电力电子技术电力电子技术的定义电力电子技术是一门

1、作者：范兴荣电力电子技术第一部分一、电力电子技术的定义电力电子技术是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。二、电力电子技术的研究内容电力电子技术的研究内容：1、电力电子器件2、变流技术3、控制技术或者说，电力电子技术的研究内容：电子学、电力学、控制理论三、与其它学科的关系1、与微电子学的关系三个相同点：(1)都分为电子器件和电子电路两大分支，二者同根同源(2)两类器件制造技术的理论基础相同；(3)制造工艺也基本

2、相同。两个不同点：(1)应用目的不同前者用于电力变换，后者用于信息处理；(2)工作状态不同一一在微电子技术中，器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。2、与电力学(电气工程)的关系(1)电力电子技术广泛用于电气工程中；(2)国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支；(3)电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。3、与控制理论的关系(1)控制理论广泛用于电力电子系统中；(2)电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口，控制理论是这种接口的有力纽带；(3)电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术

3、。四、电力电子技术的发展历史美国通用电气公司研制出第一个工业用的普通晶闸管，标志电力电子技术的诞生1、传统电力电子技术电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主，控制电路以模拟电路为主。2、现代电力电子技术现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点：A、集成化B、高频化C、全控化D、控制电路弱电化E、控制技术数字化3、电力电子技术的发展展望科学家预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。第二部分1、电力电子器件1.1、 电力电子技术概述(1)基本概念A、在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或者控制任

4、务的电路被称为主电路。B、电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或者控制的电子器件。(2)同微电子器件相比的一般特征A、能处理电功率的能力，一般都远大于处理信息的电子器件。B、电力电子器件一般都工作在开关状态。C、电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。D、电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。（3）应用电力电子器件系统组成电力电子器件一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。在主电路和控制电路连接的路径上，以及主电路与检测电路的连接上，一般需要进行电气隔离，而通过其他手段如光、磁等来传递信号第50页共45页路电加

5、保电和统S电制的电Gt力件系可主控中些，电器个常行在和路一路途子«正运（4）电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为以下3类：A、不可控型器件不能用控制信号来控制其通断。这类器件主要是指晶闸管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。B、半控型器件一一通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。主要是电力二极管，器件的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。C、全控型器件一一通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。目前常用的是绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、电力场效应晶体管

6、（电力MOSFET）和门极可关断晶闸管（GTO）。1.2、不可控型器件一一电力二极管(1) 外形一一螺栓型和平板型两种封装(2) 结构(3) 电气图形符号°1°(4) 主要参数A、额定电流一一在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。B、正向压降Uf在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。C、反向重复峰值电压Urrm对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量D、最高工作结温Tjm外一结温是指管芯PN结的平均温度，用Tj表示。Tjm是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。TJM通常在125

7、775rC范围之内。1.3、半控型器件一一晶闸管(SCR)(1)A、外形一一螺栓型和平板型两种封装B、结构C、电气图形符号(2)导通的条件、关断的条件A、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)。即Uak>0且UGK>0。其他可能导通的情况，参见(3)误导通的情况。B、关断的条件：，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。简单的说就是使通过晶闸管的电流小于维持电流C、使晶闸管关断方法：a、去掉阳极正向电压b、给阳极加反向电压c、降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流小于维持

8、电流(3)误导通的情况a、阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应dub、阳极电压上升率dt过高，中间结电容产生位移电流c、结温较高，漏电流增大d、光触发(4)主要参数A、额定电压Utn通常取晶闸管的Udrm和Urrm中较小的标值作为该器件的额定电压。实际选用时，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压为实际工作电路中可能承受到的正向阻断重复峰值电压Udrm和反向重复峰值电压Urrm的最大峰值电压，再取23倍的安全裕量。B、额定电流IT（AV）（参见第三部分）晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。C、维持电流Ih维持电流Ih是

