半波电阻性负载可控整流电路中,控制角α的最大移相范围是( D)A、0º-90°B、0º-120°C、0º-150°D、0º-180°2-2、单相半波可控整流电路输出最大直流电压的平均值等于整流前交流电压的(C)倍。
A 1,B 0.5,C 0.45,D 0.9.2-3、单相半控桥整流电路的两只晶闸管的触发脉冲依次应相差(A )度。
A、180°,B、60°,C、360°,D、120°2-4、在单相桥式全控整流电路中,大电感负载时,控制角α的有效移相范围是(A)。
A、0°~90°B、0°~180°C、90°~180°2-5、普通的单相半控桥可控整流装置中一共用了(B )晶闸管。
A 一只,B 二只,C 三只,D 四只。
2-6、在单相全控桥整流电路中,两对晶闸管的触发脉冲,应依次相差(A)度。
A 、180度;B、60度;C、360度;D、120度2-7、α为( C )度时,三相半波可控整流电路电阻性负载输出电压波形处于连续和断续的临界状态。
A,0度,B,60度,C,30度,D,120度,2-8、晶闸管触发电路中,若改变(B)的大小,则输出脉冲产生相位移动,达到移相控制的目的。
A,同步电压,B、控制电压,C、脉冲变压器变比。
2-9、三相半波可控整流电路的自然换相点是( B)A、交流相电压的过零点;B、本相相电压与相邻相电压正、负半周的交点处;C、比三相不控整流电路的自然换相点超前30°;D、比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°。
2-10、α=( 60度)度时,三相全控桥式整流电路带电阻负载电路,输出负载电压波形处于连续和断续的临界状态。
A、0度;B、60度;C、30度;D、120度;2-11、三相全控桥式整流电路带大电感负载时,控制角α的有效移相范围是(A)度。
电力电子技术课件 第2章
控制方式:相位控制 触发角 输出直流电压平均值
1
第2章
相控整流电路
整流电路的分类:
按器件组成:不可控、半控、全控 按电网、交流电相数:单相、三相、多相
按接线方式:半波、全波
2
第2章
相控整流电路
整流电路形式繁杂,重点掌握:
电路拓扑
控制策略
工作原理、波形分析
数量关系
3
第2章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
平均值Ud越接近零,输出的直流电流平均值也越小。
18
为避免Ud太小,在整流电路的负载两端并联续流二极管
T a) u1 u2 VT id uVT iVD ud
R
L
VDR R u2 b) O ud c) O id d) O i VT e) O iVD f) O uVT g) O
R
t1
t
t
Id
3) α<ωt<α+θ区域
t
0
t
16
1 1 1 Ud u2d(t ) 2π uR d(t ) 2π uLd(t ) 2π
1 L 0 uL d(t ) 2π 0 di 0 2π
Ud UR
电感元件的一个重要特性:在稳态条件下,电感两端 的电压平均值恒等于零。换言之,在一个周期内,电 感储存的能量等于释放的能量。
sin 2 IVT I 2 2 4
晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源 电压的峰值
11
变压器二次侧有功功率、视在功率、功率因数
P I R UI
电力电子技术第2章 三相相控整流电路
1
第2章 三相相控整流电路
2.1 三相半波相控整流电路 2.2 三相全控桥式整流电路 2.3 三相半控桥式整流电路 2.4 变压器漏电抗对整流电路的影响 2.5 三相整流电路应用实例分析
第2章 三相相控整流电路
2
2.1 三相半波相控整流电路
三相半波相控整流电路是最基本的三相可控整流形式, 其余的三相可控整流电路都可看做是由三相半波相控整流电 路以不同方式串联或并联组成的。
(2-2)
第2章 三相相控整流电路
(3) 负载电流的平均值为
流过每个晶闸管的平均电流为
12 (2-3) (2-4)
第2章 三相相控整流电路
流过每个晶闸管电流的有效值为
13 (2-5)
(2-6)
第2章 三相相控整流电路
14
(4) 从图2-1(f)可看出,晶闸管所承受的最大反向电压为
电源线电压的峰值,即
第2章 三相相控整流电路
3
2.1.1 电阻性负载的整流过程
三相半波(又称三相零式)可控整流电路如图2-1(a)所示。 图中T是整流变压器,也可直接由三相四线电源供电。 三只晶闸管的阴极连在一起,称为共阴极接法。共阴极接法
在触发电路中有公共线时,连接比较方便,所以得到了广泛
应用。
第2章 三相相控整流电路
30
图2-7 三相全控桥式整流电路
第2章 三相相控整流电路
31
2.2.1 控制角α=0°时的整流过程
1. 电路整流过程
图2-8所示是控制角α=0°时三相全控桥式整流电路中的 主要波形。为分析方便,把一个周期分为六段(即图2-8(a)中 (1)~(6)段),每段相隔60°。
第2章 三相相控整流电路
现代电力电子技术(第2章).
