電力電子技術(shù)-總復(fù)習(xí)

1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習(xí)教材：《電力電子技術(shù)》

西安交通大學(xué)王兆安黃俊主編總復(fù)習(xí)-2目錄緒論第1章電力電子器件第2章整流電路第3章直流斬波電路第4章交流電力控制電路和交交變頻電路第5章逆變電路第6章PWM控制技術(shù)第7章軟開關(guān)技術(shù)第8章組合變流電路

總復(fù)習(xí)-3

緒論電力電子技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)即變流技術(shù)）使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。是研究電能變換原理及功率變換裝置的綜合性學(xué)科，包括電壓、電流、頻率和波形變換，涉及電子學(xué)、自動(dòng)控制原理和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科。本質(zhì)上就是研究大功率可控電源的技術(shù)。

電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)的主要不同就是效率問題。大功率電力電子裝置效率應(yīng)高于85%。信息電子主要著眼點(diǎn)在于信號(hào)轉(zhuǎn)換，電子器件大都工作在放大區(qū)；電力電子著眼于電能變換，電力電子器件工作在開關(guān)區(qū)。總復(fù)習(xí)-4

緒論電力電子技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)即變流技術(shù)）周期性高頻開關(guān)型電路（PWM)是提高電力電子電路工作效率的關(guān)鍵。高頻電路還能大大降低變壓器的體積，從而有利于提高功率密度，降低成本。高頻化使得開關(guān)過程和開關(guān)損耗的控制變得更加重要，同時(shí)高頻電磁噪聲的抑制（EMI）也成為關(guān)鍵問題。電力電子技術(shù)的發(fā)展方向是高頻、高效、高功率密度和智能化，最終使人們進(jìn)入電能變換和頻率變換更加自由的時(shí)代，并充分發(fā)揮其節(jié)能、降耗和提高裝置工作性能的作用?？倧?fù)習(xí)-5

電力電子應(yīng)用技術(shù)即是變流技術(shù)

實(shí)現(xiàn)電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力變換的裝置稱為功率變換器

實(shí)現(xiàn)功率變換器的電路稱為

電力電子電路電力變換

四大類①

交流－直流②

直流－交流③

直流－直流④

交流－交流交流交流直流直流逆變調(diào)壓、變頻、變相、交流電力控制直流斬波整流緒論總復(fù)習(xí)-6

變流技術(shù)是利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換，

①

AC/DC基本整流電路利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換

同一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同的輸入，不同的控制規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)不同的輸出緒論總復(fù)習(xí)-7利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換②DC/AC基本逆變電路

變流技術(shù)利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換緒論總復(fù)習(xí)-8利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換③DC/DC直流降壓電路

變流技術(shù)利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換緒論總復(fù)習(xí)-9④AC/AC直接變頻、變壓電路利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換

變流技術(shù)利用開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電力變換緒論總復(fù)習(xí)-10緒論和其他課程的關(guān)系：電路電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)要求：掌握典型電力半導(dǎo)體器件的運(yùn)行特性和應(yīng)用技術(shù)；掌握典型電力電子變換器的主電路

