电力电子技术总复习

1、问题型，1 .填补问题(20分钟)2.分析问题(20分钟)3.简单答案(30分钟)4.计算问题(15分钟)5.设计问题(10分钟，5分钟)，第一章电力电子部件，本章重点内容：各种部件的工作原理、基本特性、主要参数及选择和使用应注意的问题。 电力电子器件的驱动保护问题。 电力电子设备的特征是？ 能处理功率的能力通常远大于处理信息的电子设备。 电力电子设备一般在开关状态下工作。 电力电子器件往往需要由信息电子电路控制。 电力电子部件本身的电力损失远远大于信息电子部件，一般必须安装散热器。 电力电子器件的分类？ 半控制设备(Thyristor )全部控制设备(IGBT，MOSFET )不可控制设备(

2、Power Diode )电流驱动电压驱动型，1 .作为不可控制设备的二极管，1 .工作原理？ 2 .基本特性？ 3 .主要参数是？ 1 )额定正向平均电流IF(AV) 2)正向电压降UF 3 )反向重复峰值电压URRM 4)反向恢复时间trr 5 )最高工作连接点温度TJM 6)浪涌电流IFSM，4、大功率二极管的形式ZP电流电压/100、ZP50-16表示普通型功率二极管2 .晶闸管的特征：只能控制接通，不能控制关断。 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量的情况下具有重要的地位。 由于阳极电压上升到相当高的数值而引起的雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高、结温度高的光触发器，仅栅

3、极触发器是最精确且迅速可靠的控制手段，晶闸管正常动作时的特性如下：接受反向电压接收正向电压时，只有在栅极有触发电流时晶闸管才接通。 晶闸管接通后，闸门就会失去控制功能。 关闭晶闸管，晶闸管的电流必须在接近零的某个数值以下。伏安特性、动态特性、反向阻止恢复时间trr正向阻止恢复时间tgr截止时间tq以上之和tq=trr tgr (、延迟时间td (0.51.5s )上升时间tr (0.53s )导通时间tgt以上之和、tgt=td tr、晶闸管的主要参数、1 可选时，一般额定电压为正常工作时晶闸管受到的峰值电压的23倍。 2 )、电流额定通电状态平均电流(额定电流) IT(AV )器件选定时IT

4、(AV)=(1.5 2)IT/1.57维持电流IH是使晶闸管导通所需的最小电流。 发动机电流IL晶闸管从关断状态转移到导通状态，在去除了触发信号之后，能够维持导通所需的最小电流。 在相同的晶闸管中，IL通常约为IH的24倍。 浪涌电流ITSM是指由电路异常引起的、接合温度超过额定接合温度、没有再现性的最大正向过载电流。 截止电压临界上升率du/dt的电压上升率过大，结电容的充电电流变得足够大，晶闸管误导通。 导通电流临界上升率di/dt的电流上升过快，局部过热，可能会损坏晶闸管。 4 )、晶闸管的形式一般为快速型、双向型、反向型、KP电流电压/100、KP500-12,3、3、3 .全控制型设

5、备、1.GTO 2.GTR 3.MOSFET 4.IGBT、1-15、GTO栅极可关断晶闸管GTO关闭中强正反馈使器件饱和而关闭。 多变量集成结构使GTO比普通晶闸管开通的过程快，耐di/dt的能力强。 特征：1-16，GTR功率晶体管，典型的输出特性：截止区域、放大区域、饱和区域。 在电力电子电路中，GTR在开关状态下工作。 在开关的中途，即在截止区域和饱和区域之间迁移时，通过放大区域。 图1-16共发射极接合法的情况下GTR的输出特性、GTR的基本特性、MOSFET，特征是用栅极电压控制漏极电流的驱动电路简单，所需的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。 热稳定性比GTR好。电流容量小，耐

6、压低，一般只适用于电力在10kW以下的电力电子设备。N-MOS、截止：漏极源极间正电源、栅极源极间电压为零。 在p基极区域和n漂移区域之间形成的PN结j-1被反向偏置，没有电流流过漏极和源极之间。 导电性：在栅极源极之间施加正电压UGS，1-19，关断区域(对应于GTR的关断区域)饱和区域(对应于GTR的放大区域)非饱和区域(对应于GTR的饱和区域)在开关状态，即关断区域和非饱和区域之间往返。 漏极源极之间有寄生二极管，漏极源极之间施加反向电压时导通。 导通电阻具有正的温度系数，有利于器件并联时的均流。 可以降低图1-20的功率MOSFET的迁移特性和输出特性a )迁移特性b )输出特性、MO

7、SFET的漏极伏安特性(即输出特性):1-20、驱动电路内部电阻Rs，减少时间常数，加快开关速度。 开关时间在10100ns之间，工作频率在100kHz以上，是主要电力电子部件中最高的。 如果现场控制设备是静态的，则很少需要输入电流。 但是，在开关中需要对输入电容器进行充放电，需要一定的驱动电力。 开关频率越高，所需的驱动功率越大。MOSFET的开关速度、1-21,3、3、3 )功率MOSFET的主要参数、功率MOSFET电压额定、(1)漏极电压UDS、(2)漏极直流电流ID和漏极脉冲电流振幅IDM、功率MOSFET电流额定、(3)栅极源极电压除了跨导Gfs、导通电压UT和td(on )、tr

