电力电子必过复习材料

1、 所谓的电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。电力变换通常可分为四大类，即交流变直流（AC_DC，整流）、直流变交流（DC_AC，逆变）,直流变直流（DC_DC，斩波）和交流变交流（AC_AC，交交变换）1974 年，美国，认为电力电子学是由电力学，电子学和控制理论三个学科交叉而成的。电力电子学和电力电子技术的区别在于：二者应用目的不同。在信息电子技术中，半导体器件既可处于放大状态，又可以处于开关状态；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，这成为电力电子技术区别于信息电子技术的一个重要特征。一般认为，电力电子

2、技术的诞生是以 1957 年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。晶闸管控制电抗器 TCR 晶闸管投切电容器 TSC 全控型器件 IGBT 静止无功发生器 SVG有源电力滤波器 APF不间断电源 UPS电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。广义上电力电子器件可以分成电真空器件和半导体器件两类。由于电力电子器件直接用于处理电能的主电路，因而同处理信息的电子器件相比，它一般具有如下特征：1，电力电子器件所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数。其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，一般都远大于处理信息的电子器件。2，因为

3、处理的电功率较大，为了减小本身的损耗，提高功率，电力电子器件一般都工作在开关状态。3，在实际应用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。4，尽管工作在开关状态，但是存在通态损耗和断态损耗，以及开关损耗。通过控制信号可以控制其导通，而不能控制其关断的电力电子器件被成为半控型器件。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被成为全控型器件。绝缘栅双极晶体管 IGBT 电力场效应管 MOSFET不同用控制信号来控制器通断能力的电力电子器件，不需要驱动电路，这就是电力二极管，又称为不可控器件。按照驱动电路家在电力电子器件控制端和公共端之间的信号的性质，可以将电力电子器件（电力二

4、极管除外）分为电流驱动型和电压驱动型两类。根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号的波形，又可以将电力电子器件（电力二极管除外）分为脉冲触发型和电平控制型两类。电力电子器件还可以按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为单极型器件，双极型器件和复合型器件三类。IF(AV)指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用 TC 表示）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。如果某电力二极管的正向平均电流为 IF(AV)，即它允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值为 IF(AV)，由正弦半波的平均值与有效值的关系比为 1：1.57 可知，该电力二极管允

5、许流过的最大电流有效值为 1.57IF(AV)。电力二极管的最高工作结温 TJM 通常取 125 到 175之间。晶闸管所能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。晶闸管的内部是 PNPN 四层半导体结构。晶闸管在以下情况下也可能被触发导通：阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应；阳极电压上升率 du/dt 过高；结温较高；光直接照射硅片，即光触发。电压的额定值定义为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的 23 倍。即断态重复峰值电压 UDRM 和反向重复峰值电压 URRM 中较小的一个的 2 到 3 倍。电流额定值定义为通态平

6、均电流的 1.5 到 2 倍，正弦波波形平均值与有效值之比为 1：1.57，即通态平均电流的 1.57 倍即为相应的有效值电流。维持电流 IH 是指使晶闸管维持导通所必须的最小电流，与结温有关，结温越高，则IH越小。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。对于同一晶闸管来说，通常IL 约为 IH 的 2 到 4 倍。双向晶闸管用有效值来表示其额定电流值。逆导晶闸管的额定电流有两个，一个是晶闸管电流，一个是与之反并联的二极管的电流。最大可关断阳极电流 IATO 也是用来标称 GTO 额定电流的参数。这一点与普通的晶闸管用通态平均电流作为额定电流时不同的

7、。电流关断增益off=IATO/TCM。其值一般很小，只有 5 左右，这是 GTO 的一个主要缺点。不少 GTO 都制造成逆导型，类似于逆导晶闸管。当需要承受反向电压时，应和电力二极管串联使用。当 GTR 的集电极电压升高至前面所述的击穿电压是，集电极电流迅速增大，这种首先出现的击穿是雪崩击穿，被称为一次击穿。但是实际应用中常常发现一次击穿时如不有效地限制电流，Ic 增大到某个临界点时会突然急剧上升，同时伴随着典雅的陡然下降，这种现象称为二次击穿。MOSFET 的开关时间在 10 到 100ns 之间，其工作频率可达 100kHz 以上，是主要电力电子器件中最高的。NPN 晶体管的电流失控的现