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路原理、工作波形、控制要求；掌握常用的電力電子變換電路的分析方法；了解電力電子變換器的應(yīng)用領(lǐng)域；了解電力電子變換器的電路仿真軟件如MATLAB、PSPICE、PSIM等的應(yīng)用；電力電子學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，應(yīng)主動(dòng)對(duì)待實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)際工作能力。電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)++自動(dòng)控制原理總復(fù)習(xí)-11課程考核分為三部分：期末閉卷考試（50%)、平時(shí)考勤實(shí)驗(yàn)(20%)、專題研究報(bào)告(30%)電力電子技術(shù)自主學(xué)習(xí)-電力電子技術(shù)專題研究自主選擇一個(gè)課題或自擬一課題（不能同一題目），3個(gè)同學(xué)一組，分工合作完成方案設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)及參數(shù)設(shè)計(jì)、仿真研究（或電路原理圖設(shè)計(jì)及印刷電路板設(shè)計(jì)）內(nèi)容應(yīng)與電力電子技術(shù)有關(guān)。要求同大學(xué)生電子競(jìng)賽要求，應(yīng)有性能指標(biāo)設(shè)計(jì)。有書面報(bào)告并作好PPT,組織專題討論會(huì)。選擇比較優(yōu)秀的課題作為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。緒論總復(fù)習(xí)-12專題1-三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)專題3－三相正弦波變頻電源專題4－DC-DCPWM升降壓(Cuk)變換電路設(shè)計(jì)專題5－DC-DC變換器應(yīng)用—直流電機(jī)速度控制專題6－DC-DC單端反激式變換電路設(shè)計(jì)專題7－DC-DC單端正激式變換電路設(shè)計(jì)專題8－DC-ACSPWM單相全橋逆變電路設(shè)計(jì)專題9－智能功率模塊（IPM）變頻調(diào)速電路設(shè)計(jì)專題10－變頻器光電隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)專題11－電力電子電路閉環(huán)控制（穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)分析）專題12－電力電子電路閉環(huán)動(dòng)態(tài)特性專題13－晶閘管整流電路諧波和功率因數(shù)分析專題14－移相全橋零電壓開關(guān)電路實(shí)驗(yàn)專題15－電力電子電路濾波器設(shè)計(jì)專題16－電力電子電路功率因數(shù)分析專題17－電力電子電路中信號(hào)的頻譜分析總復(fù)習(xí)-13專題18-變頻器電路原理圖設(shè)計(jì)專題19－帶功率因數(shù)校正（PFC）的整流電路設(shè)計(jì)專題20－諧振軟開關(guān)電路實(shí)驗(yàn)專題21-單相交流電源自動(dòng)穩(wěn)壓器專題22-24V交流單相在線式不間斷電源電路設(shè)計(jì)專題23-三相交流在線式不間斷電源電路設(shè)計(jì)專題24-逆變器電路及其數(shù)字控制專題25-三電平逆變電路及其數(shù)字控制專題26-光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置專題27-PWM整流器分析與控制專題28-雙PWM變換器分析與控制專題29-三相晶閘管交交變頻電路諧波分析專題30-矩陣變換器分析與控制專題31-PWM控制芯片及外圍電路設(shè)計(jì)專題32-電動(dòng)汽車充電電路設(shè)計(jì)專題33-非接觸充電電路設(shè)計(jì)總復(fù)習(xí)-14專題1-三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)專題3－DC-DCPWM升降壓(Cuk)變換電路設(shè)計(jì)專題4－DC-DC變換器應(yīng)用—直流電機(jī)速度控制專題5－DC-DC單端反激式變換電路設(shè)計(jì)專題6－DC-DC單端正激式變換電路設(shè)計(jì)專題7－電力電子電路濾波器設(shè)計(jì)專題8-

單相交直交變頻電路的實(shí)驗(yàn)研究專題9－直流斬波電路(設(shè)計(jì)性)的實(shí)驗(yàn)研究（sepicchopper、zetachopper）專題10-斬控式交流調(diào)壓電路的實(shí)驗(yàn)研究專題11-PWM整流器分析與控制專題12-鋸齒波移相觸發(fā)電路的實(shí)驗(yàn)研究（維修）專題13-電動(dòng)汽車充電電路設(shè)計(jì)專題14逆變器電路及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)專題15-非接觸充電電路設(shè)計(jì)專題16-24V交流單相在線式不間斷電源電路設(shè)計(jì)專題17-三相交流在線式不間斷電源電路設(shè)計(jì)總復(fù)習(xí)-15研究課題姓名開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)鋸齒波移相觸發(fā)電路的實(shí)驗(yàn)研究（維修）羅小慧謝麗梁俊明佘玉兒陳愛娣三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制逆變器及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)吳建國張俞張樊侯云明專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)DC-DC單端反激式變換電路設(shè)計(jì)陳基偉梁文君甘智華林斯揚(yáng)鐘航宇黃晨龍

