电力电子技术教案教学内容.doc

电力电子技术教案温州大学课程教案学 院_物理_课程名称_电力电子技术_学 时_36_教 材_电力电子技术_授课教师_徐孟_授课对象_04信电1、2_2006年 9 月 1 日 授课时间：第12周星期三34节授课类型：理论课授课题目：复合斩波电路和多相多重斩波电路本授课单元教学目标：介绍电流可逆斩波电路的组成及实现原理。在深入讲解该电路在电机拖动中的应用，从而引出桥式可逆斩波电路和电流可逆斩波电路的关系。最后介绍多相多重斩波电路的应用，并归纳该电路的优点。要求：通过本次课，熟悉调频电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路和多相多重斩波电路的原理，掌握多相多重斩波电路的特点，学会电流可逆斩波电路应用电路的结构分析和该电路在电机拖动中的应用。本授课单元教学重点和难点：教学重点为电流可逆斩波电路的工作原理及电路结构，难点为电流可逆斩波电路在电机拖动应用的工作原理分析方法。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：u 首先，介绍升压电路和降压电路的基本应用；u 再说明关于电流可逆斩波电路的教学安排主要教学内容、重点难点所在等；u 然后，进入正题；u 最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：u 多媒体课件+板书；u 电流可逆斩波电路分析过程较复杂，把讲解重点放在该电路是有升压电路、和降压电路组合而成，这样可令学生的思路清晰，容易掌握分析方法；u 通过实际的电机拖动电路应用电路来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力。本授课单元主要教学内容（见后）教学内容3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路1） 名词解释复合斩波电路 ：降压斩波电路和升压斩波电路的组合构成 多相多重斩波电路 ：相同结构的基本斩波电路组合构成 2）电流可逆斩波电路（注意分解成前面几种基本的电路） 斩波电路用于拖动直流电动机时，常要使电动机既可电动运行，又可再生制动 降压斩波电路拖动直流电动机时，如图所示，电动机工作于第1象限 图所示升压斩波电路中，电动机工作于第2象限 电流可逆斩波电路：降压斩波电路与升压斩波电路组合，拖动直流电动机时，电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限举列详细说明桥式可逆斩波电路（注意分解成前面几种基本的电路）1）降压斩波电路l 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uo=E，负载电流io按指数曲线上升 t=t1时刻控制V关断，负载电流经二极管VD续流，负载电压uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L值较大 3） 名词解释多相多重斩波电路：在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成相数：一个控制周期中电源侧的电流脉波数重数：负载电流脉波数4）多相多重斩波电路举例：3相3重降压斩波电路（详细讲解，课件上有图）结论：1、由于3个单元电流的脉动幅值互相抵消，使总的输出电流脉动幅值变得很小 2、和单相时相比，设输出电流最大脉动率一定时，所需平波电抗器总重量大为减轻3、总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比）与相数的平方成反比相当于由3个降压斩波电路单元并联而成，总输出电流为3个斩波电路单元输出电流之和，其平均值为单元输出电流平均值的3倍，脉动频率也为3倍3）升降压斩波电路基本原理： V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电。 V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路四、课后思考1降压斩波电路的工作原理？2升压斩波电路的工作原理？3升降压斩波电路的工作原理？4书上111页2题、3题？ 授课时间：第13周星期三34节授课类型：理论课授课题目：交流调压电路本授课单元教学目标：介绍单相交流调压电路和三相交流调压电路的组成及实现原理。深入讲解该单相交流调压电路和三相交流调压电路在灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）、异步电动机软起动和异步电动机调速电机拖动中的应用，再详细简介调压电路输入和输出的关系，画出该电路的波形图。最后归纳该电路的优点。要求：通过本次课，熟悉单相交流调压电路和三相交流调压电路的原理，掌握调压电路的特点，学会单相交流调压电路和三相交流调压电路的结构分析和该电路在单相交流调压电路和三相交流调压电路的应用。本授课单元教学重点和难点：教学重点为单相交流调压电路和三相交流调压电路的工作原理及电路结构和该电路输入输出的关系和该电路的波形分析，难点为三相交流调压电路在电机拖动应用的工作原理分析方法。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：u 首先，介绍单相交流调压电路的基本应用；u 再说明关于电流可逆斩波电路的教学安排主要教学内容、重点难点所在等；u 然后，进入正题；u 最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：u 多媒体课件+板书；u 交流调压电路电路分析过程较简单，把讲解重点放在该电路的具体应用方面，这样可令学生知道该电路在什么场合可以应用和该电路的具体作用，提高学生的学习兴趣；u 通过实际的软启动应用电路来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力和应用能力本授课单元主要教学内容（见后）教学内容u 交流调压电路的应用： 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制） 异步电动机软起动 异步电动机调速 供用电系统对无功功率的连续调节 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压（此处要做稍微详细的解释）（1）单相交流调压电路u 数量关系 负载电压有效值： 负载电流有效值： 晶闸管电流有效值： 功率因数：u 结论：输出电压与a的关系: 移相范围为0 a 。 a =0时，输出电压为最大， Uo=U1。随a的增大，Uo降低， a =时， Uo =0。