电力电子技术电力电子技术的定义电力电子技术是一门

1、电力电子技术第一部分一、电力电子技术的定义电力电子技术是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。二、电力电子技术的研究内容电力电子技术的研究内容：1、电力电子器件2、变流技术3、控制技术或者说，电力电子技术的研究内容：电子学、电力学、控制理论三、与其它学科的关系1、与微电子学的关系三个相同点：（1）都分为电子器件和电子电路两大分支，二者同根同源（2）两类器件制造技术的理论基础相同；（3）制造工艺也基本相同。两个不

2、同点：（1）应用目的不同前者用于电力变换，后者用于信息处理；（2）工作状态不同在微电子技术中，器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。2、与电力学（电气工程）的关系（1）电力电子技术广泛用于电气工程中；（2）国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支；（3）电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。3、与控制理论的关系（1）控制理论广泛用于电力电子系统中；（2）电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口,控制理论是这种接口的有力纽带；（3）电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。四、电力电子技

3、术的发展历史美国通用电气公司研制出第一个工业用的普通晶闸管，标志电力电子技术的诞生1、传统电力电子技术电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主，控制电路以模拟电路为主。2、现代电力电子技术现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点：A、集成化B、咼频化C、全控化D、控制电路弱电化E、控制技术数字化3、电力电子技术的发展展望科学家预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。第二部分1、电力电子器件1.1、电力电子技术概述（1）基本概念A、在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或者控制任务的电路被称为主电

4、路。B、电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或者控制的电子器件。（2）同微电子器件相比的一般特征A、能处理电功率的能力，一般都远大于处理信息的电子器件。B、电力电子器件一般都工作在开关状态。C、电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。D、电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。3）应用电力电子器件系统组成电力电子器件一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。在主电路和控制电路连接的路径上，以及主电路与检测电路的连接上，一般需要进行电气隔离，而通过其他手段如光、磁等来传递信号控制RI电电路煤护电在主电路和擢制电路中附

5、拖一些电路.琪保证电力电子轟件和聲个果统桂制电路odrv2I主电路4）电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为以下3类:A、不可控型器彳一不能用控制信号来控制其通断。这类器件主要是指晶闸管及其大部分派生器件，器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。B、半控型器件一一通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。主要是电力二极管，器件的导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。C、全控型器件通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。目前常用的是绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、电力场效应晶体管（电力MOSFET

6、）和门极可关断晶闸管（GTO）。第3页共45页作者：范兴荣1.2、不可控型器件电力二极管（1）外形螺栓型和平板型两种封装2）结构3）电气图形符号（4）主要参数A、额定电流在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。B、正向压降UF在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流F时对应的正向压降。C、反向重复峰值电压URRM对电力二极管所能重复施加RRM的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量D、最高工作结温片皿结温是指管芯PN结的平均温度，用片表示。片皿是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。片皿通常在125175C范围之内。1.3、半控型器件一一晶闸管

7、（SCR）（1）A、外形一一螺栓型和平板型两种封装B、结构A、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）。即uAK>0且uGK>0。其他可能导通AKGK的情况，参见（3）误导通的情况。B、关断的条件:，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。简单的说就是使通过晶闸管的电流小于维持电流C、使晶闸管关断方法：a、去掉阳极正向电压b、给阳极加反向电压c、降低正向阳极电压,使通过晶闸管的电流小于维持电流3）误导通的情况a、阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应dub、阳极电压上升率

8、dt过高，中间结电容产生位移电流c、结温较高，漏电流增大d、光触发4）主要参数A、额定电压UTN通常取晶闸管的UDRM和Urrm中较小的标值作为该器件的额定DRMRRM电压。实际选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为实际工作电路中可能承受到的正向阻断重复峰值电压UDRM和反向重DRM复峰值电压URRM的最大峰值电压，再取23倍的安全裕量。RRMB、额定电流I（参见第三部分）T（AV）晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。C、维持电流IHH维持电流IH是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流。一般为H几十到几百毫安，与

