电力电子复习

1、一 引言电力领域的电子技术： 使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。 输出输入直流交流交流整流交流电力控制，变频、变相直流直流斩波逆变电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。二 电力电子器件1. 基本概念和器件分类通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。 其他分类：电流驱动型：通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。电压驱动型：仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。2. 器件（1）功率二极管额定电流：在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大

2、工频正弦半波电流的平均值。：是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。换算关系：正弦半波电流的有效值I和平均值之比：（2）晶闸管正常触发导通条件： 关断条件 ：使流过SCR的电流降低至维持电流以下。 其他触发晶闸管导通的方法：a. 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应b. 阳极电压上升率过高c. 结温较高d. 光触发晶闸管参数：a. 通态平均电流：使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。b. 维持电流：使晶闸管维持导通所必需的最小电流。c. 擎住电流：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常约

3、为的倍。d. 浪涌电流：指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 e. ：断态电压临界上升率f. ：通态电流临界上升率晶闸管派生器件 双向晶闸管 逆导晶闸管 光控晶闸管（3）GTO GTO 工作原理：a GTO导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。b GTO关断过程中有强烈正反馈使器件退出饱和而关断。c 多元集成结构还使GTO比普通晶闸管开通过程快，承受 能力强 。（4）GTRa. 一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，迅速增大，出现雪崩击穿。 只要不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。b. 二次击穿：一次击穿发生时，如不能有效的限制电流，突

4、然急剧上升，电压陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。c. 安全工作区：最高电压、集电极最大电流、最大耗散功率、二次击穿临界线限定。（5）功率 MOSFET通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。原因是电流越大，发热越大，通态电阻就加大，从而限制电流的加大，有利于均流。功率MOSFET特点：a. MOSFET的开关速度和充放电有很大关系。b. 可降低驱动电路内阻减小时间常数，加快开关速度。c. 不存在少子储存效应，关断过程非常迅速。d. 开关时间在之间，工作频率可达以上，是主要电力电子器件中最高的。e. 场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电

5、容充放电，仍需一定的驱动功率。f. 开关频率越高，所需要的驱动功率越大。（6）IGBT一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。擎住效应或自锁效应IGBT的特点：a. 开关速度高，开关损耗小。在电压以上时，开关损耗只有GTR的，与电力 MOSFET相当；b. 相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力；c. 通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域；d. 输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似；e. 与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。3. 功率集成和功率模块：了解两个主要问题：a. 高低压电路之间的绝缘

6、问题b. 温升和散热的处理。4. 其他新型器件： 了解5. 门极驱动电路电气隔离：光隔离一般采用光耦合器，磁隔离元件通常是脉冲变压器，当脉冲较宽时，为避免铁心饱和，常采用高频调制和解调的方法。对晶闸管门极触发脉冲的要求：a. 脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。b. 触发脉冲应有足够的幅度。c. 不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。d. 有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。6. 电力电子器件器件的保护（1）电力电子装置可能的过电压外因过电压和内因过电压外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见（2）过流（3）缓冲（吸收）电路功能： 抑制器件的内因过电压、过电

7、流和，减小器件的开关损耗。7. 电力电子器件器件的串联和并联使用当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。多个器件并联来承担较大的电流。方法：考虑均压（静态，动态）和均流。三 整流电路1. 单相（1） 单相半波可控整流电路：掌握： 工作原理， 波形分析， 定量计算， 基本概念（2） 单相桥式全控整流电路：掌握： 工作原理， 波形分析， 定量计算， 基本概念（3）其他单相整流电路： a. 单相全波可控整流 (了解 )b. 单相桥式半控整流 ： 掌握电阻负载波形分析情况。（4）基本概念：，相控，续流，单双拍，失控2. 三相可控整流电路（1） 三相半波a. 共阴极组连接b. 自然换相点c. 工作原理，

8、波形分析， 定量计算（2） 三相桥式全控整流： 掌握所有内容（4） 整流电路的谐波和功率因数次谐波电流含有率：电流谐波总畸变率：功率因数定义为有功功率和视在功率的比值： 当基波电流有效值及与电压的相位差分别为和，这是功率因数为。，为基波电流有效值和总电流有效值之比，称为基波因素，称为位移因数或基波功率因数。可控整流电路带电感性负载，交流侧电流的谐波和功率因数：a. 单相桥式全控整流电路交流侧电流中仅含奇次谐波，三相桥式全控整流电路包含。b. 单相桥式全控整流电路c. 三相桥式全控整流电路输出电压和电流的谐波时整流电压、电流中的谐波有如下规律：a. 脉波整流电压 的谐波次数为次，即的倍数次；整流

9、电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为次；b. 当一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载流谐波幅值 的减小更为迅速；c. 增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。时的情况：脉波整流电压谐波的一般表达式十分复杂，这里给出三相桥式整流电路的结果，说明谐波电压与角的关系以为参变量，次谐波幅值（取标幺值）对的关系如图所示：a. 当从变化时，的谐波幅值随增大而增大，时谐波幅值最大；b. 从之间电路工作于有源逆变工作状态，的谐波幅值随a 增大而减小。（5） 逆变运行的必要条件：a有直流电动势，其极性和

10、晶闸管导通方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压；b晶闸管的控制角，使为负值。（6） 逆变失败和最小逆变角逆变失败的原因：a. 触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相；b. 晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通；c. 交流电源缺相或突然消失；d. 换相的裕量角不足，引起换相失败。最小逆变角：一般取。四 斩波器1. 6 种斩波电路：、 升降压斩波电路、 斩波电路、斩波电路和斩波电路。2. 电路结构，原理，基本的定量计算 (前3种）3. 相同点与不同点五 无源逆变1. 基本换流方式：器件换流、电网环流、负载环流、强迫换流。2.

11、 两类逆变器电压源型逆变电路：三相：导通方式：每桥臂导电，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差。纵向换流。 单相全桥逆变电路 三相电压型桥式逆变电路加入死区时间避免桥臂直通 电流源型逆变电路：三相：导通。3. 电压型逆变电路的主要特点：a. 直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。b. 由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。c. 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。4. 电流型逆变电路的主要特点a. 直流侧串联大电容，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。b. 电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。c. 但交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感器缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不方向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。六