电力电子期末考整理Word格式.docx

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（1）封装类型：

螺栓型、平板型等

（2）电气符号：

（3）工作原理：

PN结的单向导电性，以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能；

电力二极管是不可控器件，其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。

（4）主要类型：

普通二极管（整流二极管），快恢复二极管（快速二极管），肖特基二极管（5）主要参数：

正向平均电流

，正向压降

，反向重复峰值电压

，最高工作结温

，反向恢复时间

，浪涌电流

（6）应用场合：

可以在交流直流变换电路中作为整流元件，也可以在电感元件的电能需要适当释放的电路中作为续流元件，还可以在各种变流电路中作为电压隔离、钳位或保护元件

2.晶闸管

螺栓型和平板型

（2）电气符号：

（竖直）

晶闸管T在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

（4）主要参数：

电压定额（断态重复峰值电压

，通态电压

），电流额定（通态平均电流

，维持电流

，擎住电流

）,动态参数（开通时间

，关断时间

，断态电压临界上升率du/dt,断态电流临界上升率di/dt）

（5）工作时的特性：

①当晶闸管承受反向电压时，无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，无论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通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零的某一数值以下

（6）派生器件，英文缩写，应用场合：

快速晶闸管（TST,应用于斩波或逆变电路中），双向晶闸管（TRIAC,应用在交流调压电路、固态继电器和交流电动机调速等领域），逆导晶闸管（RCT,用于不需要阻断反向电压的电路中），光控晶闸管（又称光触发晶闸管LTT,应用于高压大功率场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中）

3.门极可关断晶闸管

（1）主要参数：

和晶闸管差不多，后面是比较不同的，最大可关断阳极电流

，电流关断增益

，开通时间

（2）英文缩写和电气符号：

GTO

（竖直）（3）应用场合：

主要用于兆瓦级以上的大功率场合

4.电力晶体管

最高工作电压，集电极最大允许电流

，集电极最大耗散功率

，电流放大倍数

，直流电流增益

，集电极与发射极间漏电流

，集电极和发射极间饱和压降

CTR,

（竖直）（3）场合：

在中小功率范围内取代晶闸管

5.电力场效应晶体管

（1）类型：

电力MOSFET（属绝缘栅型）和静电感应晶体管

（2）工作原理：

电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。

在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。

截止：

漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。

P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。

导电：

在栅源极间加正电压UGS，当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电.（3）应用场合：

只适合小功率场合（4）主要参数：

跨导G（fs），开启电压U（T），开关过程中各时间常数，漏极电压U（DS），漏极直流电流I（D），漏极脉冲电流幅值I（DM），栅源电压U（GS）,极间电容（C（GS）、C（GD）、C（DS））

（5）缩写和电气符号：

FET

（这个为N沟道，P沟道箭头相反，竖直）

6.绝缘栅双极晶体管：

（1）电气符号：

（竖直），

（2）工作原理：

IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。

反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT关断。

IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。

当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。

（3）主要参数：

最大集射极间电压UCES，最大集电极电流（包括额定直流电流IC和1ms脉宽最大电流ICP，最大集电极功耗PCM（4）主要类型：

N—IGBT和P—IGBT

（5）应用场合：

适用于大电流、高压和高频

7.其他：

mos控制晶闸管MCT、静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH、集成门换流流晶闸管IGCT

8．电力电子发展趋势：

进入90年代电力电子器件的研究和开发，已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。

高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势

九、课后习题

1.与信息电子电路的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得它具有耐受高电压和大电流的能力？

电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的耐受大电流的能力。

电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。

低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿，提高了耐受高电压能力。

2.使晶闸管导通的条件是什么？

答：

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）。

或：

uAK>

0且uGK>

0。

3.维持晶闸管导通的条件是什么？

怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，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。

4.中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为

Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。

5.上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？

这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?

