电力电子变流技术复习大纲

1、简单电力电子装置设计与调试 复习大纲I. 晶闸管及单相相控整流电路1、掌握晶闸管的工作原理、导通及关断条件、理解晶闸管主要参数的含义、怎样选用晶闸管的额定电压和额定电流；1）晶闸管导通条件：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。注意：阳极加正向电压是指阳极电位高于阴极电位，阳极电位可以是正也可以是负。门极正向电压是指门极电位高于阴极电位。2）关断条件：流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。可以通过 降低晶闸管阳极一阴极间电压或增大主电路中的电阻。在室温且控制极开路时，维持晶闸管继续导通的最小电流称为维 持电流Ih。当元件刚从阻断状态转为导通状态时就撤除触发电压， 此时元件 维持导通所需要的最小阳极电

2、流称为掣住电流 Il。对同一晶闸管来 说，掣住电流Il要比维持电流IH大24倍。2、晶闸管主要参数1 ）额定电压：用等级表示，选用管子时额定电压常常是实际工 作时可能承受的最大电压的23倍。若考虑安全裕量：U Tn -（2 3）U TMUTn=（U drm ,URRM ）min2）额定电流ii注意：不同于通常电气元件以有效值来定义额定电流， 而是以平 均值来定义的。选择管子时要用有效值相等原则即流过晶闸管实际电流的有效值等于（小于）管子的额定电流有效值。3 .单相半波可控整流电路工作原理及参数计算几个名词术语和概念控制角 :控制角也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到触发脉冲出

3、现之间的电角度。导通角B:是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。移相：移相是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角:的大小。移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉冲的移动范围，它决定了输出电压的变化范围。分析工作原理、绘制输出电压Ud波形时要抓住晶闸管什么时候 导通、什么时候关断这个关键。电感性负载时，理解输出负电压的原因。关键是理解电感储存、释放能量的性质。4、掌握晶闸管对触发电路的要求（见p42）;5、理解相控电路半波、全波、半控、全控的概念，知道单相半 波、单相桥式全控整流电路电阻性负载、 电感性负载的移相 范围、输出电压的计算公式以及输出基波脉动频率 （可以参 见发给同学们的可控整流电

4、路的参数表）。6、双向晶闸管的触发方式（掌握双向晶闸管工作状态1+、山-的定义）双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式:1） 1 +触发方式 主极T1为正，T2为负；门极电压G为正，T2为负。2） 1 -触发方式 主极T1为正，T2为负；门极电压G为负，T2为正。3） 川+触发方式 主极T1为负，T2为正；门极电压G为正，T2为负。4） 川-触发方式 主极T1为负，T2为正；门极电压G为负，T2为正双向晶闸管的参数23因此一个100A的双向晶闸管与两个45A反并联O1）双向晶闸管额定通态电流不同于普通晶闸管的额定通态电流。不能混淆。

5、例如双向晶闸管额定通态电流为100A,若用两个反并联的普通晶闸管代替，按有效相等的原则，得157I -100157 1 T(AV)2，所以,前者用交流有效值标定，后者用正弦半波平均值标定，选择晶闸管时IT(AV)1001.57、2-45A的普通晶闸管等效。7、掌握单结晶体管的工作原理和导通、关断条件 ，单结晶体管具有以下特点：(1) 当发射极电压等于峰点电压 Up时，单结晶体管导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压 Uv时，单结晶体管就恢复截止。(2) 单结晶体管的峰点电压 Up与外加固定电压及其分压比n有关。单结晶体管的分压比n 一般为0.5 0.9。(3) 不同单结晶体管的谷点电压 UV

6、和谷点电流Iv都不一样。 谷点电压大约在25 V之间。在触发电路中，常选用n稍大一些， UV低一些和Iv大一些的单结晶体管，以增大输出脉冲幅度和移相范 围。8、讲课所涉及的电力电子器件的英文名称 (SCR MOS GTO IGBT、GTF是什么的缩写)。u周光电位器9、会分析下图所示的工作原理。单结晶体音主电路中曲各10、单相交流调压电路电阻性负载输出电压有效值及输入功 率因数的计算、控制角的移相范围和调压范围11、单相交流调压电路带电感性负载时的控制角移相范围和调压范围(控制角a、导通角e与阻抗角的关系)、对触发脉冲的要求 什么是同步。触发脉冲信号与主电路电源电压在频率和相位 上相互协调（触