8、、td(off )和tf之外，(4)极间电容、极间电容CGS、CGD和CDS、1-22、IGBT-绝缘栅双极晶体管，驱动原理是功率MOSFET 导通：如果uGE大于导通电压UGE(th )，则在MOSFET内形成沟道，向晶体管供给基极电流，IGBT导通。 导通电压降：电导调制效应减少电阻RN，减少导通电压降。 关闭：如果在栅极和发射极之间施加了反向电压，或没有信号，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关闭。 IGBT原理，1-23，2，2电力电子部件驱动电路使电力电子部件在理想的开关状态下动作，缩短开关时间，减小开关损失。 对装置的运转效率、可靠性、安全性有重要意义。 一

9、些保护措施经常设置在驱动电路中，或由驱动电路实现。 驱动电路的基本任务：根据控制目标的要求施加接通或断开的信号。 半控制装置只需要提供导通控制信号。 必须向全控制设备提供开控制信号和关控制信号两者。 驱动电路的主电路和控制电路之间的接口，1-24，驱动电路提供控制电路和主电路之间的电隔离，并且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，根据图1-25的光耦合器的类型和连接法a )通用型b )高速型c )高传输比型，1-25，驱动信号的性质，分为电流驱动型和电压驱动型。 驱动电路的具体形式可以是个别部件，但现在的倾向是采用专用集成驱动电路。 也集成双列直插式集成

10、电路和光耦合分离电路的混合集成电路。 为了实现参数的最佳配合，要优先使用的器件制造商专门开发的集成驱动电路。 分类，1-26，晶闸管的触发电路，脉冲宽度必须保证晶闸管确实接通。 触发脉冲需要足够的宽度。 不超过栅极电压、电流、功率的额定值，在可靠的触发区域内。 有良好的抗干扰性能、温度稳定性、与主电路的电隔离。 t、图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1t2脉冲前端上升时间(1s)t1t3强脉冲宽度IM强脉冲宽度值(3IGT5IGT) t1t4脉冲宽度I脉冲宽度顶部宽度值(1.5IGT2IGT )、晶闸管的触发电路、1-27、 一般脉冲形式2、触发脉冲信号具有一定的功率和宽度。 一般来说，

11、采用双脉冲或宽脉冲。1-28,3、3、3，为了同时接通并联晶闸管，采用了强触发脉冲。4 .触发脉冲的同步及其相移范围。 5 .隔离输出方式和抗干扰能力。 用脉冲变压器隔离，采用静电屏蔽。 1-29、典型的全控制型设备的驱动电路，功率MOSFET和IGBT是电压驱动型设备。 为了迅速确立驱动电压，要求驱动电路的输出电阻小。 使MOSFET导通的驱动电压通常为1015V，使IGBT导通的驱动电压通常为15 20V。 关断时施加一定幅度的负驱动电压(一般取-5 -15V )有助于减少关断时间和关断损失。 在栅极上加入低值的电阻就能减少寄生振荡。 2 )电压驱动设备的驱动电路，典型的驱动器芯片： IR

12、 2110 IR 2130 IPM:PS 21564，1-31，3 .电力电子设备的保护，1 .过电压的发生和过电压保护2 .过电流保护3 .缓冲电路，1-32，过电压保护方法：1-33，过电子电路作为第一个保护措施，快速熔化只对短路时的一部分区间进行保护，直流快速断路器整定在电子电路动作后实现保护，过电流继电器整定在过负载时动作。 图1-37过电流保护对策和配置位置、1-34、断路缓冲电路(du/dt抑制电路)吸收器件的断路过电压和反转过电压，抑制du/dt，减小断路损失。 打开缓冲电路(di/dt抑制电路)，抑制设备接通时的电流过电流和di/dt，减小设备的接通损失。 复合缓冲电路关闭缓冲

13、电路，打开缓冲电路的耦合。 能量目的地分类法：能量式缓冲电路和供给式缓冲电路(无损吸收电路)。 通常，缓冲电路只关断缓冲电路并且开启缓冲电路被称为di/dt抑制电路。 缓冲电路(Snubber Circuit ) :也称为吸收电路，可抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减少器件的开关损失。 2-35，第2章整流电路，重点： 2.1单相控制整流电路2.2三相控制整流电路2.4电容滤波器的无法控制整流电路2.7整流电路的有源逆变器工作状态，2-35， 2.1单相控制整流电路2.1.1单相半波控制整流电路2.1.2单相桥整流电路2.1.3单相全波控制整流电路2.1.4单相桥整流电路

14、、2-37、2.2三相控制整流电路， 2.2.1三相半波控制整流电路2.2.2重点掌握三相桥整流电路1 .电路的基本结构和工作原理2 .负载的电压、电流波形分析3 .基本数量关系4 .不同的负载类型分析：电阻性、电感性(带续流二极管)、反电动势5 .不同的电路拓扑比较、设备选定， 2.1.1单相半波控制整流电路，图2-1单相半波控制整流电路和波形，1 )带电阻负载的工作状况，变压器t起到转换电压和电隔离的作用。 电阻负载的特征：电压与电流成比例，两者的波形相同。 单相半波控制整流电路(singlephasehalfwavecontrolledrectifir )、2.1.1单相半波控制整流电路，将通过在VT的a相移范围为180时控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压的大小的方式称为相位控制方式，简单地进行相位控制两个重要的基本概念：触发延迟角：晶闸管开始接收正向阳极电压后到施加触发脉冲为止的电角度用a表示，也称为触发角或控制角。 接通角：晶闸管在一个电源周期内接通的电气角用表示。 基本数的关系，直流输出电压的平均值为(2-1)，重点是：单相桥全控制电路，电阻感应负载，2-42，2.4电容滤波器的非控制整流电