u 与a的关系: a =0时，功率因数=1， a增大，输入电流滞后于电压且畸变，降低简单介绍感性负载的情况.u 结论：阻感负载的情况 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7等次谐波 随着次数的增加，谐波含量减少 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些 当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所减少（2） 三相交流调压电路u 三相四线 基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线 问题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。a=90时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近u 三相三线，电阻负载时的情况 任一相导通须和另一相构成回路 电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1 VT6,依次相差60 相电压过零点定为a的起点， a角移相范围是0 150图4-2晶闸管控制电抗器(TCR)电路图4-3 TCR电路负载相电流和输入线电流波形u 典型用例晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled ReactorTCR） a移相范围为90 180 控制a角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率 配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Var CampensatorSVC），用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变四、课后思考1举出3种交流电力控制电路？2调压电路的具体应用在什么地方？3书上131页，课后习题1 、2题。授课时间：第14周星期三34节授课类型：理论课授课题目：其他交流电力控制电路本授课单元教学目标：介绍交流调功电路、交流电力电子开关组成及实现原理。深入讲解交流调功电路、交流电力电子开关电路的应用，再详细简介交流调功电路、交流电力电子开关输入和输出的关系，画出该电路的波形图。最后归纳该交流调功电路、交流电力电子开关电路的优点。要求：通过本次课，熟悉交流调功电路、交流电力电子开关交流调功电路、交流电力电子开关的原理，掌握交流调功电路、交流电力电子开关电路的特点，学会交流调功电路、交流电力电子开关的结构分析和该交流调功电路、交流电力电子开关和单相交流调压电路和三相交流调压电路的应用的区别和优缺点。本授课单元教学重点和难点：教学重点为交流调功电路、交流电力电子开关的工作原理及电路结构和该电路输入输出的关系和该电路的波形分析，难点为交流调功电路、交流电力电子开关和交流调压电路的工作原理分析方法的区别和应用场合的不同。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：u 首先，介绍交流调功电路、交流电力电子开关的基本应用原理；u 再说明关于其他交流电力控制电路的教学安排主要教学内容、重点难点所在等；u 然后，进入正题；u 最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：u 多媒体课件+板书；u 其他交流电力控制电路电路分析过程较简单，把讲解重点放在其他交流电力控制电路的具体应用方面和其他交流电力控制电路和调压电路的区别，这样可令学生知道该电路在什么场合可以应用和该电路的具体作用，提高学生的学习兴趣；u 通过实际的电炉加热应用电路来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力和应用能力本授课单元主要教学内容（见后）教学内容交流电力控制电路的类型交流调压电路:交流调功电路:交流电力电子开关:每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。（3）交流调功电路 控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后MN个周期关断 u 谐波情况 图4-14的频谱图（以控制周期为基准）。In为n次谐波有效值， Io为导通时电路电流幅值 以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波 而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大 （4）交流电力电子开关作用：代替机械开关，起接通和断开电路的作用优点：响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断u 与交流调功电路的区别 并不控制电路的平均输出功率 通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开 控制频度通常比交流调功电路低得多交流电力电子开关的应用：u 晶闸管投切电容器（Thyristor Switched CapacitorTSC） 对无功功率控制，可提高功 率因数，稳定电网电压，改善供电质量 性能优于机械开关投切的电容器u 结构和原理 图4-15基本原理图（单相） 实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结u 晶闸管投切： 选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流 理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化四、课后思考1举出3种交流电力控制电路？2交流电力电子开关电路的应用场合？3书上131页，课后习题3、8题？授课时间：第15周星期三34节授课类型：理论课授课题目：换流方式本授课单元教学目标：简介概述逆变电路的发展状态和应用情况，介绍逆变电路的的组成及实现原理。深入讲解换流方式的分类和换流方式的概念以及换流的应用场合。要求：通过本次课，熟悉逆变电路的原理，掌握逆变电路的特点，学会逆变电路的结构分析和该电路在实际产品中的应用，并掌握逆变电路中换流的方式和方法。本授课单元教学重点和难点：教学重点为逆变电路的换流方式的分类上的应用，难点为逆变电路的工作原理分析方法和实际中的应用。