电力电子复习提纲(2010年)

1、第一章 绪论1、基本知识点（1）电力电子技术定义：变换和控制（2）电力电子技术两个分支：器件制造技术和变流技术（3）四种基本的电能变换电路：ACDC、DCAC、ACAC、DCDC（4）电力电子技术学科背景：信息电子学、电气工程和控制理论交叉形成的新兴学科（5）电力电子技术发展：半控器件（晶闸管）普通全控器件（门极可关断晶闸管、大功率晶体管、电力金属氧化物半导体场效应晶体管）复合器件（绝缘栅双极性晶体管）模块化、集成化、智能化（6）与信息电子器件相比较，电力电子器件的特点：功率大、工作在开关状态、需驱动电路、损耗大需加散热（通态损耗、断态损耗、开通损耗、关断损耗）。（7）电力电子器件的分类：据被

2、控程度：不可控、半控、全控据驱动信号性质：电压驱动、电流驱动据内部载流子参与导电情况：单极型、双极型和复合型（8）电力电子装置和系统组成：控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的的主电路。电气隔离：光或磁保护电路：过电压和过电流（9）电力电子电路的控制方式：相控、斩控、频控第二章 电力电子器件1、复习方法（1）器件电气符号（2）工作原理（3）基本特性：静态+动态（4）主要参数（5）主要特点2、基本知识点（1）主要电力电子器件的电气符号，按照三种分类方法各属于哪一种： Power Diode Thyristor（SCR） GTO GTR Power MOSFET IGBT（2）各器件的主要特点

3、： Power Diode：单向导电性 Thyristor（SCR）：半控型，目前主要的电力电子器件中容量最大的 GTO：晶闸管的派生器件，全控，关断时需要从门极抽取很大的电流才能使之关断，在全控型电力电子器件中容量最大 GTR：二次击穿，安全工作区 Power MOSFET：主要电力电子器件中开关速度最快的， IGBT：结合GTR和Power MOSFET的优点，但开关速度比Power MOSFET低，容量比GTR小，擎住效应（自锁效应），MOSFET作为输入级（3）电导调制效应：当PN结上流过的正向电流较小时，二极管的电阻主要是作为基片的低掺杂N区的欧姆电阻，其阻值较高且为常量，因而管压降

4、随正向电流的上升而增加；当PN结流过的正向电流较大时，注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大，为了维持半导体的电中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，使得其电阻率明显下降，也就是电导率大大增加，这就是电导调制效应。（4）根据反向恢复时间二极管分为：普通二极管（General Purpose Diode）、快恢复二极管（Fast Recovery Diode FRD）、肖特基二极管（Schottky Barrier DiodeSBD）（5）晶闸管 导通的条件和关断的方法 导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿 晶闸管的关断时间包括反向阻断恢复时间（）和正向阻断恢复时间（），在正向阻断恢复时

5、间内如果重新对晶闸管施加正向电压，晶闸管会重新正向导通 通常取晶闸管的和中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。 维持电流由导通转为关断。擎住电流 由关断转为导通。对同一晶闸管来说，通常约为的24倍 动态参数： A、断态电压临界上升率指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。防止晶闸管误导通 B、通态电流临界上升率 指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。防止晶闸管门极热损坏 晶闸管的派生器件：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。（6）GTO

6、与普通晶闸管的不同点（7）GTR工作在开关状态是在截止区和饱和区之间进行来回转换，中间经过放大区； Power MOSFET工作在开关状态是在截止区和非饱和区之间进行来回转换，中间经过饱和区；IGBT工作在开关状态是在正向阻断区和饱和区之间进行来回转换，中间经过有源区；（8）Power MOSFET 使用时注意寄生二极管的影响 通态电阻具有正的温度系数，对并联时均流有利（9）IGBT IGBT的特性和参数特点 擎住效应或自锁效应：在IGBT内部寄生着一个晶体管和作为主开关器件的晶体管组成寄生晶闸管。其中晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对结

7、施加正偏压，一旦开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用导致集电极电流增大，造成器件功耗过高而损坏。这种电流失控的现象，就像普通晶闸管被触发以后，即使撤销触发信号晶闸管仍然因进入正反馈而维持导通的机理一样，因此被称为擎住效应或自锁效应。 安全工作区： A、正偏安全工作区（FBSOA）最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定。 B、反向偏置安全工作区（RBSOA）最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率确定。 在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负的温度系数；在以上的区段则具有正温度系数，并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联。（9）电力电子器件对触发脉