9、结温有关，结温越高，则IH越小。HD、擎住电流IL擎住电流IL是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IL约为IH的24倍。E、通态平均电压UT（AV）当晶闸管流过正弦半波的额定电流平均值和稳定的额定结温时，元件阳极与阴极之间电压降的平均值。duF、断态电压临界上升率dt指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。diG、通态电流临界上升率dt指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。

10、H、额定结温T.jm晶闸管在正常工作时所允许的最高结温（器件内部）。5）派生器件快速晶闸管（FST）快速晶闸管、高频晶闸管第5页共45页作者：范兴荣第9页共45页1.4、双向晶闸管逆导晶闸管光控晶闸管全控型器件TRIAC)RCT)LTT)（1）电力晶体管（GTR,BJT）优点耐高压、大电流、开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽缺点二次击穿、驱动功率大结构及电气图形符号：（基极b、集电极c和发射极e）NpOL.NkJ1J电力电子电路中GTR工作在开关状态工作在截止区或饱和区。但开关过程中,即在截止区和饱和区之间过渡时,经过放大区（2）电力场效应晶体管（PowerMOSFET）电力场效应晶体管（P

11、owerMOSFET）分为结型和绝缘栅型。通常主要指绝缘栅型场效应晶体管。结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（SIT）特点用栅源电压来控制漏极电流结构及电气图形符号：（栅极G、漏极D和源极S）静态特性：截止区（GTR的截止区）饱和区（GTR的放大区）非饱和区（GTR的饱和区）电力场效应晶体管（PowerMOSFET）工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。（3）绝缘栅双极晶体管（IGBT）结构及电气图形符号：（栅极G、集电极C和发射极E）静态特性：正向阻断区（GTR的截止区）有源区（GTR的放大区）饱和区（GTR的饱和区）IGBT工作在开关状态，即在正向阻断区和饱和区之间来回

12、转换。注：以上全控型器件的输出特性和主要参数参见P21P311.5、电力电子器件的驱动电流驱动型器件的驱动电路：GTO和GTR是电流驱动型器件电压驱动型器件的驱动电路：电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件1.6、晶闸管变流装置的保护电路通常有五种保护电路：dudi过电流保护、过电压保护、保护、保护和门极保护dtdt1.7、缓冲电路缓冲电路又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的过电压、dudi或者过电流和丁，降低电力电子开关器件的开关应力，将开关过程dtdt软化，减小器件的开关损耗并对器件给予可靠的保护，维护系统安全运行。缓冲电路可分为关断缓冲电路、开通缓冲电路和复合缓冲电路。1.8、

13、串联与并联运行作者：范兴荣晶闸管的串联：多个器件串联以承担较大的电压晶闸管的并联：多个器件并联来承担较大的电流注：本节重点：主电路和电力电子器件的基本概念。电力电子器件的分类和电气图形符号。晶闸管、电力晶体管和IGBT的工作原理、开关特性、主要参数以及在选择和使用中应注意的事项。2、变流技术2.1、交流变直流整流电路整流电路按组成器件按电源相数按电路结构不可控整流半控整流全控整流可控整流单相三相六相零式桥式半波全波按变压器绕组电流1）单相可控整流电路主要介绍单相桥式全控整流电路基本概念： 控制角a从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度。 导通角e晶闸管在一个周期中处于通态的电角

14、度。 移相改变a的大小，即改变触发脉冲出现的时刻。 移相范围输出电压平均值大于0所对应的a变化范围。 换流（换相）电流从一对桥臂转换到另外一对桥臂。相控变流装置通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，这样的变流装置简称相控变流装电阻负载电路及波形'2'第13页共45页d020肚dOd)基本数量关系整流输出电压平均值ud1+cosa2d=0.9U2U=丄、”迈U3td(wt)='2U21+cosud兀a2兀2故，a角的移相范围为0。180。输出电流的平均值Idd二0.91+cosa2流过晶闸管的电流平均值IdTdT1U1+cosaI二I=0.4