7、发信号的频率与主电路的频率保持固定比 例、触发信号的相位与主电路的相位保持固定相差）的关系 叫同步。因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。单相交流调压特点（几点结论）：1）电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致，电阻负载时移相范围为 0180 。改变控制角可 以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。2 ）电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当a v时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大的直流分量电流，烧 毁熔断器或晶闸管。3）电感性负载时，最小控制角amin=（阻抗角）,要求a 所以的移相范围为180。，这几个结论常考试。计算题时要注意：1

8、）单相交流调压电感性负载时，控制角 a的移相范围是二=arcta n2）因a =-时，电流为连续状态，此时负载电流最大。3）最大功率P = U2I cos = U2I cosii. 全控型电力电子器件1、MOS、GTR、GTO、IGBT等全控型电力电子开关器件根据内部载流子参与导电的情况是怎样进行分类的？根据驱动信号的不同又是如何分类的？(1)根据电力电子器件的可控性来区分1、根据电力电子器件的 可控性来区 分控制形式器件名称特点半控型SCR只能控制其导通，不能控制其关断全控型GTO 、 GTR 、 MOS 、IGBT、既可以控制其导通，又可以控制其关断也称自关断器件不可控型D不能用信号控制其

9、通断，无需驱动信号2、全控型器件根据内区分形式全控型器件名称特点非全控型器件名称单极型MOS、SIT只有一种载流肖特基二极管子参与导电双极型GTR、GTO、SITH有两种载流子（电子、空穴）参与导电电力二极管复合型IGBT由双极型与单极型器件复合而成MCT部载 子参 导电 种类 分为流与 的 又3、全控型器件 根据驱 动信号 的种类 又分为区分形式全控型器件名称特点电流型GTR、 GTO通过从控制端 注入或抽出电 流来控制其通 断的方式电压型MOS、IGBT、SIT、SITH通过在控制端 施加一定的电 压信号使其通 断2、根据开关频率的大小和器件功率的大小如何对全控型开关器件MOSFET、GT

10、R、GTO、IGBT 进行排序3、理解GTO的基本工作原理，为什么GTO可以采用门极信号使其 关断而普通晶闸管不能采用门极信号使其关断？掌握GTO的几个特定参数的含义：最大可关断阳极电流 IATO ；电流关断增益。4、GTO设置缓冲电路的目的（R、C、D电路的作用）；5、GTR （工作在开关状态、大功率）与普通的小功率信号晶体管（工 作在放大状态、小功率）的区别，什么叫 GTR的二次击穿；6、GTR寸基极驱动电路的要求是什么？ GTF有哪些保护电路？7、MOSFET勺主要特点是什么？对栅极驱动电路有何要求？8 IGBT与MOSI相比有何异同点？（驱动控制、导通压降、开关 频率）9、试分析比较

11、MOSFET、GTR、GTO、IGBT的优缺点器件优点缺虑IGBT开关速度高,开关损耗小，具冇耐脉 冲电流冲击的能力,通态压降较低.转入阳抗亂 対电不驱动，驱动功率 小开关速度低于电力MOSFET,电压*电谎容暈不及GTOGTR耐压髙，电流大.开关特性好.通流能力强,饱和压降低开关速度低，为电流驱动所需 驱动功率大，驱动屯玮复朵.存 在二次击穿问题GTO电压、电流容最大，适用于大功率场 合*具冇电导调制效肉*其通渍能力 很强电流关断增益很小,关断时门极 负穌冲电濒大，开关速度低，驱 动功率大，鉴动电路貝朵，开关 频率低电力MOSFET开关速度快，輸入阻抗高.热稳定性 好*所需驰动功率小如驱动电