第三章

一、整流的定义：

将交流电能变成直流电能供给直流用电设备

二、整流电路的分类

1.按组成的器件：

不可控、半控、全控

2.按电路结构：

桥式电路、零式电路

3.按交流输入相数：

单相电路、多相电路

4.按变压器二次电流的方向是单向或双向：

单拍电路、双拍电路

三、变压器漏感对整流电路的影响

1.出现换相重叠角γ，整流输出电压平均值Ud降低

2.整流电路的工作状态增多，例如三相桥的工作状态由6种增至12种

3.晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通。

有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管di/dt

4.换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路

5.换相使电网电压出现缺口，成为干扰源

四、换相重叠角的概念：

换相过程不能瞬时完成，而是持续一段时间，换相过程持续的时间用电角度γ表示，称为换相重叠角

五、整流电路的谐波和无功的影响

1.无功功率影响

（1）无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加

（2）无功功率的增加，会使总电流增大，从而使设备及线路的损耗增加（3）无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压产生剧烈波动。

2.谐波的影响

（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。

谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。

谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述

（1）和

（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；

重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。

六、

1.什么是逆变？

（即把直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，称为逆变）

2.为什么逆变？

（日常生产实践中，存在着与整流过程相反的要求。

）

3.逆变的种类？

有源逆变：

当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时称为有源逆变

无源逆变：

如果变流器的交流侧不与电网联接,而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载,则叫无源逆变

4.发生有源逆变的条件？

（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U为负值；

5.逆变失败的原因？

1.触发电路工作不可靠，造成脉冲丢失，脉冲延迟等

2.晶闸管发生故障，失去正常通断能力

3.交流电源发生异常现象，如断电、缺相或者电压过低等

4.换相的裕量角不足，晶闸管不能可靠关断

6.最小逆变角?

逆变时允许采用的最小逆变角应为＝＋＋'

式中---晶闸管的关断时间tq折合的电角度，称恢复阻断角，＝tq；

---换相重叠角；

'

---安全裕量角

7.如何保证逆变电路的正常工作

为了保证逆变电路的正常工作，必须选用可靠的触发器，正确选择晶闸管的参数，并且采取必要的措施，减少电路中du/dt和di/dt的影响，以免发生误导通。

为了防止意外事故，与整流电路一样，电路中一般应装有快速熔断器或快速开关，以资保护。

另外，为了防止发生逆变颠覆，逆变角不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。

8.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=30º

时

（1）画出Ud、id和i2的波形

（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）考虑安全裕量，确定晶闸管的额定电压

和额定电流

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）

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）

4.单相桥式半控整流电路，电阻性负载，画出整流二极管在一周期内承受的电压波形

二极管的特点：

承受电压为正即导通。

所以二极管承受的电压不会出现正的部分，在电路中器件均不导通的阶段，交流电源电压由晶闸管平衡。

二极管在内承受的电压的波形如下：

5.单相桥式全控整流电路，U2=200V，负载中R=2Ω，L值极大，反电动势E=100V，当α=45º

200×

cos45°

＝127.26（A）

Id＝（Ud－E）/R＝（127.26－100）/2＝13.63（A）

I2＝Id＝13.63（A）

U2＝100

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：

9.64∕1.57＝9.2~12.3（A）

6.晶闸管串联的单相半控桥（桥中VT1、VT2为晶闸管）电路如图所示，U2=100V，电阻电感负载，R=2Ω，L值很大，当α=60º

时求流过器件电流的有效值，并画出Ud，Id，IVT，IVD的波形

7.在三相半波整流电路中，如果a相的触发脉冲消失，试画出在电阻性负载和电感性负载下整流电压Ud的波形

假设α=0，当负载为电阻时，ud的波形如下

当负载为阻感负载时，ud的波形如下

9.三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a,b两相之间换相的自然换相点是同一点？

如果不是，它们在相位上差多少度？

三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a,b两相之间换相的自然换相点不是同一点，他们在相位上相差180度。

10.有两组三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，如果它们的触发角都是α，那么共阴极组的触发脉冲与共阳极的触发脉冲对同一相来说，例如都是a相，在相位上差多少度