9、指使晶闸管维持导通所必需的最小电流。一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则Ih越小。D、擎住电流Il擎住电流Il是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。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的24倍。E、通态平均电压Ut（av）当晶闸管流过正弦半波的额定电流平均值和稳定的额定结温时，元件阳极与阴极之间电压降的平均值。duF、断态电压临界上升率出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。电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。diG、通态电流临界上升率dt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

10、升率。如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。H、额定结温Tjm晶闸管在正常工作时所允许的最高结温（器件内部）。（5）派生器件快速晶闸管（FST）快速晶闸管、高频晶闸管双向晶闸管（TRIAC）逆导晶闸管（RCT）光控晶闸管（LTT）1.4、全控型器件（1） 电力晶体管（GTR,BJT）优点耐高压、大电流、开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽缺点一一二次击穿、驱动功率大结构及电气图形符号：（基极b、集电极c和发射极e）电力电子电路中GTR工作在开关状态工作在截止区或饱和区。但开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，经过放大区（2） 电力场效应晶体管（PowerMOSFET）电力场效应

11、晶体管（PowerMOSFET）分为结型和绝缘栅型。通常主要指绝缘栅型场效应晶体管。结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（SIT）特点用栅源电压来控制漏极电流结构及电气图形符号：（栅极G、漏极D和源极S）静态特性：截止区（GTR的截止区）饱和区（GTR的放大区）非饱和区（GTR的饱和区）电力场效应晶体管（PowerMOSFET）工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。（3） 绝缘栅双极晶体管（IGBT）结构及电气图形符号：（栅极G、集电极C和发射极E）发射极栅极注：1.5、1.6、1.7、1.8、CyE静态特性：正向阻断区（GTR的截止区）有源区（GTR的放大区）饱和区（GTR

12、的饱和区）IGBT工作在开关状态，即在正向阻断区和饱和区之间来回转换。以上全控型器件的输出特性和主要参数参见P21P31电力电子器件的驱动电流驱动型器件的驱动电路：GTO和GTR是电流驱动型器件电压驱动型器件的驱动电路：电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件晶闸管变流装置的保护电路通常有五种保护电路：过电流保护、过电压保护、du保护、电保护和门极保护dtdt缓冲电路缓冲电路又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的过电压、du或者过电流和电，降低电力电子开关器件的开关应力，将开关过程dtdt软化，减小器件的开关损耗并对器件给予可靠的保护，维护系统安全运行。缓冲电路可分为关断缓冲电路、开通缓

13、冲电路和复合缓冲电路。串联与并联运行晶闸管的串联：多个器件串联以承担较大的电压晶闸管的并联：多个器件并联来承担较大的电流注：本节重点：主电路和电力电子器件的基本概念。电力电子器件的分类和电气图形符号。晶闸管、电力晶体管和IGBT的工作原理、开关特性、主要参数以及在选择和使用中应注意的事项。2、 变流技术2.1、 交流变直流整流电路整流电路”不可控整流按组成器件、卡般沪可控整流'单相半控整流全控整流按电路结构零式桥式按变压器绕组电流华波全波按电源相数一六相(1)单相可控整流电路主要介绍单相桥式全控整流电路基本概念：控制角a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。导通角0晶

14、闸管在一个周期中处于通态的电角度。 移相改变a的大小，即改变触发脉冲出现的时刻。 移相范围输出电压平均值大于0所对应的a变化范围。 换流(换相)电流从一对桥臂转换到另外一对桥臂。相控变流装置一一通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，这样的变流装置简称相控变流装置。电阻负载电路及波形基本数量关系整流输出电压平均值UdUd1 cos：2.2U21cos：2'td(wt)=0.9U2故，a角的移相范围为0o180°输出电流的平均值IdIdUdvU21cos-=0.9-流过晶闸管的电流平均值IdT流过晶闸管的电流有效值ITIT1U22R1sin2二v2j