12、哥简 单，工作频率厲.不存在二次击穿问电流容量小，耐压低.一般只适 用于功率不.超过10kW的电力电 子装置IGBT. GTR. GTO和电力MOSFET的驱动电路各有什么特点?IGBT驱动电路的将点是:驱动电齟有较小的黜电陆1GBT是电疏动型器件,IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR驱动电躺橋悬勦电關鮒劇电蹣躅陡狮特并有述側 冲,这样附礎开脱私城水瑚號,关雜N動电蹦魄躺龊馱板腿 删动电滋瓶躺齟电氐以廳关髓氐GTO鷗电貓特点是;GTO要求瓢动电路提供縫动电辎郦应有翩挪 歸敝,吐般鞭在針魏鵬施加正服电亦关竊肋1负服电滋隔翻 能要求更爲觌动电馳常睥开砸动电踰关轆动电腳门甌値鳞三部加m（

13、）5FET胸电路的韻;要求軀动电触有射啲输入电陆軀动孵小卫 电彌III.中频感应加热电源1、微波炉与电磁炉在加热事物方面在工作原理上有何区别？电磁炉与中频感应加热都是利用涡流反应的原理进行加热的；微波炉微波炉加热实质是电介质加热(dielectric heat ing)电介质加热通常用来加热不导电材料。当高频电压加在两极板层上，就会在两极之间产生交变的电场。需要加热的介质处于交 变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋 转或振动，从而产生热量，达到加热效果。不能用铝锅盛装食物在电磁炉上进行加热；微波炉不能加热金属器皿。2、并联谐振式变频电路、串联谐振式变频电路的输出电压电流波形

14、 及其特点。电流并联谐振电路在谐振时输出电流为方波，输出电压为准正弦波；为了实现负载换流，要求补偿以后的总负载呈容性，即负载电流io超前负载电压uo的变化。负载谐振变换电路振槽的电源类型电流型潸振电路输入端直痂馬瞅电感）串联型谐艇路电压型谐振电路输入端直巒轰大电容）输出信号波形输出电流为方渡；负载电压接近正弦波；谐振时导纳最小；电容苞谐振和补偿功率因数的作用 输出电压越方波； 负载电流接近正弦波; 谐振时阻抗最小.L,h匚 l/0一右二怡If卿皿1：0/弓IWs,1Ll0&1hpv -0卜Mfl橋型闕幽串 OH&S压躺 出孵 调节輪岀电就方波（包含基删各奇锻 勳 飾时基般率轩负就电路普糊 率负

15、裁蛭对醱輪呈鵬阻掠对憎 嘶呈珊航锻电赫负磁t JW咗琳輪出电压为械能基劇各就觀谓 振时基趣率等于负狀路iM率朋电路 对瞬压呈现臟團电彩觸 电綢沁程鵬航織电笳在负载电 路上几乎不产艶通过鹼逆雯癖来妓輪出班初 輪出嫦将逆变孵略在餓孵附迟嵌 砸电压的紬通过翅逆删率嶽藐岀电压脯出功（D将逆翅锄在斷俐迟脚証 轴觸出；IV 直流电压变换电路1、掌握Buck型降压斩波电路、 Boost型升压斩波电路的工 作原理，并能默画出其拓扑；2、理解占空比的含义和掌握脉冲宽度调制 （PWM ）的原理；4、掌握根据伏秒平衡原理分析电路拓扑输入输出关系的方 法DC/DC 电路的工作原理按输入、输出有无变压器可分有隔离型 （

16、有变压器 ）、非隔离型 （无变压器 ）两类。1非隔离型电路 （不隔离就是指输入和输出共地） 若定义斩波器的占空比（占空比也叫工作率，是指开关 S 闭合的持续时间在一个周期内所占 的时间比率，或指高电平在一个周期之内所占的时间比率 ），占空比 有的书上用 D 来表示。DC/DC 变换电路是将一种直流电源变换为另一种直流电源的电 力电子装置。常见的 DC/DC 变换电路有非隔离型电路、隔离型电路 和软开关电路。（1）降压斩波电路（降压变换电路别名为“ BUCK变换器”、串 联开关稳压电源”、三端开关型降压稳压器”）。降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。输出电压平均值为u。二k

