電力電子技術重點王兆安第五版打印版

1、第 1 章 緒 論1 電力電子技術定義： 電力電子技術定義：是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，是應用于電力領域的電子技術，主要用于電力變換。2 電力變換的種類 電力變換的種類（1）交流變直流 AC-DC：整流（2）直流變交流 DC-AC：逆變（3）直流變直流 DC-DC：一般通過直流斬波電路實現(xiàn)（4）交流變交流 AC-AC：一般稱作交流電力控制3 電力電子技術分類： 電力電子技術分類：分為電力電子器件制造技術和變流技術。第

2、 2 章 電力電子器件 電力電子器件1 電力電子器件與主電路的關系 電力電子器件與主電路的關系（1）主電路：指能夠直接承擔電能變換或控制任務的電路。（2）電力電子器件：指應用于主電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換或控制的電子器件。2 電力電子器件一般都工作于 電力電子器件一般都工作于開關 開關狀態(tài)，以減小本身損 狀態(tài)，以減小本身損耗。 耗。3 電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理 電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理（1）一般由主電路、控制電路、檢測電路、

3、驅(qū)動電路、保護電路等組成。（2）檢測主電路中的信號并送入控制電路，根據(jù)這些信號并按照系統(tǒng)工作要求形成電力電子器件的工作信號。（3）控制信號通過驅(qū)動電路去控制主電路中電力電子器件的導通或關斷。（4）同時，在主電路和控制電路中附加一些保護電路，以保證系統(tǒng)正常可靠運行。4 電力電子器件的分類 電力電子器件的分類根據(jù)控制信號所控制的程度分類 根據(jù)控制信號所控制的程度分類（1）半控型器件：通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷的電力電子器件。

4、如 SCR 晶閘管。（2） 全控型器件：通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷的電力電子器件。如 GTO、GTR、MOSFET 和 IGBT。（3）不可控器件：不能用控制信號來控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。根據(jù)驅(qū)動信號的性質(zhì)分類 根據(jù)驅(qū)動信號的性質(zhì)分類（1）電流型器件：通過從控制端注入或抽出電流的方式來實現(xiàn)導通或關斷的電力電子器件。如 SCR、GTO、GTR。（2）電壓型器件：通過在控制端和公共端之間施加一定電壓信號的

5、方式來實現(xiàn)導通或關斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導電的情況分類 根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導電的情況分類（1）單極型器件：內(nèi)部由一種載流子參與導電的器件。如 MOSFET。（2）雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參數(shù)導電的器件。如 SCR、GTO、GTR。（3）復合型器件：有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如 IGBT。5 半控型器件 半控型器件—晶閘管 晶閘管 SCR將器件 N1、P2 半導體

6、取傾斜截面，則晶閘管變成 V1-PNP 和 V2-NPN 兩個晶體管。晶閘管的導通工作原理 晶閘管的導通工作原理（1）當 AK 間加正向電壓 ，晶閘管不能導通，主要是 A E中間存在反向 PN 結。（2）當 GK 間加正向電壓 ，NPN 晶體管基極存在驅(qū) G E動電流 ，NPN 晶體管導通，產(chǎn)生集電極電流 。 G I 2 c I（3）集電極電流 構成 PNP 的基極驅(qū)動電流，PNP 導 2 c I通，進一步放大產(chǎn)生 PNP 集電極電流

7、。 1 c I（4） 與 構成 NPN 的驅(qū)動電流，繼續(xù)上述過程，形 1 c I G I成強烈的負反饋，這樣 NPN 和 PNP 兩個晶體管完全飽和，晶閘管導通。2.3.1.4.3 晶閘管是半控型器件的原因 晶閘管是半控型器件的原因（1）晶閘管導通后撤掉外部門極電流 ，但是 NPN 基 G I極仍然存在電流，由 PNP 集電極電流 供給，電流已經(jīng) 1 c I形成強烈正反饋，因此晶閘管繼續(xù)維持導通。（2）因此，晶閘管的門極電流只能觸發(fā)控制

