电力电子技术

电力电子技术

四种变流

整流:AC-DC

逆变:DC-AC

PWM调制,

电车发电低价卖给电网,电网在高峰卖给用户

直流-直流:DC-DC

大小

开关电源

交流-交流:AC-AC

幅度大小,频率,相位

无功补偿

特点

电力电子技术,弱电控制强电,强弱电接口,器件控制在开关状态(要么导通,要么截止)。

弱电:信息电子技术,数电,单片机模电

器件

PD 电力二极管

普通二极管是PN结,电力二极管是P N- N结

普通二极管

反应慢,压降大1V左右

工频整流

快恢复二极管

反应速度相对较快,压降相对小0.几幅

肖特基二极管

反应快,压降0.4v

耐压降低,反压较大容易击穿

SCR 晶闸管

耐压高,皮实

AC-AC ,AC-DC,DC-AC

门极G ,阴极K ,阳极A

半控器件,开通后无法通过G管段,只有加反压才能关

选型,1.5-2倍Iavg,2-3倍【断态重复峰值电压,反向断态重复峰值电压 】

GTO 门极可关断的晶闸管

耐压耐流没有SCR高

GTR 三极管

双向导通器件耐压最高的,但逐渐在被取代

MOS管 电力场效应管

开关速度最快

往外指是P,断开是增强型,连线是耗尽型

IGBT MOS+三极管

用IGBT替换三极管会好一点

分类

什么是控制程度

命令可开可关是全控,命令可开但关不上是半控。

是否有使能信号

是否具有单向导电性

看图标上有没有箭头

驱动信号

使能信号是电源信号还是电压信号

载流子

单极型:多子导电

双极型:少子也会参与导电

复合型

开关情况

根据控制原理的一阶系统图像,实际会产生一个超调,也就是过冲

根据实际电流电压变化面积来看,开通关断必有开关损耗

避免开关损耗

软开关,利用谐振(电容电感二极管),导通时先使得电压变为0,再逐渐增加电流,关闭时先使得电流变为0,再逐渐增加电压。

无开关损耗,效率很搞。

整流

单相半波,单相桥,单相全波

有源逆变 一定条件下特殊的整流

[========]

逆变

逆变是指将直流电(DC)转换为交流电(AC)的过程,是整流的逆过程。逆变需要PWM控制技术将得到的脉冲波形转化为正弦波。PWM技术的原理就是相同能量的波形输入到系统中,对系统的响应是一致的。

1. 换流方式(Commutation)

换流的定义正如笔记所述:“从一路改到另一路”,即电流从一个晶闸管(或其它开关器件)转移到另一个晶闸管的过程。根据驱动换流的动力来源,分类如下:

器件换流: 利用全控型器件(如 IGBT、MOSFET)自身的导通和关断能力来控制电流切换。

电网换流: 利用交流电网的电压使晶闸管承受反向电压而熄灭。

强迫换流(笔记标注“熄灭”): 针对普通晶闸管(半控型),当外部没有反向电压时,必须借助附加的 LC 储能回路产生反向电压或反向电流,强迫原器件熄灭并完成换流。

负载换流(笔记标注“容性”): 当负载为容性负载(或处于超前功率因数状态)时,负载电压的相位超前于电流,利用负载产生的反向电动势来实现换流。

2. 逆变电路分类

这里对比了最经典的两种逆变电路形式:电压型逆变电路与电流型逆变电路。笔记中电流型部分有缺失,我们可以根据两者的对偶性(对称性)把它们补齐:

① 电压型逆变电路(Voltage Source Inverter, VSI)

直流侧特点: 直流侧为电压源或接有大电容(电容起稳压作用,使直流侧电压平稳)。

输出波形: 输出电压是矩形波(受开关状态直接控制),而输出电流则随负载性质变化(例如阻感负载下,电流接近正弦波或三角波)。

反馈通道: 内部有二极管无功反馈通道(续流二极管)。因为负载通常包含感性成分,当感性负载释放能量时,电流需要通过与开关管反并联的二极管反馈回直流侧电容。

② 电流型逆变电路(Current Source Inverter, CSI)

直流侧特点: 直流侧为电流源或串联大电感(电感起稳流作用,使直流侧电流平稳,对应笔记横线缺失部分)。

输出波形(补充横线): 电流是矩形波,而输出电压随负载性质变化(因为电流形状固定,电压取决于负载阻抗)。

反馈通道: 无反馈通道(或准确地说是无需反并联反馈二极管)。因为直流侧电流方向恒定,且由于大电感的存在,电流不能突变,所以通常需要通过缓冲电路或换流电容来处理无功能量,而不需要像电压型那样并联续流二极管。