15、i-a十n晶闸管承受的最大正向电压Ufm晶闸管承受的最大反向电压UFMURMURM_Ju一u22晶闸管的额定电压UTNUtn=2-3皿晶闸管的额定电流IavT1TAV="一2£整流电路的功率因数cos：PIr2R1.c二-sin2：:SU2I22：二电感性负载基本数量关系输出电压平均值Ud1口:匕L2.2.Ud=一一,2U2sintdi't=U2cos=0.9U2cos二31ctJI故a的移相范围为0o90o。晶闸管导通角。与a无关，均为180电输出电流平均值IdUd1d=0.9U2cos-R流过晶闸管的电流平均值IdT,1,c,IdT=Id=0.45U2cos-2

16、流过晶闸管的电流有效值ItITId晶闸管承受的最大正向电压UfmUFM=',2U2晶闸管承受的最大反向电压UrmUrm=2U2晶闸管的额定电压UtavUtav=23.2U2晶闸管的额定电流ITAVTAV1TAV=1.5-2157整流电路的功率因数cos:2.PI2RUdIdUdcos=0.9cos二Su2i2u2i2u2(2)三相可控整流电路主要介绍三相桥式全控整流电路电阻负载电路及波形电感负载电路及波形(q2f2f4oiizfzfzfVT1VT*V"d.金30,£前备注：三相桥式全控整流电路接反电动势阻感负载时，在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下，电路工作

17、情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同，仅在计算Id时有所不同，接反电动势阻感负载时的Id为,Ud-EId-TO基本数量关系输出电压平均值Ud(连续时即0(<600)一123：Ud=一3.6U2sintd(t)=2.34U2cos：二牙口3带电阻负载且£>600时，整流电压平均值UdUd=1-,6U2sintd(t)-2.34U21cos(-二)3输出电流平均值IdUd如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流IdUd-ER其中，R和E分别是负载中的电阻和反电动势的值。流过晶闸管的电流有效值ItIT，131d晶闸管承受的最大正向电压U FM晶闸管承受的最大反

18、向电压U RMURM=6U2晶闸管的额定电压UtavTUTav=2-36U2三相桥式全控整流电路的特点1,且不能A、2管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各为同1相器件。B、Ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。(3)有源逆变电路基本概念逆变(Invertion)将直流电能转变成交流电能，是整流的逆过程。逆变电路一一把直流电能逆变成交流电能的电路。有源逆变一一将直流变为交流之后，输出端与交流电网相连。无源逆变一一将直流变为交流之后，输出端与负载相连对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工

19、作在逆变状态，称为变流电路。单相全波电路的整流和逆变产生逆变的条件：第一，要有直流电动势源，其极性必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。第二，要求晶闸管的控制角a>,使Ud为负值。2d逆变和整流的区别：仅仅是控制角:不同三相桥构成的有源逆变电路vt4vt6vt;三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形% 三gf向加以基本数量关系：输出电压平均值UdUd=-2.34J28sl=-1.35U2Lcos-输出直流电流的平均值1dUd-Em|Em|-|Ud|I=IdRR每个晶闸管导通2P/3,故流过晶闸管的电流有效值为：1dIvt=-3=0.577Id从交流电源送

20、到直流侧负载的有功功率为:-Em当逆变工作时，由于Em为负值，故Pd为负值，表示功率有直流电源送到交流电源。.4-一.一、.一一在三相桥式电路中，每个周期内流经电源的线电流的导通角为,是每个晶闸管导通9k一角J的两倍。故变压器二次侧线电流的有效值为:3氏=岛=0.8161逆变失败(逆变颠覆)的概念逆变运行时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或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。这种情况下称为逆变失败或称为逆变颠覆。逆变时允许采用的最小3min角应等于其中，8为晶闸管的关断时间tq折合的电角度，丫为换相重叠角，。为安全裕量

21、角。晶闸管的关断时间tq可达200300S,折算成电角度8约为4°5°。而重叠角丫是随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。(4)相控变流装置的触发电路注：本节重点：重点掌握单相全控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；重点掌握产生有源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制。2.2、直流变直流直流斩波电路(DCChopper)直流斩波电路的功能：将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也为直流一直流变换器(DC/DCConverter)。直流斩波电路一般是指直接将直流电变为另一直流

