第7章 电力电子控制.

合集下载

(完整版)电力电子技术第7章复习题答案

(完整版)电力电子技术第7章复习题答案

第7章 PWM控制技术复习题第1部分:填空题1.PWM控制的理论基础是面积等效原理,即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。

2.根据“面积等效原理”,SPWM控制用一组等幅不等宽的脉冲(宽度按正弦规律变化)来等效一个正弦波。

3.PWM控制就是对脉冲的__宽度____进行调制的技术;直流斩波电路得到的PWM波是等效_直流___波形,SPWM控制得到的是等效_正弦___波形。

4.PWM波形只在单个极性范围内变化的控制方式称__单极性___控制方式,PWM波形在正负极性间变化的控制方式称__双极性______控制方式,三相桥式PWM型逆变电路采用__双极性______控制方式。

5.SPWM波形的控制方法:改变调制信号u r的幅值可改变基波幅值;改变调制信号u r的频率可改变基波频率;6.得到PWM波形的方法一般有两种,即_调制法__和_计算法_,实际中主要采用_调制法_。

7.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况,PWM调制方式可分为_同步调制__和_异步调制__。

一般为综合两种方法的优点,在低频输出时采用_异步调制_方法,在高频输出时采用_同步调制_方法。

8.在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断,这种生成SPWM波形的方法称_自然采样法___,实际应用中,采用_规则采样法______来代替上述方法,在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。

9.正弦波调制的三相PWM逆变电路,在调制度α为最大值1时,直流电压利用率为__0.866____,采用_梯形____波作为调制信号,可以有效地提高直流电压利用率,但是会为电路引入__低次谐波_____。

10.PWM逆变电路多重化联结方式有_变压器方式______和_电抗器方式____,二重化后,谐波地最低频率在____2__ωc附近。

11.从电路输出的合成方式来看,多重逆变电路有串联多重和并联多重两种方式。

电压型逆变电路多用__串联___多重方式;电流型逆变电路多采用_并联____多重方式。

电力电子系统建模及控制7 第七章 逆变器的建模与控制

电力电子系统建模及控制7 第七章 逆变器的建模与控制

(7 4)
这里(vi)TS表示vi的开关周期平均值。而S的开关周 期平均值
S Dt Ts
式中,D(t)为占空比。
(7 5)
由图7-3得到 (规则采样法)
D
1 2
1
vm Vtri
(7 6)
式中,vm为参考正弦波信号; Vtri为三角载波峰值。
把式(7-6)代人式(7-4)有 :
vi
Ts
1C 1 s
1
s2
n2 2n s
n2
(7 11)
RC LC
式中,n
1 LC
为无阻尼自然振荡角频率,
n
1

LC ; 1 L 为阻尼比。
2R C
这是一个典型的二阶振荡系统,频率特性为
G
j
n2
n2
2
j
2n
1
n
1 2
j2 n
A e j
(7 12)
式中
式中,R=15Ω,L=660μH,C=22μF, Kpwm=E=380 (在设计时把三角载波的幅值当成1)。
由 式 (7-28) 可 以 解 得 内 环 PI 控 制 器 的 参 数 : Kip=2.63×10-4,Kii=2.18。设计的内环PI控制器如下:
H1
s
2.63104 s
s
2.18
7 29
考察一个滤波器性能的优劣:
➢ 对谐波的抑制能力,可以由THD值体现; ➢ 尽量减小滤波器对逆变器的附加电流应力。
电流应力增大,除使器件损耗及线路损耗加大外,另一 方面也使对功率元件的容量的要求增大。

T

H

D 矛盾 流

电力电子技术中的电力电子控制技术是什么

电力电子技术中的电力电子控制技术是什么

电力电子技术中的电力电子控制技术是什么电力电子技术是指将电力和电子技术相结合,用于实现电力的调控、变换和控制的一门学科。

其中,电力电子控制技术则是电力电子技术中的重要组成部分,主要用于控制电力电子设备的工作状态和输出特性,以满足不同的应用需求。

本文将就电力电子控制技术的基本原理、应用领域以及发展趋势等方面展开论述。

一、电力电子控制技术的基本原理电力电子控制技术的基本原理可归纳为以下几点:1. 可控硅技术:可控硅是一种具有开关特性的电子元器件,可通过外部控制信号,实现对电流的控制。