15、5一dT2dR晶闸管承受的最大正向电压UFMFM流过晶闸管的电流有效值IT¥sin®t丿d(®t)二UZ-"丄sin2a+=a<2R2兀兀UFM晶闸管承受的最大反向电压UrmURM=J2u2晶闸管的额定电压UU=(2-3)J2uTN2晶闸管的额定电流I()T(AV)T(AV)整流电路的功率因数cos9PI2R1.c兀一acos串二二r二sin2a+SUIV2k兀22电感性负载作者：范兴荣第55页共45页基本数量关系输出电压平均值Udd12'2U=J"+aj2Usin®td(<Bt)=Ucosa=0.9Ucosad兀

16、a2兀22故a的移相范围为0o90o。晶闸管导通角e与a无关，均为180。输出电流平均值IddI=&=0.9UcosadR2流过晶闸管的电流平均值IdTdT=11dT2d=0.45Ucosa2流过晶闸管的电流有效值IT,=1,r=晶闸管承受的最大正向电压ufmFMU=、迂UFM2晶闸管承受的最大反向电压UrmU=2URM2晶闸管的额定电压UT（AV丿U、二（2-3）J2UT（AV）2晶闸管的额定电流I,、T（AV）I、二（1.5-2）丄T（AV）1.57整流电路的功率因数cos9PI2RUIUcos9=d&0.9cosaSUIUIU22222（2）三相可控整流电路主要介绍三相桥

17、式全控整流电路电阻负载电路及波形aiOIIIVO¥orx>oco«=60IVVIatif*：n!m*:itX电感负载电路及波形m耳ZTI*I<a=30P丄7hMlb.<j*:.汗<<t*%雷岁屮認雷W宅AaAaA点A水-L*JAlAu>*1AlK1o=60"TITRT!TV-V：VI!备注：三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压电流波形均相同，仅在计算I时有所不同，接反电动势阻感负载时的I为ddU-EId-dR基本数量关系输出电压平均值

18、Ud（连续时即a<600）+a3<6u2sin®td(®t)=2.34Ucosa2u二丄W<'6ud兀“+a33带电阻负载且a>600时，整流电压平均值Uddsintd(t)=2.34U1+cos(+a)223输出电流平均值IddI二UdR如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流IddU-EI=ddR其中，R和E分别是负载中的电阻和反电动势的值。流过晶闸管的电流有效值IT,1,t=右-晶闸管承受的最大正向电压ufmFMu=J6uFM2晶闸管承受的最大反向电压Urmu=J6uRM2晶闸管的额定电压U/、T（AV丿U、二（2-3）急T（AV）2三

19、相桥式全控整流电路的特点A、2管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。B、u一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整d流电路。3）有源逆变电路基本概念逆变(Invertion)将直流电能转变成父流电能，是整流的逆过程。逆变电路把直流电能逆变成交流电能的电路。有源逆变将直流变为父流之后，输出端与父流电网相连。无源逆变将直流变为父流之后，输出端与负载相连对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路单相全波电路的整流和逆变产生逆变的条件：第一，要有直流电动势源，其

20、极性必须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压。第二，要求晶闸管的控制角>，使U为负值。2d逆变和整流的区别：仅仅是控制角a不同三相桥构成的有源逆变电路RftEVTVTVT,VT,VT,VT三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形基本数量关系：输出电压平均值5U=2.34Ucos1.35Ucosp2L输出直流电流的平均值IdIEI-1UId-UEI=dM=MdRR每个晶闸管导通2p/3,故流过晶闸管的电流有效值为：VT=0.5771从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：当逆变工作时，由于E为负值，故P为负值，表示功率有直流电源送到交流电源。Md4兀在三相桥式电路

21、中，每个周期内流经电源的线电流的导通角为丁,是每个晶闸管导通2兀角丁的两倍。故变压器二次侧线电流的有效值为：2VT=0.816I逆变失败(逆变颠覆)的概念逆变运行时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流。这种情况下称为逆变失败或称为逆变颠覆。逆变时允许采用的最小Bi角应等于minpmin其中，6为晶闸管的关断时间tq折合的电角度，Y为换相重叠角,e'为安全裕量角。晶闸管的关断时间tq可达200300ps,折算成电角度6约为4°5°。而重叠角Y是随直流平均电流和换