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：u 首先，概述逆变电路的基本发展和情况；u 再说明关于逆变电路中换流方式的教学安排主要教学内容、重点难点所在等；u 然后，进入正题；u 最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：u 多媒体课件+板书；u 逆变电路电路分析过程较简单，把讲解重点放在该电路的具体应用方面，这样可令学生知道该电路在什么场合可以应用和该电路的具体作用，提高学生的学习兴趣；u 通过实际的逆变电路中换流方式来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力和应用能力本授课单元主要教学内容（见后）教学内容50逆变电路引言 逆变与整流相对应，直流电变成交流电l 交流侧接电网，为有源逆变l 交流侧接负载，为无源逆变本章讲述无源逆变l 变频电路：交交变频和交直交变频两种l 交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变5.1节换流方式l 5.2节电压型逆变电路l 5.3节电流型逆变电路l 5.4节逆变电路的多重化和多电平逆变电路。5.1 换流方式（1） 详细讲解单相桥式逆变电路 图5-1 逆变电路及其波形举例逆变电路的基本工作原理：S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负 改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率 电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同 阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同（2）换流方式的分类（注意术语的解释）l 换流电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相 开通：适当的门极驱动信号就可使其开通 关断： 全控型器件可通过门极关断 半控型器件晶闸管，必须利用外部条件才能关断 一般在晶闸管电流过零后施加一定时间反压，才能关断 研究换流方式主要是研究如何使器件关断l 本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此在本章讲述l 负载换流逆变电路： 采用晶闸管 负载：电阻电感串联后再和电容并联，工作在接近 并联谐振状态而略呈容性 电容为改善负载功率因数使其略呈容性而接入直流侧串入大电感Ld， id基本没有脉动（由于内容分的具体，详细，具体内容见课件）（3）换流方式的小结：器件换流适用于全控型器件 其余三种方式针对晶闸管 器件换流和强迫换流属于自换流 电网换流和负载换流外部换流 当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭四、课后思考1、 逆变电路的主要应用在哪些方面？2、 换流方式有哪几种？各有什么特点？授课时间：第16周星期三34节授课类型：理论课授课题目：电压型逆变电路本授课单元教学目标：简介概述电压逆变电路的基本特点以及电路中的电容和二极管的作用，介绍电压逆变电路的组成及实现原理。深入讲解单相电压逆变电路的移相全桥逆变的原理和输出波形。要求：通过本次课，熟悉电压逆变电路的原理，掌握电压逆变电路的特点，学会电压逆变电路的结构分析和该电路在实际产品中的应用，并掌握移相逆变电路中变换的方式和方法。本授课单元教学重点和难点：教学重点为单相逆变电路的移相的原理及实现，难点为三相逆变电路的工作原理分析方法和波形输出。本授课单元教学过程设计：1、过程设计：u 首先，简单介绍电压逆变电路的主要特点；u 再说明电压逆变电路的教学安排主要教学内容、重点难点所在等；u 然后，进入正题；u 最后，小结本次课教学内容。2、采用的方法：u 多媒体课件+板书；u 电压逆变电路电路分析过程较复杂，把讲解重点放在单相全桥逆变电路的移相调压方式，这样可令学生知道该电路如何实现移相，以及为何要实现移相；u 通过实际的电压移相电路的波形分析来加深学生对该电路的理解，增强学生对电路的具体分析能力和应用能力。本授课单元主要教学内容（见后）教学内容 电压型逆变电路的特点 (1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无 脉动 (2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不 同 (3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反 馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管具体分析电路和波形的关系（详细见课件）（2）三相电压型逆变电路图5-2 三相电压型桥式逆变电路l 180导电方式 每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 任一瞬间有三个桥臂同时导通 每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流（讲课时要详细讲解 重点）（3）三相电流型逆变电路（略）该内容留给学生自己自学 结论：流型逆变电路主要特点 (1)直流侧串大电感，相当于电流源 (2)交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因 负载不同而不同 (3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关 器件反并联二极管 电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍 应用较多 换流方式有负载换流、强迫换流（4）多重逆变电路和多电平逆变电路（选择性的讲解，如课时多余可加，不足可去）l 电压型输出电压是矩形波，电流型输出电流是 矩形波，谐波多l 多重逆变电路把几个矩形波组合起来，接近正弦l 多电平逆变电路输出较多电平，使输出接近正弦详细讲解时，以单相电压型二重逆变电路为实例 小结l 逆变电路分类方法 可按换流方式、输出相数、直流电源的性质或用途等分类 本章主要采用按直流侧电源性质分类的方法，分为电压型和电流型两类 电压型和电流型的概念用于其他电路，会对这些电路有更深刻的认识 负载为大电感的整流电路可看为电流型整流电路 电容滤波的整流电路可看成为电压型整流电路l 与其他章的关系 本章对逆变电路的讲述是很基本的，还远不完整 下一章的PWM控制技术在逆变电路中应用最多，绝大部分逆变电路都是PWM控制的，学完下一章才能对逆变电路有一个较为完整的认识 逆变电路的直流电源往往由整流电路而来，二都结合构成间接交流变流电路 此外，间接直流变流电路大量用于开关电源，其中的核心电路仍是逆变电路 将在第8章介绍，学完第8章后，对逆变电路及其应用将有更完整的认识四、课后思考1、单相逆变电路的主要应用在哪些方面？2、三相电压逆变电路的优点？3、 书上149页，课后习题5、8题