开关变换器-第2章-瞬时功率理论ppt课件.ppt

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1、第2章瞬时功率理论兰州交通大学开关型变换器建模与分析2017Instantaneouspowertheory2开关型变换器建模与分析本节内容瞬时功率理论概述瞬时功率理论基于正交分量的功率理论3开关型变换器建模与分析2.1概述19世纪末，采用恒定频率、正弦波电压供电使设计变压器和输电线路（包括极长距离的输电线路）变得容易。如果交流供电的负载其电流与电压同相位，那么电力网路可以做得更加高效。因此，就提出了无功功率得概念，用来描述与电源电压不同相位的负载电流所产生的电功率的量。视在功率描述如果电压电流是正弦波形且完全同相位时，就

2、有多大的功率可以被传递或消耗。功率因数给出了一个电路中某点实际传递或消耗的平均功率与视在功率之间的关系。自从20世纪60年代后期电力电子装置大量应用以后，汲取非正弦电流的非线性负载大量增加，这样，在非正弦电流情况下，前面所述的功率定义是有问题的，在有些情况下会导致错误的解释。4开关型变换器建模与分析单相系统——正弦条件下的功率定义瞬时功率有效值上式也可以表示成其中，P为有功功率，Q为无功功率，φ为无源网络阻抗Z的阻抗角。5开关型变换器建模与分析有功功率与无功功率的传统概念对于给定的电压和电流画出来对应的功率分量。6开关型变

3、换器建模与分析相量表示法阻抗电压、电流、阻抗用相量表示为正弦量相量图7开关型变换器建模与分析这些功率定义只适合于正弦条件，而不适合于非正弦条件复功率视在功率功率因数在正弦波情况下，一般用复功率来描述功率特性：8开关型变换器建模与分析如果把无源二端口网络的无功功率补偿到零，可以使得电源电流有效值I和视在功率S最小化，而此时的有功功率并没有改变，因而功率因数提高到1。在单相负载是非线性负载的条件下，无功功率不一定仅仅与储能元件有关，还可能出现在含开关器件的纯电阻电路中。对于非正弦电路，波形的畸变可能很大。设正弦波电压有效值为U

4、，畸变电流有效值为I，基波电流有效值及与电压的相位差分别用和表示，这时有功功率为9开关型变换器建模与分析功率因数：基波因数：位移因数（基波功率因数）：可见，功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。10开关型变换器建模与分析一般来说，单相电路中基于瞬时功率的无功功率分量的类似解释是不能应用于三相线性电路。例如，如图所示的对称(平衡)三相电路中，设三相负载为三相对称系统瞬时功率11开关型变换器建模与分析所以，不能从中提取出一个与无功功率表达式相对应的交变分量：在三相正弦电路中，则存在三种不同的视在功率定义方式

5、：算术视在功率为几何视在功率为Buchholz视在功率为12开关型变换器建模与分析单相系统——非正弦条件下的功率定义常用的三种功率定义方法：Budeanu的功率定义——频域；1927年罗马尼亚电气工程师Fryze的功率定义——时域；1931年，波兰教授Czarnecki的功率定义—结合了频域与时域的分析方法；198313开关型变换器建模与分析1)Budeanu：特点：①在一个基波周期内的积分；②不能准确描述不同次谐波间的作用；(畸变功率）将有功功率P和无功功率Q分别定义为所有谐波有功功率和无功功率的叠加14开关型变换器建模

6、与分析功率四面体15开关型变换器建模与分析当把Budeanu关于Q、D的定义式扩展到分析三相电路时，会导致错误的解释。不能作为设计三相无源、有源滤波器的基础。DB为畸变功率16开关型变换器建模与分析Budeanu理论的不当之处在于(1)这个理论不能使视在功率最小化，也就不能用于提高功率因数；(2)无功功率QB不是对振荡能量的一种度量；(3)不能基于无功功率QB计算出使功率因数达到可能的最大值时的电容值；(4)电流有效值和畸变功率DB之间没有直接的联系；(5)对功率QB或者DB进行独立补偿是不可能的；(6)它存在对非正弦周期

7、电路中能量现象的错误解释。17开关型变换器建模与分析2)Fryze18开关型变换器建模与分析Fryze把“无功功率”定义为包含电压、电流中所有对有功功率PW不产生贡献部分的总和，这是一大贡献。但其对于有功功率PW和视在功率PS的定义和Budeanu定义是一致的。Fryze的功率定义不需要将一般性的电压、电流波形分解为Fourier级数，但是它仍然需要计算电压和电流的有效值，因此，它在暂态过程中不成立。说明19开关型变换器建模与分析3)Czarnecki1983年，Czarnecki同样是基于电流的正交分解，将Fryze的无

8、功电流ib(t)分解为电抗电流ir(t)和分散电流is(t)：将电阻电流分解为有功电流ia(t)和分散电流is(t)：得到20开关型变换器建模与分析可假设则可得到ia(t)、is(t)、ir(t)的关系式电流分解示意图定义的电流是相互正交，则上式解释了为什么在非正弦周期电压下的线性电路中电流有效值

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