8、象，称为擎住效应或自锁效应。动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流还要小，因此所允许的最大集电极电流实际上是根据动态庆祝效应而确定的。功率集成电路 (PIC) 高压集成电路 (HVIC) 智能功率集成电路 (SPIC) 智能功率模块(IPM) 集成电力电子模块(IPEM) 电力电子积块(PEBB)混合型：IGBT,MCT,SITH双极型：GTR,电力二极管,晶闸管(GTO RCT TRIAC LTT)单极型：功率 MOSFET,功率 SIT，肖特基势垒二极管。单极型器件和复合型器件都是电压驱动型器件，而双极型器件均为电流驱动型器件。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，

9、驱动电路简单，工作频率高。电流驱动型器件的共同特点是：具有颠倒调制效应，通态压降低，导通损耗小，工作频率较低，所需驱动功率大，驱动电路比较复杂。从器件需要驱动电路提供的控制信号波形来看，电压驱动型器件都是电平控制器件，而电流驱动型器件则有的是电平控制型器件(GTR)，偶的是脉冲触发型器件(GTO 和晶闸管)。典型全控型器件：门极可关断晶闸管 GTO电力晶体管 GTR(巨型晶体管)电力 MOSFET绝缘栅双极晶体管(IGBT)半控型器件：晶闸管单相半波可控整流电路课本 44 页。从晶闸管开始承受正向样机电压起，到施加触发脉冲止的电角度称为触发延迟角，用表示，也称触发角或者控制角。U阻感负载时最大

10、正反向电压均为 2U ，是 的峰值22单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。单相半波可控整流电路的直流磁化问题是别的电路所不具备的。主要公式如下： 11 COSU 2 sin ( ) 0.45Utd tU2的移相范围为 0到 1802d22阻感时：流过晶闸管的平均电流和有效值IIdVTVT I dVTI2d I VTI2d续流二极管的漏电流平均值和有效值分别为IIdVTVT RRII2dVTRd I VTRI2d的移相范围为 0到 180单相桥式全控整流电路电阻负载时22U晶闸工承受的最大正向电压为，最大反向电压为U222重要公式整

11、流电压平均值11 COSU 2 sin ( ) 0.9Utd tU负载直流电流平均值2d22UU 1 COS I 0.9d2RR2d流过晶闸管的平均电流只有输出直流电流平均值的一半U 1 COS1I 0.45即 I22R2dVTd流过晶闸管的电流有效值1 UI VTsin 2 2R 22变压器二次电流有效值 与输出直流电流有效值 相等，为II2U1 I I 2sin 2 2R21I VTI2 U I当不考虑变压器损耗时，要求变压器的容量为S2 2带阻感负载时的移移相范围为 到 900 1 2 sin ( ) 0.9 cosU Utd tUd222U晶闸管承受的最大正反向电压均为12。 I晶体管

12、电流平均值为 I2dVTd1I 0.707I有效值为 I2VTddI : I 1 : 1.57 根据这个公式求出电流平均值，然后再求额定值，不能通过已知的dVT VT电流平均值直接根据这个公式计算，因为已知的电流不是标准正弦波。细看课本 44 到 49 页三相半波可控整流电路自然换相点：电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些点为自然换相点。自然换 0相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为 的起点，即。第一个自然换相点在纵轴右边 30电阻负载时， 的移相范围为 0到 150整流电压平均值有两种情况： 30，负载电流连续，有：15 2 sin ( ) 1.17 costd tU UU6