2.1 傅里叶级数与傅里叶变换
3、奇谐函数
若波形沿时间轴平移半个周期并相对于该轴上下反转,此时波 形并不发生变化,则称奇谐函数。 f (t )
2 T f (t ) f t 1 ,1 2 T1
a0 0 an bn 0
1
T O T 2 T
t
则f(t)的傅氏级数偶次谐波为零,即
f (t ) F ()
2.1 傅里叶级数与傅里叶变换
九、周期序列的离散傅里叶级数
设 x (n) 是周期为N的周期序列
~
~ ~ x( n) x( n rN )
周期序列可以用离散傅里叶级数表示 对连续周期信号
• 当Fn为实数时,可用Fn的正负表示n的0、,因此常把幅度谱和 相位谱合画在一张图上; • 负频率的出现完全是数学运算的结果,并没有任何物理意义,只 有将负频率项和相应的正频率项成对合并起来,才是实际的频谱 函数。
2.1 傅里叶级数与傅里叶变换
七、函数的对称性与傅里叶系数的关系
1、偶函数
信号波形相对于纵轴是对称的
k 1
I
1 T
T
0
i dt
2
Ik
I km
2
I
平均有功功率 无功功率
2 2 I0 I12 I 2 I k2
P U
0 0
I U1 I1 cos1 U 2 I 2 cos2 U k I k cos k
Q U1I1 sin 1 U 2 I 2 sin 2 U k I k sin k
e1 和 e2 叫做非周期信号的谐波分量。
e1 的频率与非正弦波的频率相同,称为非正弦波的基波或一次谐波; e2 的频率为基波的三倍,称为三次谐波。 谐波分量的频率是基波的几倍,就称它为几次谐波。非正弦波含有的直 流分量,可以看作是频率为零的正弦波叫零次谐波。
第2章 电力电子技术课件(完整)
学习要点:
最重要的是掌握其基本特性。 掌握电力电子器件的型号命名法,以及其参数和特性 曲线的使用方法。 了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理 了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
1-10
2.2
不可控器件—电力二极管· 引言
自20世纪50年代初期就获得应用,但其结构和原理简 单,工作可靠,直到现在电力二极管仍然大量应用于 许多电气设备当中。 在采用全控型器件的电路中电力二极管往往是不可缺 少的,特别是开通和关断速度很快的快恢复二极管和 肖特基二极管,具有不可替代的地位。
1)概念:
电力电子器件(Power Electronic Device)
——可直接用于主电路中,实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路(Main Power Circuit)
——电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控 制任务的电路。
2)分类:
电真空器件 半导体器件 (汞弧整流器、闸流管) (采用的主要材料硅)
1-26
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
1-27
2.3.1 晶闸管的结构与工作原理
按晶体管的工作原理 ,得:
I c1 1I A I CBO1
I c 2 2 I K I CBO2
(2-1)
(2-2)
(2-3) (2-4)
——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。
电压驱动型
——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信 号就可实现导通或者关断的控制。
1-9
2.1.4
本章内容:
本章学习内容与学习要点
《电力电子技术》PPT第2章
《电力电子技术》PPT第2章2.4电力电子器件的模块化模块是在单个元件基础上发展起来的新器件,它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的进行接线后,封装成一个块状整体。
90年代已经开始普及,除少数超大功率器件外,一般中小功率器件均模块化。
其优点是外部接线简单,抗干扰能力增强。
2.5 智能电力电子模块(IPM)IPM(IntelligentPowerModule)智能电力电子模块是功率集成电路PIC(PowerIntegratedCircuits)的一种。
一类称为高压集成电路,简称HVIC,它是横向高耐压电力半导体器件与控制电路的单片集成;另一类即IPM,它是纵向电力半导体器件与控制电路保护电路以及传感器电路等多功能集成。
由于高度集成化使模块结构十分紧凑,避免了由于分布参数、保护延迟等带来的一系列技术难题,使变频器的可靠性得到进一步提高。
IPM的智能化表现为可以实现控制、保护、接口三大功能,构成混合式电力集成电路。