在电力电子应用中,可控硅被广泛应用于交流电压的调制、变换和控制等方面。

2. 双向开关技术:双向开关是指能够实现正向和反向电流流动的电子开关元器件。

双向开关技术常用于直流电源和交流电源之间的转换与控制。

3. 脉宽调制技术:脉宽调制技术是一种通过改变电流或电压的脉冲宽度来控制输出功率的方法。

通过调整脉冲的宽窄,可以实现对输出电压、电流的精确控制。

二、电力电子控制技术的应用领域电力电子控制技术广泛应用于以下几个领域:1. 交流传动系统:在交流传动系统中,电力电子控制技术可用于调节电机的速度、转矩和位置。

例如,变频调速技术可以通过调整电机的频率和电压,实现对电机转速的精确控制。

2. 新能源发电系统:在新能源发电系统中,电力电子控制技术可以用于控制光伏发电系统、风力发电系统和储能系统等。

例如,逆变器技术可将直流电能转换为交流电能,实现与电网的互连。

3. 电力质量控制:电力质量控制是指在电力系统中,通过电力电子控制技术提高电力质量的稳定性和可靠性。

例如,采用无功补偿技术可以减小电压波动和谐波,改善电力系统的供电质量。

三、电力电子控制技术的发展趋势随着科技的不断进步,电力电子控制技术也在不断发展。

未来的发展趋势主要表现在以下几个方面:1. 高效节能:电力电子控制技术将更加注重提高能量的利用效率,减少能源消耗。

例如,采用无感应功率器件和高效控制算法,以提高系统的能源转换效率。

电力电子技术王兆安第五版课后习题答案

电力电子技术王兆安第五版课后习题答案

目录第 1章电力电子器件第 2章整流电路第 3章直流斩波电路第 4章交流电力控制电路和交交变频电路第 5章逆变电路第 6章 PWM控制技术第 7章软开关技术第 8章组合变流电路π π π第 1 章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么?答:使晶闸管导通的条件是:晶闸管承受正向阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。

或:u AK >0 且 u GK >0。

2. 维持晶闸管导通的条件是什么?怎样才能使晶闸管由导通变为关断?答:维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流,即维持 电流。

要使晶闸管由导通变为关断,可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下,即降到维持电流以下,便可使导通的晶闸管关断。

3. 图 1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形,各波形的电流最大值均为 I m ,试计算各波形的电流平均值 I d1、I d2、I d3 与电流有效值 I 1、I 2、I 3。

π π 4a)12π 0 ππ 5π 2π 0π 2π44 2b)c)图 1-43 晶闸管导电波形I m 2解:a)I d1= 2 1 赲υλ0πI m sin ω td ( ω t ) = ( +1 ) 猏υλ0 0.2717 I m 42 22 I m3 1 I 1= 赲υλ0π ( 2 π 4b)I d2 = 1 赲υλ0ππ 41I m sin ω t ) d ( ω t ) = + 猏υλ0 0.4767 I m 2 4 2πI m 2I msin ω td ( ω t ) = ( + 1 ) 猏υλ0 0.5434 I m π 22 2I m3 1 I 2 =π 赲υλ0π( I m sin ω t ) d ( ωt ) = + 猏υλ0 0.6741I 4 24 2π πc)I d3= 1 21赲υλ002 I md ( ωt ) =π2 1 I m 4 1 I3 =赲υλ002 I md (ωt ) = I m 2 π2多少?这时,相应的电流最大值 I m1、I m2、I m3 各为多少?解:额定电流 I T(AV) =100A 的晶闸管,允许的电流有效值 I =157A ,由上题计算结果知a) b) II m1 ? 猏υλ0329.35,0 4767II m2 ? 猏υλ0 232.90,0 6741I d1 猏υλ0 0.2717 I m1 猏υλ0 89.48 I d2 猏υλ0 0.5434 I m2 猏υλ0 126.56 1 c) I m3=2 I = 314, I d3= I m3=78.545. GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构,为什么 GTO 能够自关断,而普通晶闸管不能? 答:GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构,由 P 1N 1P 2 和 N 1P 2N 2 构成两个晶体管 V 1、V 2,分 别具有共基极电流增益 α 和 α ,由普通晶闸管的分析可得, α + α =1 是器件临界导通 12的条件。

