电力电子技术总复习

第2章电力电子器件

■电力电子器件的概念◆电力电子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。■PN结正偏时呈现低阻状态，反偏时呈现状态，这就是PN结的单向导电性。第2章电力电子器件

■电力电子器件的特征

◆所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。◆自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器。◆为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。◆由信息电子电路来控制

,而且需要驱动电路。■按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度◆不可控器件

☞电力二极管（PowerDiode）☞不能用控制信号来控制其通断。◆半控型器件☞晶闸管（Thyristor）☞通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断；☞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。◆全控型器件☞GTO、GTR、P-MOSFET、

IGBT☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。电力电子器件的分类电力电子器件的分类■按照驱动信号的性质（电力二极管除外

）◆电流驱动型

☞晶闸管、GTO、GTR☞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☞P-MOSFET、IGBT；☞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。■按照驱动信号的波形（电力二极管除外

）◆脉冲触发型

☞晶闸管、GTO☞通过在控制端施加一个电压或电流的脉冲信号来实现器件的开通或者关断的控制。

◆电平控制型

☞GTR、P-MOSFET、IGBT☞必须通过持续在控制端和公共端之间施加一定电平的电压或电流信号来使器件开通并维持在导通状态或者关断并维持在阻断状态。

电力电子器件的分类以下电力电子器件的中文全称和英文简称各为什么？（a）中文全称：晶闸管；英文简称：SCR（b）中文全称：门极可关断晶闸管；英文简称：GTO（c）中文全称：电力晶体管；英文简称：GTR（d）中文全称：电力场效应晶体管；英文简称：P-MOSFET（e）中文全称：绝缘栅双极晶体管；英文简称：IGBT晶闸管正常工作时的特性

承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通。若要使已导通的晶闸管关断，只能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。晶闸管的主要参数

■维持电流IH：在室温下且门极开路时，晶闸管中的电流从较大的通态电流开始下降，当降至刚好使晶闸管维持导通所必需的最小电流。■擎住电流IL：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。要使晶闸管触发导通，必须使阳极电流上升到擎住电流以上。■对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2～4倍。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点第9章电力电子器件应用的共性问题

■驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口。■驱动电路的基本任务◆将信息电子电路传来的控制信号按照控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。☞对半控型器件只需提供开通控制信号；☞对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。◆驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节。☞一般采用光隔离或磁隔离。四种变换电路

■交流-直流（AC-DC）的变换又称为整流，它是把交流电变换为直流电的过程。■直流-交流（DC-AC）的变换又称为逆变，它是把直流电转变成交流电的过程。■直流-直流变流电路（DC-DCConverter）的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。■交流-交流(AC-AC)变流电路：把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。四种变换电路

■简述单相半波可控整流电路带电阻负载时的工作原理并画出ud和uVT的波形（P44），简述单相桥式全控整流电路带电阻负载时的工作原理并画出ud、uVT1,4和i2的波形（P47）。（二取一）■简述降压斩波电路（电流连续时）的工作原理并画出uo和io的波形（P120），简述升压斩波电路（L和C值很大）的工作原理并画出io的波形（P123）。（二取一）第3章整流电路

■整流电路的分类

◆按组成的器件可分为不可控、半控、全控三种。◆按电路结构可分为桥式电路和零式电路。

◆按交流输入相数分为单相电路和多相电路（多相电路又以三相电路为主）。◆按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双拍电路。◆按控制方式可分为相位控制（相控）整流电路和斩波控制（斩控）整流电路。第3章整流电路

◆触发角（）：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称为触发延迟角，也称触发角或控制角。◆导通角（）：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角。◆相控方式：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，简称相控方式。几个重要的基本概念：第3章整流电路

第3章整流电路

■单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。

■单相全波与单相全控桥的区别☞单相全波中变压器结构较复杂，材料的消耗多。☞单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，相应地，门极驱动电路也少2个；但是晶闸管承受的最大电压是单相桥式全控整流电路的2倍。☞单相全波导电回路只含1个晶闸管，比单相桥少1个，因而管压降也少1个。第3章整流电路

■三相半波可控整流电路◆主电路结构特点

☞为得到零线，变压器二次侧必须接成星形。

☞一次侧接成三角形，避免3次谐波流入电网。☞三个晶闸管按共阴极接法连接，这种接法触发电路有公共端，连线方便。◆带电阻负载，

=30

时负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120

第3章整流电路

■三相桥式全控整流电路◆主电路结构

☞变压器一次侧接成三角形，二次侧接成星形。

☞由两组桥臂构成：共阴极接法和共阳极接法。◆带电阻负载，

=60

时负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120

◆三相桥式全控整流电路的一些特点

☞每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，共阴极组的和共阳极组的各1个，且不能为同一相的晶闸管。☞对触发脉冲的要求

√6个晶闸管的脉冲按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60

。√共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120

，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120

。√同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180

。☞整流输出电压ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。第3章整流电路

■使整流电路工作于有源逆变的条件

☞要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流侧的平均电压。☞要求晶闸管的控制角

>

/2，使Ud为负值。两者必须同时具备才能实现有源逆变。第3章整流电路

◆半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变，欲实现有源逆变，只能采用全控电路。■逆变失败◆逆变失败的概念

逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者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，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。第3章整流电路

◆逆变失败的原因（及采取的措施）☞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。(采用精确可靠的触发电路)☞晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。（使用性能良好的晶闸管）☞交流电源缺相或突然消失。（保证交流电源的质量）☞换相的裕量角不足，引起换相失败。（留出充足的换相的裕量角）第3章整流电路

第3章整流电路

第3章习题3-5和3-6（二选一）（某些已知条件的数值可能会与原题不同）

第4章逆变电路

■逆变电路的分类（补充）◆按输出相数：分为单相和三相逆变电路。◆按直流电源的性质：分为电压源型和电流源型逆变电路。◆按交流侧是否与电网相接：分为有源和无源逆变电路。■有源逆变与无源逆变◆交流侧接电网，即交流侧接有电源时，称为有源逆变。◆交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变，本章主要讲述无源逆变。■换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相。第4章逆变电路

换流方式总结：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——属于外部换流。第4章逆变电路

■电压型逆变电路的特点◆直流侧为电压源，或并联大电容，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，输出电流波形和相位因负载阻抗不同而不同。◆阻感负载时需提供无功功率，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，逆变桥各臂并联反馈二极管。第4章逆变电路

■电流型逆变电路主要特点◆直流侧串大电感，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。◆交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。◆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。第5章直流直流变流电路

直接直流变流电路也称斩波电路（DCChopper）。

直流斩波电路（直接直流变流电路）的种类基本斩波电路：降压（Buck)斩波电路、升压(Boost)斩波电路、升降压斩波电路(Buck-Boost)、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。其中，降压（Buck)斩波电路、升压(Boost)斩波电路是最基本的斩波电路。复合斩波电路：不同结构的基本斩波电路组合(如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等)。多相多重斩波电路：相同结构的基本斩波电路组合（如由三个降压斩波电路并联形成三相三重斩波电路）。第6章交流交流变流电路■交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中间直流环节）两种。■直接方式

◆交流电力控制电路：只改变电压、电流