13、2322d6U 1.17U当 =0时，U最大，为Uddd 0时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有2 30当12 sin ( ) 0.6751 cos( )U Utd t26d263U负载电流平均值 IdRd晶闸管承受的最大反向打压为变压器的二次线电压的峰值，即U 2.45URM2晶闸管阳极与阴极间的最大电压等于变压器二次相电压的峰值即U 2UFM2阻感负载时U 1.17U cosd2变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为1I I I 0.577I3VT2ddI晶闸管的额定电流为I 0.368IVT1.57VT ( AV )d晶闸管最大正反向电压峰值均为变压器二次电压峰值，即U =U = 2

14、.45URMFM2三相半波可控整流电路的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，因此应用较少。 三相全控整流电路纯电阻负载时，需要记住 的临界值，即 60和 120，当小于 60时电压和电流波形均连续，当大于 60时不连续，当增大至 120时，整流输出电压波形将全为零，其平均值也为零。可见带电阻负载时三相桥式全控整流电路 角的移相范围是 到 1200阻感负载时 的移相范围为 到 。090当整流变压器采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次电流波形为正负半周各宽0.816I120，前沿相差 180的矩形波，其有效值为I2d3U X I换相电压2dB d变压器漏感对整流电路的影响：1， 出现换相

15、重叠角，整流输出电压平均值U 降低。d2， 整流电路的工作状态增多。3， 晶闸管的d减小，有利于晶闸管的安全开通。idt4， 换相时晶闸管电压出现缺口，产生d可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电udt路。5， 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。电容滤波的单相不可控整流电路2U2；重载时，R 很小，电容放电很快，几乎失去储能作用。随负载加重，空载时U =dU 逐渐趋近于0.9U ，即趋近于电阻负载时的特性。d2电容滤波的三相不可控整流电路6U 2.45U空载时，输出电压平均值最大，为U =。随着负载加重，输出电压平均d22 3值减小，至 RC进入 连续情况后，输出电压波形成为线电压的包络线，其

16、平均值id为U =U ，可见，U 在U U 之间变化。与电容滤波的单相桥式不可控整流电路相比，Ud2d22的变化范围小得多，当负载加重到一定程度后，U 就稳定在U 不变了。dd整流电路的谐波和功率因数2电力电子装置消耗无功功率对公用电网带来不利影响：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， 无功功率增加，会使总电流增加，从而使是被和线路的损耗增加。3， 无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害如下：1，大量的三次谐波流过中性线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，使电机发生机械震动

17、、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏。3， 谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述两项的危害大大增加，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，并使电气测量仪表计量不准确。谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率， 5，信息丢失，使通信系统无法正常工作。谐波和功率因数分析基础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cosI cosP UI1111 cos 功率因数SUII1 为基波电流有效值和总电流有效值之比带阻感负载时可控整流电路交流侧

18、谐波和功率因数分析单相桥式全控整流电路 0.9 cos1三相桥式全控整流电路 0.955 cos1将双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论：1， 三相桥式电路时两组三相半波电路串联，而双反星形电路时两组三相半波电路并联，且后者需用平很电抗器。2，当变压器二次电压有效值U 2相等时，双反星形电路的整流电压平均值U 是三d相桥式电路的 1/2，而整流电流平均值I 是三相桥式电路的两倍。d在两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的，整流电压 和3，ud整流电流i 的波形形状一样。d整流电路多重联结有并联多重联结和串联多重联结。采用多重联结不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时也可

19、减小直流输出电压中的谐波幅值并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。再生产实践中，存在着与整流过程相反的要求，即要求把直流电转变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。当交流侧和电网连接时，这种逆变电路称为有源逆变电路。如果变流电路的交流侧不与电网连接，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，称为无源逆变。产生逆变的条件有两个：1，侧的平均电压。2， 要求晶闸管的控制角要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流 2，使U 为负值。d半控桥或有续流二极管的电路由于整流电压不能出现负值，也不允许直流