8、其導通而不能控制其關斷。2.3.1.4.4 晶閘管的關斷工作原理 晶閘管的關斷工作原理滿足下面條件，晶閘管才能關斷：（1）去掉 AK 間正向電壓；（2）AK 間加反向電壓；（3）設法使流過晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下。2.3.2.1.1 晶閘管正常工作時的靜態(tài)特性 晶閘管正常工作時的靜態(tài)特性（1）當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通。（2）當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才

9、能導通。（3）晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導通。（4）若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。2.4.1.1 GTO 的結構 的結構（1）GTO 與普通晶閘管的相同點：是 PNPN 四層半導體結構，外部引出陽極、陰極和門極。（2）GTO 與普通晶閘管的不同點：GTO 是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個供陽極的小

10、GTO 元，這些 GTO 元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，正是這種特殊結構才能實現(xiàn)門極關斷作用。2.4.1.2 GTO 的靜態(tài)特性 的靜態(tài)特性正向電壓，因此可靠導通， 。 0 3 VT VT2 ? ? u u? VT1 陽極為 a 點，陰極為 b 點；VT4 陽極為 a點，陰極為 b 點；因此 。 2 VT VT 4 1 u u u ? ?? 電流從 b 點經(jīng) VT3 、R、VT2 流回 b 點。? ， 。 2 d u u ? ?

11、d 2 i i ? ?（3）全波整流 ）全波整流在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，因此該電路為全波整流。（4）直流輸出電壓平均值 ）直流輸出電壓平均值2cos 1 9 . 0 2cos 1 2 2 ) ( sin 2 1222 d? ?? ? ? ???? ? ? ? ? ? U U t td U U（5）負載直流電流平均值 ）負載直流電流平均值2cos 1 9 . 0 2cos 1 2 2R2 2 dd? ??? ? ?

12、? ? RURU U I（6）晶閘管參數(shù)計算 ）晶閘管參數(shù)計算① 承受最大正向電壓： ) 2 ( 212 U② 承受最大反向電壓： 2 2U③ 觸發(fā)角的移相范圍： 時， ； 0 ? ? 2 d 9 . 0 U U ?時， 。因此移相范圍為 。 o 180 ? ? 0 d ? U o 180④ 晶閘管電流平均值：VT1 、VT4 與 VT2 、VT3 輪流導電，因此晶閘管電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即 。 2cos 1 45

13、 . 0 21 2d dVT? ? ? ? RU I I3.1.2.2 帶阻感負載的工作情況 帶阻感負載的工作情況（1）單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的原理圖 ）單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的原理圖（2）單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的波形圖 ）單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的波形圖? 分析時，假設電路已經(jīng)工作于穩(wěn)態(tài)下。? 假設負載電感很大，負載電流不能突變，使負載電流 連續(xù)且波形近似為一水平線。 d i① ： ? ? ~?

14、 在 角度時，給 VT1 和 VT4 加觸發(fā)脈沖，此時 ?a 點電壓高于 b 點，VT1 和 VT4 承受正向電壓，因此可靠導通， 。 0 4 1 VT VT ? ? u u? 電流從 a 點經(jīng) VT1 、L、R、VT4 流回 b 點，。 2 d u u ?? 為一水平線， 。 d i 2 d VT 1,4 i i i ? ?? VT2 和 VT3 為斷態(tài)， 0 2,3 VT ? i② ： ) ( ~ ? ? ? ?? 雖然二次電

15、壓 已經(jīng)過零點變負，但因大電感 2 u的存在使 VT1 和 VT4 持續(xù)導通。? ， ， ， 0 4 1 VT VT ? ? u u 2 d u u ? 2 d VT 1,4 i i i ? ?。 0 2,3 VT ? i③ ： ? ? ? 2 ~ ) ( ?? 在 角度時，給 VT2 和 VT3 加觸發(fā)脈 ) ( ? ? ?沖，此時 b 點電壓高于 a 點，VT2 和 VT3 承受正向電壓，因此可靠導通， 。 0 3 VT VT