电力电子技术第7章 脉宽调(PWM)技术

电力电子技术第7章  脉宽调(PWM)技术
17
17-82
7.2.1 计算法和调制法
一般在输出电压半周期内,器件通、断各2k次, 考虑到PWM波四分之一周期对称,k个开关时 刻可控,除用一个自由度控制基波幅值外,可 消去k-1个频率的特定谐波。 k的取值越大,开关时刻的计算越复杂。 除计算法和调制法外,还有跟踪控制方法,在
7.3节介绍。
18
• 第5、6章已涉及到PWM控制:第5章直流斩波 电路采用的就 PWM 技术;第 6 章的 6.1 斩控式 调压电路和6.4矩阵式变频电路都涉及到了。
2
2-82
第七章 PWM控制技术• 引言
• PWM控制的思想源于通信技术,全控型器件的发展使得实
现PWM控制变得十分容易。
• PWM技术的应用十分广泛,它使电力电子装置的性能大大 提高,因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的
在ur的半个周期内,三角波 载波不再是单极性,而是有 正有负,所得PWM波也有正 有负,其幅值只有±Ud两种 电平。 ur正负半周,对各开关器件 的控制规律相同。
N fc 9 fr
Vcm Vrm
vc
2p
0
wt
vr
v ab
VD
p
2
0
3p 2
2p
p
2
wt
VD
d1
d2
图7-6 双极性PWM控制方式波形23
24-82
7.2.1 计算法和调制法
u O uo uof uc ur
u ur uc
wt
O
wt
uo Ud O -Ud
uo Ud
u of
uo
wt
O
-Ud
wt
图7-5 单极性PWM控制方式波形

电力电子技术课后习题重点(第五章~第七章)

电力电子技术课后习题重点(第五章~第七章)

4-4电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么?为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管?在电压型逆变电路中,当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

当输出交流电压和电流的极性相同时,电流经电路中的可控开关器件流通,而当输出电压电流极性相反时,由反馈二极管提供电流通道。

4-8.逆变电路多重化的目的是什么?如何实现?串联多重和并联多重逆变电路备用于什么场合?答:逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高,二是可以改善输出电压的波形。

因为无论是电压型逆变电路输出的矩形电压波,还是电流型逆变电路输出的矩形电流波,都含有较多谐波,对负载有不利影响,采用多重逆变电路,可以把几个矩形波组合起来获得接近正弦波的波形。

逆变电路多重化就是把若干个逆变电路的输出按一定的相位差组合起来,使它们所含的某些主要谐波分量相互抵消,就可以得到较为接近正弦波的波形。

组合方式有串联多重和并联多重两种方式。

串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来,并联多重是把几个逆变电路的输出并联起来。

串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。

并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路的多重化。

在电流型逆变电路中,直流电流极性是一定的,无功能量由直流侧电感来缓冲。

当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时,电流并不反向,依然经电路中的可控开关器件流通,因此不需要并联反馈二极管。

5-1简述图5-la 所示的降压斩波电路工作原理。

答:降压斩波器的原理是:在一个控制周期中,让V 导通一段时间on t 。

,由电源E 向L 、R 、M 供电,在此期间,Uo=E 。

然后使V 关断一段时间off t ,此时电感L 通过二极管VD 向R 和M 供电,Uo=0。

一个周期内的平均电压0on offE t U t ⋅=⋅输出电压小于电源电压,起到降压的作用。

5-2.在图5-1a 所示的降压斩波电路中,已知E=200V ,R=10Ω,L 值微大,E=30V ,T=50μs ,ton=20μs ,计算输出电压平均值U o ,输出电流平均值I o 。

电力电子技术第7章斩波调压电路

电力电子技术第7章斩波调压电路

第七章斩波调压电路7.1 基本斩波电路7.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路7.3 带隔离的直流直流变流电路引言■直流-直流变流电路(DC/DC Converter),也称斩波电路,包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。

■直接直流变流电路◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。

◆一般是指直接将直流电变为另一直流电,这种情况下输入与输出之间不隔离。

■间接直流变流电路◆在直流变流电路中增加了交流环节。

◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离,因此也称为直—交—直电路。

7.1 基本斩波电路7.1.1 降压斩波电路图7-1 降压斩波电路的原理图及波形a )电路图b )电流连续时的波形c )电流断续时的波形■降压斩波电路(Buck Chopper)◆电路分析☞使用一个全控型器件V ,图中为IGBT,若采用晶闸管,需设置使晶闸管关断的辅助电路。

☞设置了续流二极管VD ,在V关断时给负载中电感电流提供通道。

☞主要用于电子电路的供电电源,也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等,后两种情况下负载中均会出现反电动势,如图中E m 所示。

