整理大学电力电子复习要点.docx

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整理大学电力电子复习要点

复习要点

第二章电力电子器件

1.晶闸管结构的特点。

内部是PNPN四层半导体结构，有三个PN结。

◆正常工作时的特性

☞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。

☞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。

☞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。

2，对SCR,GTO,GTRMOSFETIGBT五种电力电子器件，要知道：

（1）哪些是半控型器件，哪些是全控型器件。

半控型器件

☞主要是指晶闸管（Thyristor）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。

◆全控型器件

☞目前最常用的是IGBT和PowerMOSFET。

☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。

◆不可控器件

☞电力二极管（PowerDiode）

☞不能用控制信号来控制其通断。

（2）哪些是单极型器件，哪些是双极型器件。

◆单极型器件

☞由一种载流子参与导电。

◆双极型器件

☞由电子和空穴两种载流子参与导电。

◆复合型器件

☞由单极型器件和双极型器件集成混合而成，也称混合型器件。

☞单极型：

肖特基二极管、电力MOSFET和SIT等。

☞双极型：

基于PN结的电力二极管、晶闸管、GTO和GTR等。

☞复合型：

IGBT、SITH和MCT等。

（3）哪些是电压驱动型器件，哪些是电流驱动型器件。

☞电压驱动型器件

√单极型器件和复合型器件。

√共同特点是：

输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。

☞电流驱动型器件

√双极型器件。

√共同特点是：

具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大，驱动电路也比较复杂。

第三章整流电路

1.三相半波可控整流电路“自然换相点”的位置。

三相半波可控整流电路在相电压的交点处，均出现了二极管换相，称这些交点为自然换相点。

2.三相半波可控整流电路和三相全控桥式整流电路带电阻性负载时，输出电压连续和不连续临界点的α值。

三相半波可控整流电路：

α=30°

三相全控桥式整流电路：

α=60°

3.几种常用的可控整流电路在带电阻性负载或电感性负载（或叫阻感性负载）的移相范围、触发顺序及脉冲间隔。

单相半波可控整流电路：

（1）带电阻性负载：

移相范围：

180

触发顺序：

脉冲间隔：

（2）带阻感负载

移相范围：

180

触发顺序：

脉冲间隔：

单相桥式全控整流电路：

（1）带电阻性负载：

移相范围：

180

触发顺序：

VT1-VT4-VT2-VT3

脉冲间隔：

（2）带阻感负载

移相范围：

90

触发顺序：

VT1-VT4-VT2-VT3

脉冲间隔：

单相全波可控整流电路：

（1）带电阻性负载：

移相范围：

触发顺序：

VT1VT2

脉冲间隔：

（2）带阻感负载

移相范围：

触发顺序：

脉冲间隔：

单相桥式半控整流电路：

（1）带电阻性负载：

移相范围：

触发顺序：

脉冲间隔：

（2）带阻感负载

移相范围：

触发顺序：

VT1VD4VT3VD2

脉冲间隔：

三相半波可控整流电路：

（1）带电阻性负载：

移相范围：

150

触发顺序：

脉冲间隔：

（2）带阻感负载

移相范围：

90

触发顺序：

脉冲间隔：

三相全控桥式整流电路：

（1）带电阻性负载：

移相范围：

120

触发顺序：

VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

脉冲间隔：

（2）带阻感负载

移相范围：

90

触发顺序：

脉冲间隔：

4.变压器漏感对整流电路的影响部分

（1）变压器漏感对整流电路的影响是什么，使得整流输出电压升高还是降低？

降低

1出现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud降低

2整流电路的工作状态增多

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的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。

（2）换相过程中，输出电压的瞬时值等于什么。

5.谐波和功率因数部分

（1）几种常用可控整流电路输出电压中的最低次谐波是多少？

m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，3...）次，即m的倍数次

三相半波可控整流电路：

m=3

三相全控桥式整流电路：

m=6

单相半波可控整流电路（单脉波整流电路）:

m=1

单相桥式全控整流电路：

m=2

单相全波可控整流电路：

m=2

单相桥式半控整流电路：

m=2

（2）单相全控桥式整流电路，在带阻感负载时，控制角α与功率因数角φ的关系

单相全控桥式整流电路

6.有源逆变电路部分

（1）实现有源逆变的条件（包括硬件电路条件—那些电路能逆变，那些电路不能逆变；控制条件—α的取值范围）。

产生逆变的条件

☞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。

Em＞|Ud|

☞要求晶闸管的控制角α>π/2，使Ud为负值。

☞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。

α逆变时的范围应在π/2-π之间

（2）控制角α与逆变角β的关系。

α+β=π

（3）什么是逆变失败？

逆变失败的原因是什么？

最小β应为多少？

■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。

■逆变失败的原因

◆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。

◆晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。

◆交流电源缺相或突然消失。

◆换相的裕量角不足，引起换相失败。

■逆变时允许采用的最小逆变角βmin的范围：

30°-35°

7.可控整流电路的分析和计算

主要是单相全控桥式整流电路、单相半控桥式整流电路、三相半波可控整流电路和三相全控桥式整流电路在带阻感性负载时的定性分析（波形分析）和定量计算。

重点是单相半控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路。

波形分析：

ud、id、iVT、iVD、i2的分析。

定量计算：

Ud、Id、IVT、IVD、I2、S2的计算和额定电压、额定电流的确定。

一、单相半控桥式整流电路

带阻感负载：

、

IVT=

IVD=

Id

S2=U2I2

二、三相全控桥式整流电路

带阻感负载或带电阻负载≤60时

带电阻负载且>60时

Id=Ud/R

S2=3U2I2

额定电压：

晶闸管上所承受的最大电压（即线电压的峰值）

额定电流：

IVT（AV）=IVT/1.57（IVT=

）

下面举例说明：

例1.单相半控桥式整流电路，负载L值极大，并接有续流二极管，设最大负载电流为100A，控制角α=60°，试求：

①画出ud、iVT1的波形。

②计算晶闸管电流有效值IVT1。

③计算续流二极管的电流有效值IVDR。

解：

（1）波形如右图

（2）已知

则

例2.三相半波可控整流电路,阻感性负载，电感量足够大。

如α＝60°，负载电阻R=2Ω,电路的移相范围为0°～90°，试求：

（1）要求Ud在0V～200V之间变化，计算变压器二次侧相电压U2。

（2）求输出直流平均电压Ud、输出直流平均电压Id、变压器副边容量S2,并计算SCR的额定电压和额定电流。

（3）画出输出电压ud和电流iVT1的波形。

解：

分析：

由题意可知，本题不考虑换相压降和管压降。

当电路的移相范围为0°～90°时，Ud在200V～0V之间变化，即α＝0°对应Ud=200V；α＝90°对应Ud=0V。

应以最大输出电压来计算变压器二次侧相电压U2。

也就是以α＝0°计算变压器二次侧相电压U2。

于是有；

（1）∵Ud=1.17U2cosα

∴U2=Ud/1.17cos0°=200/1.17=170.94（V）

（2）计算Ud、Id、S2和SCR的额定电压和额定电流。

此时又应该以α＝60°来计算各电量：

额定电压:

取UN=900V

额定电流：

取IT（AV）=30A

（3）波形如下：

第四章逆变电路

1.换流方式部分

（1）什么是器件换流、负载换流、电网换流、强迫换流？

器件换流只适用于全控型器件，在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。

可控整流电路是电网换流。

（2）电压型和电流型逆变电路的特点

电压型逆变电路的特点

◆直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。

◆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。

◆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

◆直流侧串大电感，电流基本无脉动，相当于电流源。

◆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。

2.电压型逆变电路部分

重点是单相半桥电压型逆变电路和单相全桥电压型逆变电路，要熟悉它们的工作原理；前者要知道已知波形中各时段导通的管子，后者则要会在采用移相调压方式时，对其输出电压u0的波形进行分析。

单相半桥电压型逆变电路

时间段

t1∽t2

t2∽t3

t3∽t4

t4∽t5

导通的管子

V1

VD2

V2

VD1

单相全桥电压型逆变电路

移相调压方式

t1时刻前V1和V4导通，uo=Ud。

√t1时刻V4截止，而因负载电感中的电流io不能突变，V3不能立刻导通，VD3导通续流，uo=0。

√t2时刻V1截止，而V2不能立刻导通，VD2导通续流，和VD3构成电流通道，uo=-Ud。

√到负载电流过零并开始反向时，VD2和VD3截止，V2和V3开始导通，uo仍为-Ud。

√t3时刻V3截止，而V4不能立刻导通，VD4导通续流，uo再次为零。

第五章直流—直流变流电路

重点是降压斩波电路和升压斩波电路电路

1.根据对输出电压平均值进行控制的方法不同，直流斩波电路有哪几种控制方式？

脉冲宽度调制、频率调制、混合型调制

2.降压斩波电路和升压斩波电路电路中，要会计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。

如讲义给出的两道例题：

例5-1和例5-2。

降压斩波电路:

升压斩波电路：

第七章PWM控制技术

1.掌握面积等效原理，能将一些简单的几何形状波形通过计算等效为等幅不等宽的PWM波形。

等面积法

2.知道为获得需要的PWM波形，PWM逆变电路有哪些控制方法？

计算法、调制法、跟踪控制法（答滞环比较方式也可）

3.在PWM整流电路中，若已知us为交流侧电压，is为交流侧电流，uAB为PWM波及某时刻电路工作的向量图，能确定该PWM电路的运行方式。

第八章软开关技术

主要掌握两点：

1.什么是硬开关？

什么是软开关？

为什么要使用软开关技术？

硬开关：

开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗，而且电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声，这样的开关过程称为硬开关。

软开关技术是指应用谐振的原理,使开关器件中的电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化。

当电流自然过零时,使器件关断（或电压为零时,使器件开通）,从而减少开关损耗。

软开关技术主要用于解决高频化带来的开关损耗问题。

2.电力电子装置高频化的意义是什么，高频化会带来什么问题，如何解决这些问题。

高频化可以有效降低装置的体积和重量，使装置向小型化、轻量化方向发展。

可以使用软开关技术解决高频化带来的开关损耗问题。

第九章电力电子器件应用的共性问题

1.什么是外因过电压？

什么是内因过电压？

能按讲义的例子举例说明。

■过电压分为外因过电压和内因过电压两类。

■外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原

因，包括

◆操作过电压：

由分闸、合闸等开关操作引起的过电压。

◆雷击过电压：

由雷击引起的过电压。

■内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过

程，包括

◆换相过电压：

晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。

◆关断过电压：

全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

2.晶闸管两端并联R、C吸收回路的作用是什么？

吸收晶闸管瞬间过电压，限制电流上升率，减少开关损耗。