20、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。由于逆变电路的内阻很小，就会形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或成为逆变颠覆。造成逆变失败的原因如下：1，2，3，4，触发电路工作不可靠晶闸管发生故障逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失换相的裕量角不足 确定最小逆变角 的依据minmin最小 一般取 30都 35。触发电路除了应当保证工作频率与主电路交流电源的频率一致外，还应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系，这就是触发电路的定相。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。电流从一个支路向另一个支路转移的过程

21、称为换流，换流也常被称为换相。换流方式分类：利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。 由电网提供换流电压称为电网换流。由负载提供换流电压称为负载换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的环流方式称为强迫换流，也称为电容换流。电压型逆变电路有以下主要特点：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，支流回路呈现低阻抗。2， 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。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，交流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流

22、侧向直流侧反馈的武功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。课本 105 页例题 细看。为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起支流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法。串联二极管式晶闸管逆变电路的各桥臂之间换流采用强迫换流方式。直接直流变流电路也称为斩波电路。利用不同的基本斩波电路进行组合，可构成复合斩波电路，如电流可逆斩波电路、桥式可逆斩波电路等。利用相同结构的基本斩波电路进行组合，可构成多项多重斩波电路。降压斩波电路ttU E E E 为占空比。ont tonon0Toff斩波电路可有三种控制方式：1， 保持开关周期 T 不变，调节开关导通时间t ，称为脉冲宽度调制。on2

23、， 保持开关导通时间t 不变，改变开关周期 T，称为频率调制或调频型。on3， 开关导通时间t 和开关周期 T 都可调，使占空比改变，称为混合型。on负载电流瞬时值的最大值I 和最小值I2010( m)EI I I1020RO课本 122 页例题 细看升压斩波电路11U E 0 E1课本 124 页例题细看升降压斩波电路tU E Eon10toff小于 0.5 时为降压，大于 0.5 小于 1 时为升压。1tE ESepic 斩波电路Uon0tofftE EZeta 斩波电路Uon10toff多相多重斩波电路是在电源和负载之间接入多个结构相同的基本斩波电路而构成的。一个控制周期中电源侧的电流脉

24、波数称为斩波电路的相数，负载电流脉波数称为斩波电路 的重数。采用结构较复杂的电路来完成直流-直流的变换有以下原因：1， 输出端与输入端需要隔离。2， 某些应用中需要相互隔离的多路输出。3， 输出电压与输入电压的比例远小于 1 或远大于 1.4， 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电感、滤波电容的体积和重量。带隔离的直流-直流变流电路分为单端和双端电路两大类。在单端电路中，变压器中流过的是直流脉动电流，而双端电路中，变压器中的电流为政府对称的交流电流。正激电路和反激电路属于单端电路，板桥、全桥和推挽电路属于双端电路。交流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。在

25、进行交流 -交流变流时，可以改变相关的电压（电流）、频率和相数等。在交流-交流变流电路中，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。在每半个周波内通过对晶闸管开通香味的控制，可以方便的调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，可以方便的调节输出功率的平均值，这种电路称为交流调功电路。不着意调节输出平均功率，只是根据需要接通或断开电路，称串入电路中的晶闸管为交流电力电子开关。 。单相交流调压电路，阻感负载时 的移相范围为单相交-交变频电路电路构成和基本原理

26、：电路由 P 组合 N 组反并联的晶闸管变流电路构成。变流器 P 和 P 都是相控整流电路，P组工作时，负载电流为正i ，N 组工作室，i 为负。让两组变流器按一定的频率交替工作，oo负载就得到该频率的交流电。改变两组变流器的切换频率 ，就可以改变输出频率。改变o变流电路工作时的触发延迟角 ，就可以改变交流输出电压的幅值。哪组变流器电路工作是由输出电流的方向决定的，与输出电压极性无关。变流电路工作在整流状态还是逆变状态，则是根据输出电压方向与输出电流方向是否相同来确定的。U (0 1)输出正弦波电压的调制方法为输出电压比omUd 0 arccos( sin )to电压波形畸变以及由此产生的电流