◆工作原理☞t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压u o =E ,负载电流i o 按指数曲线上升。

☞t=t 1时控制V关断,二极管VD续流,负载电压u o 近似为零,负载电流呈指数曲线下降,通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。

◆基本的数量关系☞电流连续时√负载电压的平均值为: E E T t E t t t U on offon on o α==+=√负载电流平均值为: 式中t on 为V处于通态的时间,t off 为V处于断态的时间,T 为开关周期,α为导通占空比,简称占空比或导通比。

RE U I m o o −=☞电流断续时,负载电压u o 平均值会被抬高,一般不希望出现电流断续的情况。

◆斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制(PWM):T不变,改变t on 。

PWM控制电路

PWM控制电路
2011-12-22
武汉科技大学信息学院
5
PWM控制技术 电 力 电 子 技 术
7.1 PWM控制的基本原理
等幅PWM波和不等幅PWM波: 由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波, 如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路。 输入电源是交流,得到不等幅PWM波,斩控式 交流调压电路、矩阵式变频电路。 基于面积等效原理进行控制,本质是相同的。
特定谐波消去法(Selected Harmonic Elimination PWM—SHEPWM) 这是计算法中一种较有代表性的 方法。 输出电压半周期内,器件通、断 各3次(不包括0和π),共6个开 关时刻可控。
Ud 2