22、相电抗的增加而增大。(4)相控变流装置的触发电路注：本节重点：重点掌握单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；重点掌握产生有源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制。2.2、直流变直流直流斩波电路(DCChopper)直流斩波电路的功能：将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也为直流一直流变换器(DC/DCConverter)。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流电，不包括直流交流直流。电路种类:6种基本斩波电路：降压(BUCK)斩波电路、升压(BOOST)斩波电路、升降压斩波电路、

23、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。(1)斩波控制原理最基本的斩波电路及其波形ef上'ciiL'F2'rjf*£an'：'c±i工作周期T二t+1onoff导通比(工作率、占空比)ta-onT输出电压平均值为=f"oiudt=onE=aET00T输出电压有效值为若认为斩波器是无损的，则输入功率应与输出功率相等，即pTAu0idtT$暂at从直流电源侧看的等效电阻为根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式：A、保持开关导通周期T不变，调节开关导通时间t称为脉冲宽度调制（PWM）on或脉

24、冲调宽型。B、保持开关导通时间t不变，改变开关周期T,称为频率调制或调频型。onC、t和T都可调，使占空比改变，称为混合型。on（2）BUCK斩波电路电流连续时的波形T匚11i111i1k:*111电流断续时的波形数量关系电流连续负载电压平均值：u-tUon。t+1onoffE=-onE=aET负载电流平均值：o-EMR电流断续，U。被抬高,一般不希望出现3)BOOST斩波电路BOOST斩波电路的波形数量关系：稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等:EIt二(U-E)It1ono1off即Uotofft+1TofE二Etoff升压比T>1，输出电压咼于电源电压,toff故为升压斩波

25、电路。t升压比的倒数记作卩，即0=二故，uo注：升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因一是电感L储能之后具有使电压泵升的作用；二是电容C可将输出电压保持住。如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即：ei=ui1oo输出电流的平均值I为：Ou1EI=o=oR0R电源电流的平均值I1为：I=Uoi=丄E1Eo02R（4）复合斩波电路复合斩波电路降压斩波电路和升压斩波电路组合电流可逆斩波电路及其波形：注：本节重点：理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种电路的电路结构、输入输出关系、工作特点以及基本计算（a、T、U。）。2.3、交流变交流交流交流变流

26、电路：把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路（AC-AC变换电路）。在AC-AC变换电路中，可以改变相关的电压、电流、频率和相数等。只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路改变频率的电路称为变频电路。变频电路有交交变频电路和交直交变频电路两种形式。交交变频电路是直接把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的交流，也称为直接变频电路。交直交变频电路是先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流，这种通过直流中间环节的变频电路也称为间接变频电路。图形描述如下：交流电力控站盂路P豊尹不齊变交流调功电路通断控制频率的电路交交变频直接变频电路改

27、变频率的电路I交直交变频间接1）交流调压电路电阻负载单相交流调压电路及其波形原理两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管开通相位的控制就可调节输出电压的有效值。阻感负载单相交流调压电路及其波形（2）交流调功电路调功电路与调压电路的比较：相同点：电路形式完全相同不同点：控制方式不同交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期（过零触发）,再断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率（2）交交变频电路交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。注：本节重点：移相调压和调功电路原理2.4、直流变交流逆变电路（1）基本概念逆变的概念逆变与整流相对应，将

28、直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。（3）逆变器基本工作原理逆变电路及波形耳/hTrA负载鱼/比4/逆变电路最基本的工作原理改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。改变输入直流电平的大小可改变交流电的幅值。（3）换流方式换流：变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路转移，这就是换流。总共有四种换流方式器件换流Devicecommutation利用全控型器件的自关断能力进行换流。在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等

29、全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。电网换流Linecommutation电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。负载换流Loadcommutation由负载提供换流电压的换流方式。负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流，即电容性负载都可实现负载换流。强迫换流Forcedcommutation设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。（4）电压型逆变电路直流侧是电压源的称为电压

