第一、二章电力电子装置及设计.ppt

第一章 概述 ?? 1-1 电能的形式 ?? 1-2 电能形式转换器 ?? 1-3电力电子装置类型 电力电子装置大体可归纳为以下类型： 1、变换器 2、电流装置：整流、逆变、电源、输电装置 3、开关控制装置 4、变频调速 5、高频电源 6、补偿和滤波 7、电力潮流控制 8、电能质量控制 第二章 软开关变换器 ?? 2-1 概述 2. 软开关概念 ?? 2-2-1 硬开关特性 ?? 2-2-2 软开关特性 3、软开通 ?? 2-3 软开关类型 * * 1、人们获得电能的两种形式： 1直流电 由蓄电池或直流发电机获得，频率为零，电压值恒定。 2交流电 由电网获得，波形交变，但频率和电压幅值恒定。 2、用电设备或负载需要多种形式的电能： 电压大小可调的直流电；电压大小可调的交流电；频率可调的交流电等。 由电力电子器件组成的不同电路可实现将电能转换为用电设备所要求的电能形式。图1-1表示不同电能之间的转换。 E1 V1 f1 ～ E2 V2 f2 ～ 整流器 间接变频器 直接变频器 逆 变 器 间接直流变压器 斩 波 器 图 1-1 电能的几种变换形式 图中E1和E2表示两个电压值不同的直流电，(V1,f1)和(V2,f2)表示两个电压幅值和频率各不同的交流电。由图可见，根据所完成的电能转换功能的不同，可将电力电子电路或变电器分为以下几类： 斩波器 它把一种电压幅值的直流电直接转换为另一种电压幅值的直流电，相当于直流变压器。 直接变频器 它实现两个电压幅值和频率不相同的交流电系统间的能量传输。尽管称之为变频器，其实它既可以改变频率的大小，也可变换电压的大小。 整流器 它是大家所熟悉的一种变电器，实现从交流电系统 到直流系统之间的能量传输。 逆变器 它实现的功能正好与整流器相反，完成直流电系统到交流电系统能量的传输。根据逆变器直流侧电源的性质，逆变器又可分为电流型逆变器和电压型逆变器。 以上几种电力电子电路实现从一种电能系统到另一种电能系统的直接变换，故成为直接变电器。在许多场合，需要一种间接的变换过程，如给交流电机供电的逆变器的直流输入电源常是由交流电网经过整流器而得到的。这种由多个直接变电器构成的、中间经由第三种电能形式而将一种电能形式转换为另一种电能形式的电力电子电路成为称为间接变电器，常用的有以下两种间接变电器： 间接变频器：它实现的电能转换过程与直接变频器相同，但中间经过一直流电系统。 间接直流变压器：它实现的电能转换与斩波器相同，但经过一个交流电系统。 随着微电子技术和电力电子技术的发展，电力电子设备被广泛应用于工业的各个领域以取代陈旧的、低效率的用电设备。直流输电系统、各种电机调速系统和伺服系统、半导体中频电源系统等都是电力电子技术应用的例子。在这些系统中，电力电子电路与电源、负载及控制器构成一个有机整体，它们之间通过相互作用从而令人满意的完成从电源到负载（或从负载到电源）的能量传输，如图1-2所示。 电 源 电力电子 电路 负 载 控制装置 图 1-2 电力电子装置 将由电源、电力电子电路（即变电器）、负载及控制器构成的这样一个系统称作为电力电子装置。通常人们感兴趣的不仅是变电器本身的特性，更感兴趣的是电力电子装置作为一个整体的特性以及构成它的各部件之间的相互作用。 硬、软开关概念 半导体电力开关器件的导通和阻断状态之间的转换是各类电力电子变换技术和控制技术的基本要求。 1开关器件在其端电压不为零时开通的电路称为硬开通； 2开关器件在其承载电流不为零时关断称为硬关断； 3硬开通、硬关断统称为硬开关； 4通态时开关器件承载电流但其通态压降小故通态功耗不大，断态时开关器件两端阻断的电压高但其漏 电流小故断态功耗很小； 5在硬开关过程中，开关器件在较高电压下承载有较 大电流，故产生很大的开关损耗； 6硬开关过程使提高开关频率面临一系列难题： a. 开关损耗随开关频率的提高成正比例增加，降低了变换器的效率； b. 严重发热温升能使开关器件寿命急剧缩短； c. 产生严重的电磁干扰噪声，难于其它敏感电子设备电磁兼容。 1若改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号、其等效电阻rT从∞降为零的开通过程中其端电压为零，则这种开通称为零电压开通； 2若使开关器件撤除其驱动信号、等效电阻从零增加到∞的关断过程之前其承载的电流已降为零，则这种关断称为零电流关断； 3零电压开通和零电流关断是理想的软开关，其开关过程中无开关损耗; 4开关器件在开通过程中其端电压很小，在关断过程中其电流也很小，则这种开关过程的功耗也不大 称之为软开关。 5