Ud 2
特定谐波消去法的输出PWM波形
为减少谐波并简化控制,要尽量使波形对称。 为减少谐波并简化控制,要尽量使波形对称。 首先,为消除偶次谐波,使波形正负两半周期镜对称, 首先,为消除偶次谐波,使波形正负两半周期镜对称,即
2011-12-22
武汉科技大学信息学院
8
PWM控制技术 电 力 电 子 技 术 计算法
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数,准确计算PWM波 各脉冲宽度和间隔,据此控制逆变电路开关器件的通断,就 可得到所需PWM波形。 繁琐,当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时,结果都要 变化。 调制法 输出波形作调制信号,进行调制得到期望的PWM波。 输出波形作调制信号 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波 载波。 载波 等腰三角波应用最多,其任一点水平宽度和高度成线性关系 且左右对称。
2011-12-22
武汉科技大学信息学院
2
PWM控制技术 7.1 PWM控制的基本原理 电 力 电 理论基础: 子 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上 技 术 时,其效果基本相同;
  1. 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. 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. 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)。
2. 开关频率f=1/T:在一般情况下,为降低开关损耗,开关频 率通常设置为固定不变的;
3. 时间延迟 t0 或相位控制角 t0 :一般用于基于半控型器件 的相控整流器,通过调节相位控制角控制直流输出电压。 几种特殊的AC-AC变换器也使用相位调节技术。
❖ 改变上述三个参数,就可以得到与其相对应的控制电力电子电路 的几种方法。
L
Vin S1
S2 C
Vout
Power Electronics
❖ 用指定开关函数S1(t)和S2 (t)分别来代表两个开关器件 S1 和 S2,在Boost斩波电路中开关是交替工作的,且开
关函数的值只能是0或1,因此有 S1(t) S2 (t) 1。 (7 1)
❖ 考虑S1 的开关动作,可 以将电路中电感电路
Power Electronics
❖ 在DC-DC变换电路和DC-AC变换电路中,经常利用调 节占空比(PWM)来改变它们的输出特性;
❖ 在可控整流应用中,通常使用相位控制技术; ❖ 第6章介绍过的空间电压矢量PWM是开关函数的一个
典型应用,其中的开关函数通过固定的开关频率限制 了开关器件的开关频率,而通过每个周期内根据空间 电压矢量方法计算出的各相桥臂占空比调节输出电压 矢量的幅值和大小。
❖ 考虑 S2的开关动作,可 以将电路中电感电路
的电压方程和电容电
的电压方程和电容电
路的电压方程描述为:
路的电压方程描述为:
S1(Vin
L
diL dt
)
0
S1
(C
dvc dt
vc R
)
0
(7 2)
S 2 (Vin
L
diL dt
)
S 2vc
S 2 (C
dvc dt
vc R
)
S 2iL
(7 3)
❖ 在三相静止坐标系下,电机模型被描述为有 时变互感的非常复杂的微分方程组。因此, 对交流电机模型直接进行分析、求解和运用 是非常困难的。
Power Electronics
❖ 20世纪20年代,Park提出了电机分析的新理论。他 将电机定子上的变量(电压、电流、磁链)转换到 与转子同步旋转的坐标轴上,所有由于相对运动产 生的时变电感都被消除了。
➢ 目的:找到使控制目标表示得更为简单的坐标系
下面以交流异步电机为具体控制对象对坐标变换进行介绍
Power Electronics
❖ 交流电机可以看作二次绕组运动的变压器, 定、转子绕组之间的耦合系数是随转子位置 角r 连续变化的。异步电机定子各相绕组之间、 转子各相绕组之间以及定子绕组和转子绕组 之间的耦合关系相当复杂。
第七章 电力电子控制
❖ 7.1 概述 ❖ 7.2 电力电子变换的理论基础 ❖ 7.3 电压与电流的闭环控制 ❖ 7.4 数字控制系统
Power Electronics
7.1 概述
❖ 在电力系统中,公用电网提供的电源是频率固定的某一 标准等级的单相或三相交流电源,而用电设备要求将发 电厂生产的单一频率和电压的电能变换为最佳工作情况 所需要的另一种特性和参数(频率、电压、相位和波形) 的电能。
Power Electronics
❖ 将(7-1)代入(7-2)、(7-3),并加以归并,可得
Vin
L
diL dt
S 2vc
C
dvc dt
vc R
S 2iL
❖ 这个合并的方程式比原始方程更加简单,且更容易分 析。
❖ 如果系统采用固定开关频率的PWM控制,在一个开 关周期内,开关函数 S1(t)和 S2 (t)的作用时间可以直接 用占空比D来描述,因此我们常常用占空比D这个参 数来表示开关函数的离散时间作用效果,具体方法在 后面状态空间平均法中将作进一步介绍 。
1,开关导通时
(t) 0,开关关断时
❖ 开关函数是时间值的离散函数,可以用来表示对电力 电子变换电路的控制。下图给出了一个典型的周期性 开关函数,T表示其周期。
1
0
t0 dT T
2T
3T
t
Power Electronics
❖ 一个通用的开关函数可用下面三个参数来表征:
1. 占空比d:指在一个周期里开关开通时间占整个周期时间 的比值。一般来说占空比是可以调节的,以便达到所期望 的控制目的,这个过程叫做脉宽调制(PWM),它是电力 变换器控制的最重要的一种手段,常用来控制输出电压;
❖ 后来人们进一步证明,定、转子的变量只要转换到 任意速度的同一个参考轴上,都可以消除时变电感。 这也是对交流电机在三相静止坐标系下的数学模型 进行简化的主要思路。
Power Electronics
❖ 开关函数是描述电力电子变换装置工作状态的一种强有力 工具,同时我们还可以从中得到一些广泛使用的控制方法。 下面以一个Boost斩波电路来分析其实用性。
❖ 在下图所示的Boost斩波电路中,电路的电流通道取决于给 定时刻系统中两个开关的状态,因此它的回路电压方程和 节点电流方程也取决于在给定时刻系统中两 采用电力电子变换装置,可以实现不同频率、不同电压 等级电能之间的相互变换。
❖ 首先要根据选择的电路拓扑结构建立其开关器件乃至整 个系统的数学模型,然后再根据数学模型提出电压的控 制策略,之后再根据控制方案设计控制算法,最后控制 算法要通过模拟控制系统或者数字控制系统实现。
❖ 包含了建模分析方法、电压电流控制策略的电力电子控 制技术是决定电力电子变换装置工作性能的关键因素。
Power Electronics
7.2 电力电子变换的理论基础
❖ 7.2.1 开关函数及其应用 ❖ 7.2.2 坐标变换 ❖ 7.2.3 状态空间平均法 ❖ 7.2.4 频域模型
Power Electronics
7.2.1 开关函数及其应用
❖ 利用全控型电力电子器件的开关动作构成的电力电子 变换电路中,常常用1、0表示开关器件的导通与关断, 也即用开关函数表示开关动作,其定义为
Power Electronics
7.2.2 坐标变换
❖ 在电力电子变换技术最常用的应用领域,控制目标往往是 三相或多相交流电压、电流量。直接对交流量进行控制非 常困难。通过坐标变换可以对这些变量进行简化,便于理 解和控制。
❖ 从数学分析角度来看,坐标变换可以看作被控制系统一组 变量构成的矢量在不同线性空间坐标系上的表示。在不同 线性空间,各个变量之间的耦合性有很大的差异,从而使 得在不同坐标系下系统的数学模型复杂程度也大不相同。
相关文档
最新文档