30、型逆变电路直流侧是电流源的称为电流型逆变电路电压型逆变电路的特点：A、直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。B、输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。C、阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。单相全桥逆变电路的移相调压方式三相电压型逆变电路电路及波形基本工作方式180°导电方式A、每个桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度相差120°。B、任一瞬间有三个桥臂同时导通。C、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。本节重点：基本概念、换流方式、单相全桥电

31、压型无源逆变电路、三相电压型逆变电路（1800导电方式）工作原理与波形分析3、控制技术PWM控制技术（1）基本概念、PWM控制的基本原理（2）PWM逆变电路及其控制方法PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。产生PWM波形的常用方法一一计算法、调制法和跟踪控制法调制法:结合IGBT单相桥式电压型逆变电路进行说明，把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波。单极性PWM控制方式波形2空旳调制电跻02卩悄号波战波工双极性PWM控制方式小6LUZW0ufO调剧电路ii载波一1R(4)斩波与PWM原理的异同第三部分晶闸管额定电流涉及的两个问

32、题单相工频半波电流工频正弦半波电流平均值I、电流有效值I和电流最大值I三者的关系:T(AV)Tm=兀(Isin®t)2d(®t)=LT2兀0m2I兀Isintd（t）mT（AV）2兀°m兀各种有直流分量的电流波形，其电流波形的有效值I与平均值Id之比，称为这种电流的d波形系数，用0表示。因此，正弦半波电流的波形系数为：I兀Kt1.57fI2T（AV）两类问题：（1）计算与选择晶闸管的额定电流（2）校核或确定晶闸管的通流能力（1）计算与选择晶闸管的额定电流已知晶闸管的实际工作条件（包括流过的电流波形、幅值等），确定所要选用的晶闸管额定电流值。方法：首先从题目的已知条

33、件中，找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数（如电流幅值、触发角等），据此算出通过晶闸管的实际电流有效值IT，考虑（1.52）倍的安全裕量，算得额定电流为:I（1.52）丄T（AV）1.57再根据I值选择相近电流系列的晶闸管。T（AV）（2）校核或确定晶闸管的通流能力已知晶闸管的额定电流，根据实际工作情况，计算晶闸管允许通过的电流平均值。方法：由已知晶闸管的额定电流，计算出该管子允许通过的电流有效值。根据实际电流波形求出电流波形系数，算得晶闸管允许的实际电流平均值为:I1.57I/KdT（AV）f习题解析07a)解4山=b)JL4°f工图1中閃总部介为晶闸管处于逋态区间的电诡波形，各

34、液形的电流最大值均为试计算各波形的迫流平均值hi，也也与电流有效值®厶氐图1-43晶闸管导电波形1I佥1=一|：6sm加伽)=(+10.2717/JIT*-1匸(厶宀汩。=¥占+命«0.4767Zm1严I“山尸一L几sill血畑门(2-1)0.5434皿r'n4一ri/-ti仇沁讪汩g)=*耳=0.6741JK飞兀盲2V42irifL上1Im4上题中如果不考虑安全裕區问100A的晶闸管能送出的平均电流也、屁、矗各为解b)c)多少？这时，相应的电流最大倉&1、眼、品各为劣少?:额定电流7t(a=100A的晶闸管，允许的电流有效值Z=157A，由上题计

35、算结果知7410.2717/189.48心乂0亡434/止弋126.561=21=314.Jd=-/7S.5斗3為E9.试说明IGBT.GTR.GTO?IH|'力MOSFET各口的优缺点占解：对IGBTGTR.GTO和已力MOSFET的优缺点的比较如下表:器杵优穴缺点IGBT开关速度臺，开关损耗屮.具有耐脉冲电流冲击的能力，通蛊压释较低F输入阻St高,为电压驱动，驱动功率开关速度低P电力MOSFET,电压，电流容量不&GTOGTR耐压临电it匕开关特性好.通流能力强.饱和压降仏开关速度低r为电流驱町所需驭动功率大，SH电路复杂存在-次占穿问融GTO电压、电流容*适川讨吠功率场合