相差180度。

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=60º

（1）画出Ud，Id和IVT1的波形

（2）计算Ud、Id、IdVT和IVT

12.在三相桥式全控整流电路中，电阻性负载，如果有一个晶闸管不能导通，此时的整流电压Ud波形如何？

如果有一个晶闸管被击穿而短路，其他晶闸管受什么影响？

假设VT1不导通，整流电压ud波形如下：

假设VT1被击穿而短路，则当VT3或VT5导通时，将发生电源相间短路，使得VT3、VT5也可能分别被击穿。

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=60º

时

（1）画出Ud，Id和IVT1的波形

（2）计算Ud、Id、IdVT和IVT

26．使变流器工作于有源逆变状态的条件是什么？

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？

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

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．换流方式各有那几种？

各有什么特点？

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。

3．什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。

（1）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

（2）直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路

（3）电压型逆变电路的主要特点是：

①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。

②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。

③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是：

①直流侧串联有大电感，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。

②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。

③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。

因为反馈无功能量时直流电流并不反向，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。

4．电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？

为什么电流型逆变电路中没有反馈

二极管？

（1）在电压型逆变电路中，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。

当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中的可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。

（2）在电流型逆变电路中，直流电流极性是一定的，无功能量由直流侧电感来缓冲。

当需要从交流侧向直流侧反馈无功能量时，电流并不反向，依然经电路中的可控开关器件流通，因此不需要并联反馈二极管。

6．并联谐振式逆变电路利用负载电压进行换相，为保证换相应满足什么条件？

假设在t时刻触发VT2、VT3使其导通，负载电压U0就通过VT2、VT3施加在VT1、VT4上，使其承受反向电压关断，电流从VT1、VT4向VT2、VT3转移，触发VT2、VT3，时刻t必须在U0过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。

第五章

1.简述降压斩波电路的工作原理及控制方式

工作原理：

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，U0＝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，U0＝0。

一个周期内的平均电压U0=tonE/T输出电压小于电源电压，起到降压的作用。

控制方式：

（1）脉冲宽度调制或脉冲调宽型（保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton）

（2）频率调制或调频型（保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T）

（3）混合型（ton和T都可调，是占空比改变）

2.在降压斩波电路中，E=200V，R=10Ω，L值极大，Em=50V，采用脉宽调制控制方式，当T=40υs，ton=20υs时，计算输出电压平均值U0和输出电流平均值I0

由于L值极大，故负载电流连续，于是输出电压平均值为

输出电流平均值为

4.简述升压斩波电路的基本工作原理及控制方式

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I1，同时电容C上的电压向负载R供电，因C值很大，基本保持输出电压为恒值Uo。

设V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EI1ton。

当V处于断态时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toff，则在此期间电感L释放的能量为（U0-E）I1toff。

当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即：

EI1ton=（U0-E）I1toff,简化为：

U0=（ton+toff）E/toff=TE/toff

（1）脉冲宽度调制或脉冲调宽型（保持开关周期T不变，调节开关导通时间ton）

（2）频率调制或调频型（保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T）（3）混合型（ton和T都可调，是占空比改变）

5.在升压斩波电路中，E=50V，L值和C值极大，R=25Ω，采用脉宽调制控制方式，当T=50υs，ton=20υs时，计算输出电压平均值U0和输出电流平均值I0

6.带隔离的直流-直流变流电路有哪些，分类，哪些什么是单端电路、双端电路

单端电路：

正激电路和反激电路

双端电路：

单桥电路、全桥电路和推挽电路

7.双端电路，优缺点，功率范围，应用领域？

第六章

1.交流—交流变流电路的定义，分类（交流电力控制电路，变频电路），交流电力控制电路包含哪些？

变频电路的种类？

（1）定义：

即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路称为交流—交流变流电路

（2）分类：

交流电力控制电路，变频电路

（3）交流电力控制电路包含：

交流调压电路（单相和三相）、其他交流电力控制电路（交流调功电路）

（4）变频电路的种类:

交-交变频电路（单相和三相）、矩阵式变频电路

2.三相调压电路的主要联结方式：

星形连接电路、支路控制三角联结电路（典型应用为晶闸管控制电抗器）

3．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？

（1）区别：

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