17、U式中k为斩波器的占空比(2) 升压斩波电路Boost电路(升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压。升压斩波电路的输出电压总是高于输入电压。输出电压平均值U(3) 升降压斩波电路升降压斩波电路可以得到高于或低于输入电压的输出电压。输出电压为：U。=Tn u = Ton u = k UToffT _Ton1 - k上式中，若改变占空比k,则输出电压既可高于电源电压，也可能低于电源电压。由此可知，当0vkvl/2时，斩波器输出电压低于直流电 源输入，此时为降压斩波器；当1/2vk n /2而 BV n /24、逆变失败的原因有哪些？电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流失败，则由于变流器输

18、出电压与直流电压将顺向串联并相互加强，回路电阻很小，必将产生很大的短路电流，以至可能将晶闸 管和变压器烧毁，上述事故称之为逆变失败或叫做逆变颠(1) 触发电路工作不可靠(造成脉冲丢失或延迟以及触 发功率不够)；(2) 晶闸管出现故障；(3) 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择裕量 不足，或者晶闸管存在质量问题，都会使晶闸管在应该阻 断的时候丧失了阻断能力(4) 交流电源出现异常从逆变电路电流公式丨Ed-51厂(5) 电路换相时间不足一般取B min为3035 以保证逆变时正常换流。一般在触发电路中均设有最小逆变角保护，触发脉冲移相时， 确保逆变角 B不小于B min例如，两个电机一个工作

19、在整流(电动机)状态，另一个工作在逆变(发电机)状态。(1) 应知道Ud、Ed及id的方向；(2) 应知道ED与Ud的大小关系；(3) 当a与B的最小值均为30时，控制角a的移相 范围为多少？3、 整流时 UdEd，逆变时 EdUd ; (2)整流时:3090 度，逆变时:90150VI 三相相控整流电路1、共阴极接法和共阳极接法整流电路中晶闸管的换流规律；(1) 共阴极接法(晶闸管换流规律：在阴极电位相同的前提下，阳 极电位更高的那相导通)；(2) 在自然换相点之前由于晶闸管承受反向电压，不能导通，因此把自然换相点作为计算触发延迟角 a的起点，即该点时a =0O,对 应于3 t=30Q三相半

20、波在一个周期内，ud有三次脉动，脉动的最高频率是 150Hz。要会画出触发角为任意角度时的输出电压波形和晶闸管的电压波形。注意（强调）： 对于单相整流电路，控制角a =0时,3 t=0； 对于三相整流电路，a =0时3 t=30 。 共阳极接法（晶闸管换流规律：在阳极电位相同的前提下，阴 极电位更低的那相导通）要会画任一时刻的等效电路，在一个工频周期里可以分成 6个等效电路；必须对两组中应导通的一对晶闸管同时加触发脉冲。 采用宽脉 冲（必须大于60、小于120, 般取80100）或 双窄脉冲（在一个周期内对每个晶闸管连续触发两次，两次脉冲间隔为60）都可达到上述目的。2、三相半波可控整流电路的

21、优缺点；三相半波整流电路的特点：变压器绕组中流过的是直流脉动 电流，在一个周期中， 每相绕组只工作1/3周期，因此存在变 压器铁芯直流磁化和利用率不高的问题。3、三相全控桥式整流电路的工作原理（晶闸管导通顺序）及 特点、输出电压数值及会画输出电压波形（给定控制角，画 输出电压波形）；整流输出电压 ud由线电压波头 uab、uac、ubc、uba、uca和ucb组成，其波形是上述线电压的包络线。可以看出，三相全控桥式整流电压Ud在一个周期内脉动6次，脉动频率为300 Hz，比三 相半波大一倍（相当于6相）。注： 线电压超前相电压30度； 先在相电压波形上找到触发脉 冲的起始时刻，然后在输出的线电压波形 （不要找错线电压波形）上 找到对应的相同时刻，沿着线电压的波形走向标出导通宽度的波形。(a)(b)(c)xxxxrou d jLuuuuuuuabacbabccacbab0_ Yx_ * 一 X x 乂 iC|!p _r .亠V1h:I /0a =30 u au bu cu 2a a = 60 度u c(a)0三相全控桥式整流电路要求用双窄脉冲触发，即用两个间隔60的窄脉冲去触发晶闸管。产生双脉冲的方法有两种，一