半桥逆变由于电容分去负载一半的电压,所以幅度是全桥逆变的一半。

DC-DC

6斩波电路和5 隔离电路

PWM调节占空比来调节电压,前面是相控,调节触发角相位

斩波电路

BUCK 续流二极管

BOOST 有泵升二极管的作用

CUK = BOOST+BUCK

SEPIC = BUCK - BOOST + BOOST

ZETA = BUCK - BOOST + BUCK

隔离电路

正激、反激、推挽、全桥、半桥

正激(带隔离的BUCK)因为公式里相比于BUCK只多了匝数比,星标都在一端

反激(带隔离的BUCK-BOOST)星标在对角端

推挽 中间有抽头

全桥和半桥,参考逆变,且在正激的基础上,因此公式与BUCK相似

AC-AC

利用晶闸管(SCR)对交流电进行控制和变换的几种基本形式。

1. 核心核心:反并联 SCR(晶闸管)

标识与原理:图片上方画了一个电路符号,写着“一对反并联 SCR”。因为交流电有正半周和负半周,而单个晶闸管只能单向导通,所以把两个晶闸管“反向并联”在一起——正半周时其中一个导通,负半周时另一个导通,这样就能实现对交流电的全波控制。

2. 交-交控制的三种主要形式

分类

控制方式(触发时机)

对应典型应用(手写小字)

通俗解释

AC 调压 (交流调压)

每个周期都触发

TCR(晶闸管控制电抗器)

通过改变每个周期导通的“角度”(控制角),来调节输出电压的有效值。常用于工业加热、灯光调节等。

AC 调功 (交流调功)

几个周期触发

-

不改变每个周期的波形,而是控制“通几个周期、断几个周期”,通过改变通断比来调节平均功率。常用于热惯性大的电加热系统。

AC 电力电子开关

换流时才触发

TSC(晶闸管投切电容器)

把晶闸管当成无触点的“电子开关”使用。比如在无功补偿中,需要投切电容器(TSC)时才触发导通。

3. 交-交变频

通过控制两组反并联晶闸管交替导通的时间(比如让正向电流流过一段时间,再让反向电流流过一段时间),就可以在不用经过直流环节的情况下,直接把输入交流电的频率变成另一种频率(通常是降低频率),常用于大功率、低转速的交流电动机调速驱动。

这份手写笔记“圖片.jpg”主要讲解了电力电子技术中**交流变换(交-交)**和**变频**的核心概念。既然要用最通俗懂的方式,那我们就把这些高大上的专业词汇,拆解成连小孩子都能听懂的“大白话”。

我们可以把笔记分成上下两个部分来理解:

上半部分:交-交(交流-交流变换)

这里讲的是如何控制交流电(AC)。你可以把交流电想象成一队排着队、一会儿向前走、一会儿向后倒退的蚂蚁士兵(这就是正半周和负半周)。

1. 核心元件:反并联 SCR(晶闸管)

笔记内容:标识:一对反并联 SCR。正半周其中一个导通,负半周另一个导通。

白痴版解释:这里的 SCR(晶闸管)就像是一个“单向火车站闸机”,只允许蚂蚁朝一个方向走。为了让往前走的蚂蚁和往后退的蚂蚁都能通过,我们把两个闸机“头尾相反”地并排接在一起(这就是反并联)。当电流往前冲(正半周)时,闸机 A 开门放行;当电流往后倒(负半周)时,闸机 B 开门放行。

2. 三种控制手段(玩法)

通过控制这个“闸机”什么时候开门,可以分为三种应用:

AC 调压(每个周期都触发):

应用:TCR 晶闸管控制电抗器。

白痴版解释:每次蚂蚁走过来,我都让闸机迟一点点开门,只放走后半批蚂蚁。这样出来的电流就“变弱”了,达到了调节电压的目的。

AC 调功(几个周期一触发):

白痴版解释:这次我不卡每次的电流了。我直接规定:让蚂蚁队伍痛快地通过 3 秒钟,然后闭关锁国不让过 2 秒钟。通过控制“开门时间”和“关门时间”的比例,来控制总功率。

AC 电力电子开关(换流时才触发):

应用:TSC 晶闸管投切容器。

白痴版解释:这就纯粹当成一个电子开关用。想让电路通电就一直开着,想断电就关掉。因为没有机械火花,切换速度极快。

下半部分:变频

这里讲的是如何改变交流电的“频率”(也就是蚂蚁来回倒腾的速度)。

笔记内容:交替导通,改变交替频率即可变频。

白痴版解释:

看左边那个像个“H”一样的电路图,中间是一个负载(比如电动机)。左右两侧各有闸机。

如果我们先让左边导通、右边断开,电流就会从左往右穿过中间的零件;

紧接着,让右边导通、左边断开,电流就会从右往左反向穿过中间的零件。

只要我们拼命加快“左边开、右边开、左边开、右边开”的交替速度,中间零件感受到的电流来回晃荡的频率也就跟着变快了。这就是“变频”的原理。

总结口诀

交-交:用两个反方向的闸机,通过卡住开门的时间,来控制交流电的大小和胖瘦。

变频:通过左右交替开门,来控制电流来回晃荡的速度。

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