2.6全控型电力电子器件的比较1电压、电流的比较图2-45电压、电流的比较2性能的比较200200200200125150最高工作结温(℃)中等高高高低中等di/dt高高高高低中等du/dt中等低低很低中等高门栅极驱动功耗100200×10320×103501050最大开关速度(kHz)10倍额定值5倍额定值5倍额定值5倍额定值10倍额定值3倍额定值浪涌电流耐压量100~500306604030正向导通电流密度(A/cm2)220200100~12400~1003500400正向电流范围(A)500~450050~150050~1000200~2500500~9000100~1400正向阻断电压范围(V)500~450000200~2500500~6500<50反向电压阻断能力(V)导通/关断导通/关断阻断阻断阻断阻断常态电压电压电压电压电流电流控制方式S.ITHS.ITVDMOSIGBTGTOBJT器件名称2.7电力电子器件的相关技术1串并联技术图2-47直流输电用晶闸管变换装置的一个模块(桥式电路的一个臂)该模块均衡电路由以下几部分构成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
率从交流侧输送到直流侧;
当/2<<max时, Ud0 <0 ,装置处于有源逆变状态,电 功率反向传送; 为避免逆变颠覆,应设置最大的移相角限制。相控整流 器的电压控制曲线如图3所示。
哈工大(威海)自动化研究所
逆变颠覆限制
通过设置控制电 压限幅值,来限 制最大触发角。
图3. 相控整流器的电压控制曲线
Uc = 0~10V
相对应的整流电压的变化范围是:
Ud = 0~220V
可取,
Ks = 220/10 = 22
哈工大(威海)自动化研究所
晶闸管触发和整流装置的传递函数
动态过程,把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞 后环节,其滞后效应由晶闸管失控时间引起; 晶闸管一旦导通,控制电压的变化在该器件关断以前 不起作用,直到下一相触发脉冲来到时才能使输出整 流电压发生变化,造成整流电压滞后控制电压状况。
相点之间的时间,与交流电源频率和整流电路形式有关,
由下式确定:
Ts max
1 mf
(2-10)
式中,f — 交流电流频率(Hz);
m — 一周内整流电压的脉冲波数。
哈工大(威海)自动化研究所
Ts 值的选取 对于整个系统的响应时间来说,Ts 不大,一般情况,取
统计平均值 Ts = Tsmax /2,并认为是常数。有人按最严
哈工大(威海)自动化研究所
等效电路分析 如果把整流装置内阻
移到装置外边,看成是
其负载电路电阻的一部 分,那么,整流电压便 可以用其理想空载瞬时 值 ud0 和平均值 Ud0 来
+
R
L
Id
+
Ud0
_
E
_
表示,相当于用图示等
效电路代替实际整流电 路。
哈工大(威海)自动化研究所
图2.V-M系统主电路等效电路图
哈工大(威海)自动化研究所
2
电流脉动及其波形的连续与断续
由于电流脉动,可能出现电流连续和断续两种情况,这
是V-M系统不同于G-M系统的又一个特点。当V-M系统主电
路有足够大电感,或电动机负载足够大时,整流电流具
有连续脉动波形。当电感量较小或负载较轻时,在某一
相导通后电流升高时电感中储能较少;等到电流下降且 下一相尚未被触发以前,电流已衰减到零,造成电流波 形断续现象。
U d0
m π U m sin cos π m
(2-2)
式中, —从自然换相点算起的触发脉冲控制角;
Um — = 0 时的整流电压波形峰值(V);
m —交流电源一周内的整流电压脉波数。 对于不同的整流电路,它们的数值见表1。
哈工大(威海)自动化研究所
整流电压的平均值计算
表1 不同整流电路的整流电压波形峰值、脉波数及平均整流电压
哈工大(威海)自动化研究所
晶闸管触发与整流失控时间分析
u2
O 0
t Ud01 TS Ud02 t Uc2
ud
O 0
Uc
O 0
Uc1
1
1
2
2
t t
O 0
图9.晶闸管触发与整流装置的失控时间
哈工大(威海)自动化研究所
最大失控时间计算 显然,失控制时间是随机的,它的大小随发生变化的 时刻而改变,最大可能的失控时间就是两个相邻自然换
式中,Ce—电机在额定磁通下电动势系数, Ce = KeN 。
哈工大(威海)自动化研究所
电流连续情况 改变控制角,得一族
平行直线,图6所示。
图中电流较小部分画 成虚线,电流波形断
n
△n = Id R / Ce
续,式(2-6)不适用。 只要电流连续,晶闸
管可控整流器就可以
看成是一个线性可控 电压源。
重情况考虑,取Ts = Tsmax 。表2列出不同整流电路的失
控时间。
表2
整流电路形式 单相半波 单相桥式(全波)
各种整流电路的失控时间(f =50Hz)
最大失控时间 T smax ( ms ) 平均失控时间 T s( ms )
20
10 6.67
10
5 3.33
三相半波
三相桥式、六相半波
3.33
1.67
哈工大(威海)自动化研究所
传递函数的求取 用单位阶跃函数表示滞后,则晶闸管触发与整流装置的输入-
输出关系为:
