第2章 电力电子器件和电力变换基本电路结构-教案.ppt

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第2章 电力电子器件和电力变换基本电路结构-教案

2.2.1 降压斩波电路—Buck电路 四、闭环系统 3、控制器 一、电路结构 2.2.2 升压斩波电路—Boost电路 保持输出电压 储存电能 注:典型应用是单相串联型功率因数效正器(PFC) 。 2.2.2 升压斩波电路—Boost电路 二、工作原理 V处于通态时,电源E向电感L充电,电容C向负载R供电,输出电压U0恒定; V处于断态时,电源E和电感L同时向电容C充电,并向负载提供能量。 动态演示■ 0 iGE 0 io I1 a) 电路图 b) 波形 假设L和C值很大 ——电感电流连续和负载电流平滑 三、输入输出关系 结论:输出电压高于电源电压,故为升压斩波电路。 其中:0 D 1。 2.2.2 升压斩波电路—Boost电路 四、建模和控制 1、电路分析 u1电压分析: IGBT导通,工作时间Ton,电压等于0。 IGBT断开,工作时间TS -Ton,电压等于u2。 等效电压: 开关函数: 等效电流: I2电流分析: IGBT导通,工作时间Ton,电流等于0。 IGBT断开,工作时间TS -Ton,电流等于i1。 2.2.2 升压斩波电路—Boost电路 四、建模和控制 2、等效电路 2.2.2 升压斩波电路—Boost电路 四、建模和控制 3、数学模型 2.2.2 升压斩波电路—Boost电路 四、建模和控制 4、控制问题 如何设计 ,使 难点: 非线性问题; 状态变量中部分变量稳定问题(系统部分稳定问题); 参数不确定的系统的稳定性问题(R不确定)。 2.2.3 DC-DC变换设计实例 一、实际需求 1、光伏发电系统 问题: 光伏电池既不是恒压源,也不是恒流源,光伏电池只是一种非线性直流电源。 2.2.3 DC-DC变换设计实例 一、实际需求 2、光伏发电的特性 光照强度与光伏输出特性的关系 电压一定的条件下: ——光照强,电流大; ——光照若,电流小。 DC-DC变换的功能: ——光照强,电流大,需要储存一部分能量; ——光照若,电流小,需要额外提供一部分能量。 二、DC-DC设计 1、一个简单的想法 这种设计存在的问题 需要储能时的情况 IGBT关断时设计的电流路径 IGBT关断时实际的电流路径 两个电路的互相干扰 二、DC-DC设计 2、可行的设计 解决两个电路的互相干扰 二、DC-DC设计 3、仿真结果 可以清楚地看出,光照强度发生变化时,光伏电池没有稳压装置时,输出电压是时刻变动的,这对直流供电尤为不利。而加上了双并联Boost-Buck电路的稳压装置后,光伏发电的直流母线电压被稳定在了600V 基本电路结构小结 重点是: 理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理,掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点,等效电路,数学模型; * Northeastern University, CHINA 现代电力电子及变流技术 第二章 电力电子器件和电力变换基本电路结构 第二章 电力电子器件和电力变换基本电路结构 2.1 电力电子器件 2.1.1 概述 2.1.2 不可控器件——二极管 2.1.3 半控型器件——晶闸管 2.1.4 典型全控型器件 2.1.5 其他新型电力电子器件 2.1.6 电力电子器件的驱动和保护 2.2 基本电路结构——直流斩波电路 2.2.1 降压斩波电路—Buck电路 2.2.2 升压斩波电路—Boost电路 2.2.3 DC-DC变换设计实例 2.1 电力电子器件 电力变换器:由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。 控 制 电 路 检测电路 驱动电路 R L 主电路 V 1 V 2 保护电路 在主电路和控制电路中附加一些电路,以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行 电气隔离 控制电路 主电路(Main Power Circuit) —— 电力变换器中直接承担电能的变换或控制 电力电子器件(Power Electronic Device) ——电力变换器的基础,在主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件 概述 2.1.1 电力电子器件概述 电力电子器件一般特征 具有处理电功率的能力。 一般都工作在开关状态。 需要由控制电路来控制开通和关断。 自身的功率损耗较大,一般都要安装散热器。 电力电子器件的损耗 主要损耗 通态损耗 断态损耗 开关损耗 关断损耗 开通损耗 通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时,开关损耗成为器件功率损耗的主要因素。 2.1.1 电力电子器件概述 电力电子器件的分类 按照器件能够被控制的程度,分为以下三类: 半控型器件(Thyristor) ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件(IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既

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