22、电，不包括直流一交流一直流。电路种类：6种基本斩波电路：降压（BUCK）斩波电路、升压（BOOST）斩波电路、升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路。（1）斩波控制原理最基本的斩波电路及其波形直口丁布E/R。T工作周期T-tontoff导通比（工作率、占空比）ton输出电压平均值为输出电压有效值为1:T2T0u0dt若认为斩波器是无损的，则输入功率应与输出功率相等，即Pi11T1u0idtT00T从直流电源侧看的等效电阻为根据对输出电压平均值进行调制的方式不同，斩波电路可有三种控制方式:A、保持开关导通周期 T不变，调节开关导通时间ton称为脉冲宽度调制(PWM

23、)或脉冲调宽型。B、保持开关导通时间ton不变，改变开关周期 称为频率调制或调频型。C、ton和T都可调，使占空比改变，称为混合型。(2) BUCK斩波电路Ri电流连续时的波形电流断续时的波形里天系电流连续负载电压平均值：tonton一lUo=E=E-EtontoffT负载电流平均值：Uo-EmIo二R电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现(3) BOOST斩波电路LVD>,1»%二E_KvC4/口4BOOST斩波电路的波形数重天余：稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等：EIiton=(Uo-E)IitofftontoffT即Uo=e=etofftoff升压比T>1

24、,输出电压高于电源电压，故为升压斩波电路。toff升压比的倒数记作P,即P=堇TP和a的关系：a+P=1一11故，U。=E=E1一一注：升压斩波电路之所以能使输出电压高于电源电压，关键有两个原因：一是电感L储能之后具有使电压泵升的作用；二是电容C可将输出电压保持住。如果忽略电路中的损耗，则由电源提供的能量仅由负载R消耗，即:Eli=U°I。输出电流的平均值Io为：,Uo1EIIoRR电源电流的平均值I1为：IUoI±E1-EIo12R(4)复合斩波电路复合斩波电路降压斩波电路和升压斩波电路组合电流可逆斩波电路及其波形：本节重点：理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握

25、这两种电路的电路结构、输入输出关系、工作特点以及基本计算（a、T、Uo）。2.3、交流变交流交流一交流变流电路：把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路（AC-AC变换电路）。在AC-AC变换电路中，可以改变相关的电压、电流、频率和相数等。只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路改变频率的电路称为变频电路。变频电路有交交变频电路和交直交变频电路两种形式。交交变频电路是直接把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的交流，也称为直接变频电路。交直交变频电路是先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流，这种通过直流中间环节的变频电路也称为间

26、接变频电路。图形描述如下：交流调压电路相传也制交流调动电路通斯控制只改变电压，电交流电力.流或控制电路的控制电路通断，而不改变频率的电路r交交变频直接变频电路改变频率的电路1交直交变频间接（1） 交流调压电路电阻负载单相交流调压电路及其波形原理一一两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,通过对晶闸管开通相位的控制就可调节输出电压的有效值。阻感负载单相交流调压电路及其波形(2)交流调功电路调功电路与调压电路的比较：相同点：电路形式完全相同不同点：控制方式不同交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期(过零触发)，再断开几个周期，通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率（2） 交交变频电路交交变

27、频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。注：本节重点：移相调压和调功电路原理2.4、直流变交流逆变电路(1)基本概念逆变的概念逆变一一与整流相对应，将直流电变成交流电。交流侧接电网，为有源逆变。交流侧接负载，为无源逆变。逆变与变频变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。交直交变频由交直变换(整流)和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变。(3) 逆变器基本工作原理逆变电路及波形逆变电路最基本的工作原理改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。改变输入直流电平的大小可改变交流电的幅值。(3)换流方式换流：变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路转移，这就是换