Ud0 KsUc 1(t Ts )
按拉氏变换的位移定理,晶闸管装置的传递函数为:
U d 0 ( s) Ws ( s) K s e Ts s U c ( s)
(2-11)
对于每条特性,求解过程都计算 = 2/3为止,因为 角
再大时,电流便连续了。对应于 = 2/3 的曲线是电流 断续区与连续区的分界线。
哈工大(威海)自动化研究所
V-M系统机械特性
图7.完整的V-M系统机械特性
哈工大(威海)自动化研究所
V-M系统机械特性特点
上图绘出完整的V-M系统机械特性,分为电流连续区和电 流断续区。由图7可见: 当电流连续时,特性还比较硬; 断续段特性则很软,而且呈显著的非线性,理想空载 转速翘得很高。
哈工大(威海)自动化研究所
平波电抗器的设置与计算
单相桥式全控整流电路
U2 L 2.87 I d min
(2-3)
三相半波整流电路
U2 L 1.46 I d min
(2-4)
三相桥式整流电路
U2 L 0.693 I d min
(2-5)
哈工大(威海)自动化研究所
多重化整流电路 如图5所示,电路为由2个三相桥并联而成12脉波整流电 路,使用平波电抗器来平衡2组整流器的电流。
哈工大(威海)自动化研究所
近似传递函数
考虑到 Ts 很小,可忽略高次项,则传递函数便近似成
一阶惯性环节。
Ks Ws ( s ) 1 Ts s
(2-13)
哈工大(威海)自动化研究所
晶闸管触发与整流装置动态结构
Uc()
Ks e
Ts s
Ud0(s)
Uc(s)
Kss Ts ss 1
哈工大(威海)自动化研究所
§2.2 直流脉宽调速系统(PWM)主要问题
主要问题表现在:
1 2 3 4 PWM变换器电压、电流波形 直流PWM调速系统机械特性 PWM控制与变换器数学模型 电能回馈与泵升电压的限制
哈工大(威海)自动化研究所
1
PWM变换器电压、电流波形
PWM变换器的作用是:用PWM调制的方法,把恒定的直流 电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列, 从而可以改变平均输出电压的大小,以调节电机转速。 PWM变换器电路有多种形式,主要分为不可逆与可逆两大 类,下面分别阐述其工作原理。
哈工大(威海)自动化研究所
(1) 不可逆PWM变换器
1)简单的不可逆PWM变换器 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统主电路原理图 如图11所示,功率开关器件可以是任意一种全控型开关 器件,这样的电路又称直流降压斩波器。
哈工大(威海)自动化研究所
传递函数的求取 由于式(2-11)中包含指数函数,它使系统成为非最小 相位系统,分析和设计都比较麻烦。为了简化,先将该 指数函数按台劳级数展开,则式(2-11)变成:
Ws (s) Ks eTs s
Ks Ks (2-12) eTs s 1 T s 1 T 2 s 2 1 T 3 s 3 s s s 2! 3!
哈工大(威海)自动化研究所
§2.1 晶闸管-电动机系统(V-M)主要问题
触发脉冲相位控制 电流脉动及其波形的连续与断续 抑制电流脉动的措施
1 2 3 4 5
晶闸管-电动机系统的机械特性 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数
哈工大(威海)自动化研究所
1
触发脉冲相位控制
T VT uV T u2 ud R id L
Ce 3 2U 2 π π Id [cos( ) cos( ) n] 2 πR 6 6 2U 2
(2-7)
(2-8)
式中, arctg L ;
R
— 一个电流脉波的导通角。
哈工大(威海)自动化研究所
电流断续机械特性计算
当阻抗角 值已知时,对于不同控制角,可用数值解 法求出一族电流断续时机械特性;
哈工大(威海)自动化研究所
晶闸管触发和整流装置的放大系数的计算 晶闸管触发和 整流装置放大系数 可由工作范围内的 特性率决定,计算
方法:
Ks U d U c
(2-9) 图8.晶闸管触发与整流装置I/O特性
哈工大(威海)自动化研究所
晶闸管触发和整流装置的放大系数估算 如果不能实测特性,可根据装置参数估算。 –如,设触发电路控制电压的调节范围为:
哈工大(威海)自动化研究所
5
触发和整流装置放大系数和传递函数
进行调速系统分析和设计时,可以把晶闸管触发和整流
装置当作系统中一个环节来看待;
应用线性控制理论进行直流调速系统分析或设计时,需
事先求出这个环节的放大系数和传递函数;
实际触发电路和整流电路都是非线性的,只能在一定工 作范围内近似看成线性环节; 先用实验方法测出该环节输入-输出特性,设计时,希 望整个调速范围的工作点都落在特性的近似线性范围之 中,并有一定调节余量。
整流电路 Um m Ud0
单相全波 2U2 * 2 0.9U 2 cos
三相半波
三相全波
六相半波
2U 2
3 1.17U 2 cos
6U 2
6 2.34U 2 cos
2U 2
6 1.35U 2 cos