27、波形畸变和电动机转矩脉动式限制输出频率提高的主要因素。就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。构成交-交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，输出上限频率就越高。常用的 6 脉波三相桥式电路，输出上限频率不高于电网频率的1/31/2.电网频率为 50Hz 时，交-交变频电路的输出上限频率约为 20Hz。三厢交-交变频电路电路连接方式1， 公共交流母线进线方式，需要电抗器。2， 输出星形联结方式，需要变压器。矩阵式变频电路最大幅值可达到输入线电压幅值的0.866 倍。要使矩阵式变频电路能够很好地工作，首先要解决的问题是如何求取理想的调制矩阵 ，其次就是在开关切换时如何实现既

28、无交叠又无死区。 PWM 脉冲是不等幅的，其输出电压也是正弦波交流，但和输入电压频率不等，且输出电压时由不同的输入线电压组合而成的，因此PWM 脉冲既不等幅，也不等宽。冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积，这里所说的效果基本相同，是指环节的输出相应波形基本相同。面积等效原理是 PWM 控制技术的重要理论基础。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的 PWM 波形。这种方法称之为计算法。与计算法相对应的是调制法，即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，通过信号波形的调制得到所期望的PWM 波形。一般采用等腰

29、三角波作为载波在 PWM 控制电路中，载波频率 f 与调制信号频率 之比 N f称为载波比。f/ fcrcr根据载波和信号波是否同步及在波比的变化情况，PWM 调制方式可分为异步调制和同步调制两种。载波信号和调制信号不保持同步调制方式称为异步调制。载波比 N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步调制。可以采用分段同步调制方法。即把逆变电路的输出频率范围划分成若干个频段，每个频段内斗保持载波比 N 为恒定，不同频段的载波比不同。直流电压利用率是指逆变电路所能输出的交流电压基波最大幅值和直流电压UUImd之比。在调制度 为最大值 1 时输出相电压的基波幅值为U /2，输出线电压

30、的基波幅值为ad( 3 / 2 )U，即直流电压利用率仅为 0.866。d在交流电动机的驱动中，最终目的并非使输出电压为正弦波，而是使电动机的磁链成为圆形的旋转磁场，从而是电动机产生恒定的电磁转矩。空间矢量 PWM 控制技术(SVPWM)PWM 逆变电路多重化连接方式有变压器方式和电抗器方式。跟踪控制法即把希望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实际电流或电压波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各功率开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。PWM 跟踪控制方法：1， 滞环比较方式2， 三角波比较方式3， 定比较方式PWM 整流电路也可分为电压型和电流型两大类。间接电流控制

31、是基于系统的静态模型设计的，其动态特性较差，因此应用较少。采用滞环电流比较的直接电流控制系统结构简单，电流响应速度快，控制运算中未使用电路参数，系统鲁棒性好，因而获得了较多的应用。提高开关频率可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效地降低装置的体积和重量，因此装置小型化、轻量化最直接的途径是电路的高频化。但在提高开关频率的同时，开关损耗也随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率是不行的。开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，因此有显著的开关损耗，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，主要的开关过

32、程为硬开关的电路称为硬开关电路。通过在开关过程前后引入谐振，使开关开通钱电压先降到零，关断钱电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗。同时，谐振过程限制了开关过程中电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小，这样的电路被称为软开关电路，而这样的开关过程也被称为软开关。使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式成为零电压开通；使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种 关断方式称为零电流关断。在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。根据电路中主要的开关元件是零电压

33、开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类。根据软开关技术发展的历程，可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关 PWM 电路和零转换 PWM 电路。驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节。一般采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器。磁隔离的元件通常是脉冲变压器。电力电子装置中可能发生的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，雷击过电压。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，关断过电压。晶闸管的串联存在静态不均压（由于器件静特性不同而造成的均压问题）问题和动态