28、流。总共有四种换流方式器件换流Devicecommutation利用全控型器件的自关断能力进行换流。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。电网换流Linecommutation电网提供换流电压的换流方式。将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。负载换流Loadcommutation由负载提供换流电压的换流方式。负载电流的相位超前于负载电压的场合，者E可实现负载换流，即电容性负载都可实现负载换流。强迫换流Forcedcommutation设置附加的换流电路，给欲关断的

29、晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。(4) 电压型逆变电路直流侧是电压源的称为电压型逆变电路直流侧是电流源的称为电流型逆变电路电压型逆变电路的特点：A、直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。B、输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。C、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。单相全桥逆变电路的移相调压方式三相电压型逆变电路电路及波形基本工作方式180导电方式A、每个桥臂导电180°,同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度相差120&

30、#176;。B、任一瞬间有三个桥臂同时导通。C、每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。(1800本节重点：基本概念、换流方式、单相全桥电压型无源逆变电路、三相电压型逆变电路导电方式)工作原理与波形分析3、控制技术PWM控制技术(1)基本概念、PWM控制的基本原理(2)PWM逆变电路及其控制方法PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实际应用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。产生PWM波形的常用方法计算法、调制法和跟踪控制法调制法：结合IGBT单相桥式电压型逆变电路进行说明，把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波。单极性PWM控制方式波形括号波2&

31、波士0a0-a双极性PWM控制方式JR公犯J五，叫+RL-r%IFL"JhJIT42W%jrfk»调制»|电跳乒bIwvwr卜7;沙川1»/,，一一以j"k一口=U-LLJ_IL_n_n_匚atL1L1I-1(4)斩波与PWM原理的异同第三部分晶闸管额定电流涉及的两个问题工频正弦半波电流平均值I、电流有效值I和电流最大值I三者的关系:单相工频半波电流IT=桂。口卜同那网IT(AV)0ImSin.td(，t)=5二各种有直流分量的电流波形，其电流波形的有效值I与平土值Id之比，称为这种电流的波形系数，用Kf表示。因此，正弦半波电流的波形系数为:K

32、f_ ItIT(AV)冗 ，=1.57两类问题：(1)计算与选择晶闸管的额定电流(2)校核或确定晶闸管的通流能力已知晶闸管的实际工作条件(包括流过的电流(1)计算与选择晶闸管的额定电流波形、幅值等)，确定所要选用的晶闸管额定电流值。方法：首先从题目的已知条件中，找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数(如电流幅值、触发角等)，据此算出通过晶闸管的实际电流有效值It,考虑(1.52)倍的安全裕量，算得额定电流为：ItIt(av)=(1.52”1.57再根据I值选择相近电流系列的晶闸管。T(AV)(2)校核或确定晶闸管的通流能力一一已知晶闸管的额定电流，根据实际工作情况，计算晶闸管允许通过的电流平均

33、值。方法：由已知晶闸管的额定电流，计算出该管子允许通过的电流有效值。根据实际电流波形求出电流波形系数，算得晶闸管允许的实际电流平均值为：Id=1.57It(AV)/Kf习题解析工国1书中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电源最大值均为图1-P晶闸管导电波咂解)b)Zy= C= + 1) 0.2717 /m2n J72"2Il幻;士与 V7 + t 41 0.4767 ZmjJT ,上Y 4 上打1产15加=一 ,smftjrJ(cyr) =-=- ( 1) 0.5434ji 勺jt 2c)4一上题中如果不考虑安全的也问100A的晶闸管能送出的平均电流J通必各为吝少？这时

34、,相应的电流最大值人小%各为多少?解：裁定电流1邛二100A的品闸管，允许的电流有效值1=1574由上题计算结果知a)0.47673935,知器02717%二歌状b)Q<C3290.0.6741小0,534&126.56£)7=2 7 = 314.加=,3=7丸549,试说明IGBT.GTR,GTO和电力MOSFET存门的优缺点军:对IGBT、GTR、GTO和电力MOSFEI的优跳点的比较如下表之器件优点缺点IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲，的能力.通态压降校任，幡入阻抗品.为电压印他,卵动功率小开关速度低于电力MOSITT,电压，电流容量不及GTOGT

