电力电子技术材料DOC.docx

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电力电子技术材料DOC

第二章

1、电力电子器件，同信息电子器件相比，它具有如下特征

（1）、所能处理电功率的大小，也就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。

（2）、为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。

（3）、由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路。

（4）、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。

2、电力电子器件分为半控型器件、全控型器件、不可控器件。

3、电力二极管（不可控器件）的静态特性——伏安特性

（1）正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。

（2）与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。

（3）承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。

晶闸管电力二极管的伏安特性

4、晶闸管（半控型器件）阳极A、阴极K和门极（控制端）G

静态特性

（1）、当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

（2）、当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。

（3）、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还存在，晶闸管保持导通。

（4）、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。

如:

使晶闸管导通的条件是什么？

答：

晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。

或：

UAK>0且UGK>0。

5、（P23）需要某晶闸管实际承担的某波形电路有效值为400V，则可选取额定电流（通态平均电流IT（AV））为400A/1.57=255A的晶闸管（根据正弦半波波形电流有效值IF（AV）与有效值之比1:

1.57）,再考虑裕量，比如将计算结果放大到2倍左右，则可选取额定电流500A的晶闸管。

6、维持电流IH：

是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流；结温越高，IH越小。

擎住电流IL：

是指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。

；约为IH的2~4倍。

7、全控型器件（4个）

GTOGTRMOSFETIGBT

绝缘栅双极晶体管（IGBT）综合了GTR和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。

第三章

1、单相半波可控整流电路

带电阻负载工作带阻感负载的工作

：

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：

其中=π-

带电阻负载工作

带阻感负载的Ud，与带电阻负载时相比其平均值Ud下降。

2、单相桥式全控整流电路

带电阻负载

VT1、VT4组成一对桥臂，VT2、VT3组成另一对桥臂。

a角的移相范围为0°~180。

晶闸管移相范围为0°~90。

3、三相半波可控整流电路

t1、t2、t3为，自然换相点；三个晶闸管轮流导通120

=30，负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电120。

电阻负载时角的移相范围为0°~150。

阻感负载

4、三相桥式全控整流电路

带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是0°~120。

带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为0°~90。

5、变压器漏感对整流电路的影响

出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低。

6、课后习题

3．单相桥式全控整流电路，U2＝100V，负载中R＝2Ω，L值极大，当α＝30°时，要求：

①作出ud、id、和i2的波形；

②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2；

③考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：

①ud、id、和i2的波形如下图：

②输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2分别为

Ud＝0.9U2cosα＝0.9×100×cos30°＝77.97（V）

Id＝Ud/R＝77.97/2＝38.99（A）

I2＝Id＝38.99（A）

③晶闸管承受的最大反向电压为：

U2＝100

＝141.4（V）

考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：

UN＝（2~3）×141.4＝283~424（V）

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

流过晶闸管的电流有效值为：

IVT＝Id∕

＝27.57（A）

晶闸管的额定电流为：

IN＝（1.5~2）×27.57∕1.57＝26~35（A）

具体数值可按晶闸管产品系列参数选取。

5．单相桥式全控整流电路，U2=200V，负载中R=2Ω，L值极大，反电势E=100V，当=45时，要求：

1作出ud、id和i2的波形；

2求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2；

3考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

解：

①ud、id和i2的波形如下图：

②整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次侧电流有效值I2分别为

Ud＝0.9U2cosα＝0.9×200×cos45°＝127.28（A）

Id＝（Ud－E）/R＝（127.28－100）/2＝13.64（A）

I2＝Id＝13.64（A）

③晶闸管承受的最大反向电压为：

U2＝200

＝282.8（V）

流过每个晶闸管的电流的有效值为：

IVT＝Id∕

＝9.64（A）

故晶闸管的额定电压为：

UN＝（2~3）×282.8＝565.6~848.4（V）

晶闸管的额定电流为：

IN＝（1.5~2）×9.64∕1.57＝9.21~12.28（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。

11．三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当α=60时，要求：

1画出ud、id和iVT1的波形；

2计算Ud、Id、IdT和IVT。

解：

①ud、id和iVT1的波形如下图：

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud＝1.17U2cosα＝1.17×100×cos60°＝58.5（V）

Id＝Ud∕R＝58.5∕5＝11.7（A）

IdVT＝Id∕3＝11.7∕3＝3.9（A）

IVT＝Id∕

＝6.755（A）

13．三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当α=60时，要求：

1画出ud、id和iVT1的波形；

2计算Ud、Id、IdT和IVT。

解：

①ud、id和iVT1的波形如下：

②Ud、Id、IdT和IVT分别如下

Ud＝2.34U2cosα＝2.34×100×cos60°＝117（V）

Id＝Ud∕R＝117∕5＝23.4（A）

IDVT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A）

IVT＝Id∕

＝23.4∕

＝13.51（A）

26．使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

答：

条件有二：

①直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；

②要求晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值。

29．什么是逆变失败？

如何防止逆变失败？

答：

逆变运行时，一旦发生换流失败，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为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。

防止逆变失败的方法有：

采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角β等。

第四章

逆变的概念：

与整流相对应，直流电变成交流电。

1．无源逆变电路和有源逆变电路有何不同？

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。

2、换流方式分为以下几种：

器件换流；电网换流；负载换流；强迫换流。

3、按照逆变电路直流测电源性质分类，直流侧是电压源的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）由于直流电压源的钳位作用，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。

电流型逆变电路主要特点

（1）直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。

（2）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。

（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。

第五章

BUCK变换器（降压斩波电路）BOOST变换器（升压斩波电路）

斩波电路有三种控制方式

（1）脉冲宽度调制（PWM）：

T不变，改变ton——最常用

（2）频率调制（PFM）：

ton不变，改变T

（3）混合型：

ton和T都可调，改变占空比

带隔离的直流直流变流电路有：

正激电路，反激电路，半桥电路，全桥电路，推挽电路

1．简述图5-1a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ton，由电源E向L、R、M供电，在此期间，uo＝E。

然后使V关断一段时间toff，此时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo＝0。

一个周期内的平均电压Uo＝

。

输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

2．在图5-1a所示的降压斩波电路中，已知E=200V，R=10Ω，L值极大，EM=50V，T=40μs,ton=20μs,计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

解：

由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

Uo=

=

=100（V）

输出电流平均值为

Io=

=

=5（A）

5．在图5-2a所示的升压斩波电路中，已知E=50V，L值和C值极大，R=25Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=50μs，ton=20μs时，计算输出电压平均值Uo，输出电流平均值Io。

解：

输出电压平均值为：

Uo=

=

=83.3（V）

输出电流平均值为：

Io=

=

=3.332（A）

第六章

1、交流调压电路：

在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。

用于灯光控制（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。

2、交流调功电路：

以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。

用于电炉的温度的控制。

第七章

面积等效原理——PWM控制技术的重要理论基础。

原理内容：

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

冲量即指窄脉冲的面积。

效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

第八章

■零电压开通

◆开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗和噪声。

■零电流关断

◆开关关断前其电流为零，则关断时不会产生损耗和噪声。

■零电压关断

◆与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损耗。

■零电流开通

◆与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，从而降低了开通损耗。

■在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。

第九章

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类。

GTO和GTR是电流驱动型器件。

电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。

电力MOSFET的并联

◆Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡能力，容易并联。

IGBT的并联

◆在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负温度系数；在以上的区段则具有正温度系数；也具有一定的电流自动均衡能力，易于并联使用。