8、冲的要求 Thysistor：幅值、宽度、门极安全触发区域、可靠性 GTO：幅值和陡度要求更高，关断加5V负偏压 GTR：开通处于准饱和，关断加6V负偏压 Power MOSFET：开通的驱动电压一般1015V，关断时施加-5-15V负偏压 IGBT：开通的驱动电压一般1520V，关断时施加-5-15V负偏压（10）保护 过电压A、外因：a、雷击b、操作B、内因：a、换相 b、关断 最常见内因过电压保护措施：RC保护电路，C两端电压不能突变，R消耗过电压能量 过电流：A、短路 B、过载 最常见过电流保护措施：快速熔断器（简称快熔）（11）晶闸管的串并联：解决串联不均压和并联不均流的措施（12）

9、电压驱动和电流驱动电力电子器件的特点： A、电压驱动型器件的共同特点是：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。 B、电流驱动型器件的共同特点是：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。3、难点： （1）电力电子器件电压和电流定额的确定，特别是电力二极管和晶闸管的电流。Power Diode是正向平均电流和Thyristor是通态平均电流，二者的定义都是根据发热效应来定义的，因为在实际电路中器件中不可能总是流过工频正弦半波，因此选取时要根据有效值相等的原则来选取。（2）理解电力电子器件的开关过程中电压电流的变化过程及其原因

10、，重点掌握其动态参数。第三章 整流电路1、复习方法（1）电路原理图（2）工作原理（3）波形分析（4）定量计算输出电压、电流的平均值和有效值流过晶闸管电流的平均值、有效值变压器二次绕组电流元器件和设备选取功率因数变压器二次绕组电流和输出电压的谐波分析（5）主要特点2、基本概念：（1）相控和斩控（2）自然换相点（3）控制角（4）导通角（5）移相范围（6）同步（7）导电停止角（8）换流或换相（9）单拍和双拍（10）直流磁化（11）基波和谐波（12）总谐波畸变率（THD）（13）电压或电流纹波因数3、基本公式见附表：（1）阻感负载时，注意电感电流不能突变，电感反感应电动势阻止电流的变化，由于电感的储能

11、在电源电压变负后晶闸管会继续导通，输出电压出现负的部分。负载电流随负载电感的大小而变化，通常情况下讨论负载电感很大（电感极大、或，这几个条件等价，负载电流不仅连续而且波动很小，可近似看作一条直线（即负载中流过直流电流）。电感对直流相当于短路，因此。从另外一个角度分析。（2）在反电动势阻感负载时，只要，电路就能正常工作，其波形形状和阻感负载完全一样，定量计算中只有输出电流的平均值不同，反电动势阻感负载时；如果，触发脉冲采用脉冲列电路也可以启动工作，但实际的控制角。（3）单相桥和单相全波整流电路的异同点：输入端输出端主电路驱动电路（4）三相桥式全控整流电路对触发脉冲的要求脉冲相位脉冲形式（5）考虑

12、变压器漏感对整流电路影响 换相输出电压为同时导通两相电压的平均值 单相桥换相时流过漏感的电流从或，因此公式需要修正。 三相桥整流电路输出电压是线电压的一部分，因线电压有效值为，所以公式中的用代替 主要整流电路换相压降和换相重叠角的公式单相全波单相全控桥三相半波三相全控桥m脉波（6）功率因数和谐波规律单相全波单相全控桥三相全控桥m脉波功率因数输入电路谐波输出电压谐波 注意以上两个表格仅适用负载电感很大负载电流近似为一条直线的情况，并且5、 重点和难点：波形分析(1) 首先要绘制出相电压和线电压的波形，找对自然换相点，否则控制角无法定；(2) 波形的上下对应关系，最好用虚线连接起来，坐标标注清楚，

13、绝不可以依靠记忆来画波形；(3) 关键问题在于生疏，平时练习少。第四章 直流斩波1、复习方法（1）电路原理图（2）工作原理（能分析未学过的电路）（3）波形分析（4）定量计算电压电流电感电流纹波电容电压纹波（5）主要特点2、基本知识点：（1）注意所有的分析都是基于电流连续模式（CCM），并且认为电感和电容足够大（2）直流斩波电路对输出电压的三种控制方式：PWM、PFM、HM（3）升压型直流斩波电路输出电压高于电源电压的原因3、基本公式：输出电压输出电流电感电流纹波电容电压纹波降压升压升降压库克1、 难点：电感电流纹波和电容电压纹波第五章 逆变电路1、复习方法（1）有源逆变：同第三章整流电路（2）