34、不均压问题（由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压问题）晶闸管的并联存在电流分配不均匀的问题。用门极强脉冲触发有助于动态均流。电力 MOSFET 的通态电阻具有正的温度系数，并联使用时具有一定的电流自动均Ron衡能力。IGBT 的通态压降一般在 1/21/3 额定电流以下的区段具有负的温度系数，在以上的区段则具有正的温度系数。直流反并联可逆电路和单相交流变频电路的结构完全一样，功能不同。课本 213 页 b图。交流电动机变频调速的控制方式：恒压频比控制，转差频率控制，矢量控制，直接转矩控制。开关电源在效率、体积和重量等方面都远远优于线性电源。交流电力电容器的投入与切断时控制无功功率的一种重要

35、手段。晶闸管投切电容器(TSC)是一种性能优良的武功补偿方式。TSC 运行时选择晶闸管投入时刻的原则是，该时刻交流电源电压应和电容器预先充电的电压相等。晶闸管控制电抗器（TCR）可以近似看成纯电阻负载，因此开通角 的移相范围为90到 180。静止无功发生器（SVG）静止无功补偿器（SVC）有源电力滤波器（APF）动态电压恢复器（DVR）通用电能质量控制器（UPQC）安全工作区 （SOA） 变压变频（VVVF） 不间断电源（UPS）电流（源）型逆变电路（CSI）电压（源）型逆变电路（VSI）功率因数校正（PFC） 零电流开关（ZCS）零电压开关（ZVS）零电压转换 PWM（ZVT PWM）统一潮

36、流控制器（UPFC）简答题1. 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：uAK0 且 uGK0。2. 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？ 答：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。GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，为什么 GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由

37、P1N1P2 和 N1P2N2 构成两个晶体管 V1、V2,分别具有共基极电流增益 和 ，由普通晶闸管的分析可得， + =1 是器件临界导通的条件。 + 1，两个等效晶体管过饱和而导通； + 1，不能维持饱和导通而关断。GTO 之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1) GTO 在设计时 较大，这样晶体管 V2 控制灵敏，易于 GTO 关断；2) GTO 导通时的 + 更接近于 1，普通晶闸管 + 1.15，而 GTO 则为 + 1.05，GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；3) 多元集成结构使每个

38、 GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2 极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。3. 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：u 0 且 u 0。AKGK4. 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？答：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。5. GTO 和普通晶闸管同为 PNP

39、N 结构，为什么 GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？答：GTO 和普通晶闸管同为 PNPN 结构，由 P N P 和 N P N 构成两个晶体管 V 、V ,11 21 2212分别具有共基极电流增益 和，由普通晶闸管的分析可得， + =1 是器件临界导通 1212 的条件。 + 1，两个等效晶体管过饱和而导通； + 1，不能维持饱和导通而关1212断。GTO 之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1) GTO 在设计时 较大，这样晶体管 V 控制灵敏，易于 GTO 关断；22 + 1.15，而 GTO 则为2) GTO 导通时的

40、 +更接近于 1，普通晶闸管1212 + 1.05，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利1条件；23) 多元集成结构使每个 GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P 极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。整流电路多重化的主要目的是什么？2答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。6.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

41、压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。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

42、不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。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。7.交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。当交交变频电路中采用常用的 6 脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应高于电网频率的 1/31/2。当电网频率为 50Hz 时，交交变频电路输出的上限频率为 20Hz 左右。当输出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波

43、形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。8.三相交交变频电路有那两种接线方式？它们有什么区别？答：三相交交变频电路有公共交流母线进线方式和输出星形联结方式两种接线方式。两种方式的主要区别在于：公共交流母线进线方式中，因为电源进线端公用，所以三组单相交交变频电路输出端必须隔离。为此，交流电动机三个绕组必须拆开，共引出六根线。而在输出星形联结方式中，因为电动机中性点不和变频器中性点接在一起，电动机只引三根线即可，但是因其三组单相交交变频器的输出联在一起，其电源进线必须隔离，因此三组单相交交变频器要分别用三个变压器供电。9.什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？答：载波信号和调制信号不保持同步的调制方式称为异步调制。在异步调制方式中