36、.具有电导调制效应.此通流能力很强电流关斷增益很小*关斷时门极负脉冲电流大，开关速度低駆创血率大.咖戒电路复杂.开关频率低电力MOSFET开关速度快，输入阴抗阳热稳定性好，所需腋砂I功率小且瞬妙电路简单.工作频率高.不存在一袂占穿问题电流容环耐压代，一般貝适用功率不超过10kW的电力电子认置单相桥式全控整流电略.口=100匕负载1R=2C!tL值极大，为口二妙时要求：作出心*和注的波略 求整流输出平均电压、电流fdF变压器二次电流有效值& 考虑安全裕量，确定存闸管的额定电压和额定电流*解：呛b昭、和力的波形如下图:输出平均电压电流山，变压器次电流有效值应分别为L-d=0.9L-2Cos

37、ct0.9X100Xcos30=77.97(V；Zd=/R=77.97/2=3S.99rA?I2=h=38.99-A)晶闸管承受的最夫反向呵压为：<2=100<2=141.4(Vi考虑安全裕量.晶闸管的额定也压为云=(.2-3)X141.4=2S3-42斗V)具悴数值可按晶闸管产品系列参数选昵流过晶闸管的电流有效值为：A-r=7d/=27.57存闸管的额定电流为：7n=(1.5-2)X27.57/1.57=26-35(A)具休数值匸按晶闸邕产品系列参数选臥5.单相桥式全控整流电路，dlOOV,负载中7?=2Q,Z值极大，反电势E=60V,当炉30。时，要求： 作出»d&g

38、t;id和的波形； 求整流输出平均电压S、电流&变压器二次侧电流有效值血； 考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。解：Id和的波形如下图： 整流输出平均电压U1、电流心，变压器次侧电流有效值分别为L'd=0.96cosa=0.9X100Xcos30°=77.97(A)Id=(UdE)/R=(77.97-60)/2=9(A)h=Id=9(A) 晶闸管承受的最大反向电压为：VI=100VI=141.4(V)流过每个晶闸管的电流的有效值为：Ivi=Id./=6-36(A'故晶闸管的额定电压为：JJy=(23)X141.4=283424(V)晶闸浮的额建流为古

39、=(1.5-2)X636/1.57=6-S(A)晶闸管额定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取13.三相桥式全控整流电路Fdioov,带电阻电感负载，R=5Qf£值极大，当炉63时F要求:®H出瓯、亦和帀H的波形甲汁算闪、心、dT和解：3/d、斑和IVT的波形如下七I|I|I5IIIIIII1；【电、Zd'Z1T和Jvry1忙卜d=2.34LT2cos<Y=2.34X100Xcos60=117(V)h=Ud/R=U7/5=23.4<A)Jdvt=Zi/3=23.4/3=7.S(A)At/q/<3=23.4/%;，y=13.51A)解答题要

40、览1简述图3-1a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t,由电源E向L、onR、M供电，在此期间，u=E。然后使V关断一段时间t仔，此时电感L通过二极管VD向ooffR和M供电，u=0。一个周期内的平均电压U=一tonxE。输出电压小于电源电压，ot+tonoff起到降压的作用。2、简述图3-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。答：假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电,充电电流基本恒定为I，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压1为恒值U。设V处于通态的时间为t。此阶段电感L上积蓄的能

41、量为EIt。当V处于断0on1on态时E和L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为t,则在此期间电off感L释放的能量为(U-E)It。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与01off释放的能量相等，即：EIt二(U-E)It1on01off化简得：t+1TU二-onOfE二E0ttoffoffTj式中的>1，输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。toff3、交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电

42、压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二

43、极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。4、简述无源逆变电路和有源逆变电路不同点：答：两种电路的不同主要是：有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。而无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。5、换流方式各有那几种？各有什么特点？答：换流方式有4种：器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件采用此换流方式。电网换流：由电网提供换流电压，只要把负的电网电压加在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压，当负载为电容性负载即负载电流超前于负载

44、电压时，可实现负载换流。强迫换流：设置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常是利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫。换流3种方式。6、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点。答：按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路电压型逆变电路的主要特点是： 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。 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。 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。电流型逆变电路的