35、R耐压加电流大，开关行性好通流能力强,饱和压降低开关逑度低,为电流驱动，所需，.叫功率大，带刈电路复杂.存在一次击会问题GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合,具有电导调剂效应,工通流能力眼强电流关断增益做小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，物动功率大，驱动电路复杂，开美频率低电力MOSFET开关速度快，辘入川抗:,热稳定性好，所需外一功率小且驱动电路葡单,工作频率*不存在一次疗问题电流容量小，耐压低T一般只蠢用于功率不朗过10kW的电力电子装置3.单相桥式全控整流电路15=100V,负载中£=20,L值极大，当值=30=时,要求：】作出双，m和内的波形：求整流输出平均电压%、

36、电流变压器:次电流有效值I"3写虑安全裕0,确定晶闸管的额定电压和额定电流，Mtm和我的波形如下图Sr捻输出平均电压5、电流变压器二次电流有效值5分别为6=0.9585=09X100X8*30=77.97(V)乙一5火=77.97/2-3&99(A)72=Zd38.99(A)晶闸管承受的最大反向电压为：715=10。石=141.4；V号虑安全裕昌,品闸管的额定电压为:氏=(2-3)X141.4-283-424(V)具体数值可按晶闸管产品系列参数选唳.流过晶闸管的电流有效值为：Ivt/a/41=27.57(A)品用首的额定电流为:乐=(1.5-2)X27,57/1.57=26-

37、35(A)具体数值可按晶闸管产品系列参数选取.允单相桥式全控整流电路*S=WOV,负载中42口，工值极大，反电势E=60V.当g3伊时，要求：作出股、证和打的波形求整流输出平均电压5、电流几变压器一次恻电流有效值办母考虑安全裕早确定晶闸管的题定电压和额定电流“解：WMfd和均的波形如下图：整流输出平均电压S、电流，变用器次侧电流有效值人分别为6=。9U2cosa-09X100Xeos30°7797WId=(rd£)R=(779760)2=9(A)h=h=9(A)3：品同管承受的最大反向电压为:4217：100VI-141.4CV1流过母个晶闸管的电流的有效值为：Jvr=h/

38、&=836(A)故晶闸管的额定电压为主火(2-3)X141,4=283724(V)品同管的额定电流为：乐=(15-2)X636/137=64(A)品闸管领定电压和电流的具体数值可按晶闸管产品系列参数选取.13*二相桥式全控整流电路15=100%带电阻电撼负载，K=5Q,上值极大，当gSO*时，要求上U画出见、和hm的波形；计算5、氏5和解：】；叫,豆和，51的波形如下：2U.、4/ar和At分别ftl下S=2.345cgn=2；4X100XcQs60=117'V1d=5/K=1175=234(A尿尸工43=23.4/3=7,8(A)IvrId/VJ-23.4'VJ=13

39、,51<A)解答题要览1 .简述图3-1a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tof,此时电感L通过二极管VD向R和M供电，uo=。一个周期内的平均电压Uo=nME。输出电压小于电源电压，tontoff起到降压的作用。2、简述图3-2a所示升压斩波电路的基本工作原理。答：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U。设V处于通态的时间为ton。

40、此阶段电感L上积蓄的能量为Eliton。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（Uo-E）Iitoff。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：Eliton=（U。-E）Iitof化简得：U0二%.eEtofftoff式中的>1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。toff3、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？答：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周期对输出电压波形

41、进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整

42、流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。4、简述无源逆变电路和有源逆变电路不同点：答：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。5、换流方式各有那几种？各有什么特点？答：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

43、，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。晶闸管电路不能采用器件换流，根据电路形式的不同采用电网换流、负载换流和强迫。换流3种方式。6、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。答：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，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主要特点是：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，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，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。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。电流型逆变电路的主要特点是：直流侧串联有大电感，相当于电流源。直流侧电流基