14、无源逆变： 电路原理图 工作原理 波形分析：输出电压、电流波形 定量计算：输出电压、输出谐波 主要特点2、基本知识点：（1）有源逆变： 定义 条件 逆变角： 逆变失败或逆变颠覆 逆变失败的原因 最小逆变角的确定：（2）无源逆变定义四种基本换流方式：定义、特点电压源型和电流源型逆变电路的特点电压源型单相半桥和单相全桥逆变电路A、 半桥、电路原理图和输出电压和电路波形、工作原理 和栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，互补；为矩形波，幅值为。波形随负载而异。设时刻以前为通态，为断态。时刻给关断信号，给开通信号，则关断，但感性负载中的电流不能立即改变方向，于是导通续流。当时刻降为零时，截止，开通，

15、开始反向。同样，在时刻给v2关断信号，给开通信号后，关断，先导通续流，时刻才开通。感性负载时，或通时，和同方向，直流侧向负载提供能量；或通时，和反向，电感中贮能向直流侧反馈，即负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧。反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中， 直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。因、是负载电流向直流侧反馈能量的通道，故称为反馈二极管,另外、还起到使负载电流连续的作用，因此又称续流二极管。、输出电压有效值输出电压基波有效值，含有，次谐波B、 全桥、电路原理图和输出电压和电路波形、工作原理 桥臂1和4一对，桥臂2和3另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180。波形同半桥电路的，

16、幅值高出一倍，。在直流电压和负载相同的情况下，其输出电流的波形也和半桥中的形状相同，仅幅值增加一倍。半桥中的、相继导通的区间，分别对应于全桥的和、和、和、和相继导通的区间。关于无功能量的交换，对于半桥逆变电路的分析也完全适用于全桥逆变电路。、输出电压有效值输出电压基波有效值，含有，次谐波 并联谐振式逆变电路：A、 输出电压近似正弦波B、 一个周期两个稳定导通和两个换流阶段C、 四个重要时间：换流时间、反压时间、触发引前时间、负载电路超前负载电压时间D、 输出电流有效值、输出电流基波有效值、含有，次谐波E、PWM逆变电路及其控制方法A、PWM控制方式分类。B、SPWM的中英文全称是什么，分析它的

17、基本控制思想。C、SVPWM的中英文全称是什么，分析它的基本控制思想。D、自然采样和规则采样PWM的不同之处。E、同步调制和异步调制，调制波和载波。3、重点和难点：（1）有源逆变电路的波形分析和定量计算，和整流电路非常类似。以下几点特别注意： 逆变角的确定，从控制角为点向左记起； 变压器漏感也使得变流电路输出电压降低； 晶闸管的单向导电性输出电流不可能小于零； 功率因数是负值（2）无源逆变电路 电压源型逆变电路中二极管的作用三相电压源型逆变电路波形分析及输出相电压和线电压的分析。（3）PWM逆变电路的工作原理和控制方法。第六章 交交变流电路1、复习方法（主要单相，三相简单了解）（1）电路原理图

18、（2）工作原理（3）波形分析 （4）定量计算输出器件选择功率因数（5）主要特点2、基本知识点：（1）交流电力控制电路：交流调压、交流调功电路和交流电力电子开关的异同点 （三种电路结构完全相同，只是控制方法和控制目的不同）（2）交流调压电路阻感负载移相范围：（3）交流调压电路在电力系统中的应用：TCR动态连续无功补偿（4）交流电力电子开关在电力系统中的应用：TSC动态断续无功补偿（5）输出为正弦波单相交交变频电路的工作原理、正组和反组变流电路的整流和逆变工作状态、输出为正弦波的调制方法3、重点：单相交流调压电路特别是阻感负载注意：时，此时输出电流达到最大，此时功率因数也最大第七章 软开关技术1、复习方法（1）电路原理图（2）工作原理（3）波形分析 （4）主要特点2、基本知识点：（1）软开关的基本概念，与硬开关的区别。（2）软开关的分类，软开关应用范围。（3）典型的软开关电路。3、重点：（1）软开关应用范围，如何分类。（2）典型的软开关电路原理和应用。注：本次考试不要求本章内容。附录 数学基础2、 平均值、有效值公式和波形系数 设为表示周期性电压或电流的函数，则