研究課題姓名電力電子電路濾波器設(shè)計(jì)賴詔南曾鎮(zhèn)海余波歐陽煥彬三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制黃景維練中華蔡文豪包應(yīng)星-電動(dòng)汽車充電電路設(shè)計(jì)單相交直交變頻電路的實(shí)驗(yàn)研究馮俊杰李高強(qiáng)黎智揚(yáng)黃李成專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)DC-DC單端正激式變換電路設(shè)計(jì)陳雅麟謝文思蔡洽泳肖徽揚(yáng)研究課題姓名專題32-電動(dòng)汽車充電電路設(shè)計(jì)包興李凱彬郭予燦藍(lán)興世馮立佳專題16－電力電子電路功率因數(shù)分析斬控式交流調(diào)壓電路的實(shí)驗(yàn)研究楊肇科魏智超何權(quán)輝李源河專題31-PWM控制芯片及外圍電路設(shè)計(jì)直流斬波電路(設(shè)計(jì)性)的實(shí)驗(yàn)研究（sepicchopper、zetachopper）張鎮(zhèn)麟嚴(yán)海東李郁翔趙英棟總復(fù)習(xí)-16專題姓名1.PWM升降壓（Cuk）變換電路設(shè)計(jì)直流斬波電路(設(shè)計(jì)性)的實(shí)驗(yàn)研究（sepicchopper、zetachopper）呂耀輝蔡楸煜黃志文黃佳勝劉梓杰2.非接觸充電電路設(shè)計(jì)曾家杰范進(jìn)鋒麥?zhǔn)缲戱T雅莉張瑩3.電力電子電路濾波器設(shè)計(jì)郝福龍張稚聲周樹佳崔穎林濤4.三相PWM變換器分析與控制單相交直交變頻電路的實(shí)驗(yàn)研究馮展釗鄭潤山陳沛?zhèn)S家輝5.單相PWM整流器分析與控制歐慶德鄧國順李燦忠肖曉彬?qū)ｎ}姓名6PWM變換器直流電機(jī)速度控制譚宜釗李功基賴月海李耿城7.大功率整流電源觸發(fā)器的研究巫禮杰潘海亮石博陳浩茹朱偉敏8.晶閘管整流電路諧波和功率因數(shù)分析單相交直交變頻電路的實(shí)驗(yàn)研究石國鵬何偉何瀟敏焦杰橋賴立生9.PWM控制芯片及外圍電路設(shè)計(jì)斬控式交流調(diào)壓電路的實(shí)驗(yàn)研究梁毅郭劉偉坪陳眀帥黃仁茂彭志浩10.

電力電子電路功率因數(shù)分析IGBT驅(qū)動(dòng)電路實(shí)驗(yàn)研究賀文波蘇少偉朱豪明梁國浩葉偉東總復(fù)習(xí)-17電阻是能量損耗器件，電阻在電力電子電路中存在于負(fù)載和寄生參數(shù)中，例如，電源的等效電阻，電感、變壓器和電機(jī)中的線圈電阻，導(dǎo)線電阻，電容的等效電阻以及聯(lián)結(jié)時(shí)的接觸電阻等。電阻的大小與電流的頻率無關(guān)，但導(dǎo)體中的線電阻與頻率有關(guān)，隨著流過電阻的電流頻率增大，線電阻增大。具有趨膚效應(yīng)，解決趨膚效應(yīng)的辦法就是采用多線頭導(dǎo)體。電阻串聯(lián)和并聯(lián)的方法可以推廣到整個(gè)電力電子元件和電路。如電力電子元件串聯(lián)可以承受更高的電壓，并聯(lián)可以流更大的電流。通過串聯(lián)或并聯(lián)還可改善電力電子電路的性能，改善輸出電壓或電流的波形如降低電壓或電流脈動(dòng)率，改善功率因數(shù)等。電力電子電路中的電阻電力電子器件總復(fù)習(xí)-18電感是儲(chǔ)能器件，高頻開關(guān)電路中還應(yīng)考慮寄生電感的對(duì)器件及電路的影響。負(fù)載、導(dǎo)線、變壓器和電機(jī)的漏感都可視為寄生電感。電感的電壓電流關(guān)系為：大電感具有維持動(dòng)態(tài)電流不變的能力：串聯(lián)大電感的電源可視為恒流源。電感電流的突然變化會(huì)導(dǎo)致電感兩端產(chǎn)生很高的電壓，也影響到電路中相關(guān)的元件。電感中電流不會(huì)瞬間跳變，即電感中電流是連續(xù)的。因此，在電力電子開關(guān)兩端須反并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管電感常用于限制開關(guān)過程中瞬間過電流，還可用于維持并聯(lián)支路之間電流平衡。電力電子電路中的電感連接１電力電子器件總復(fù)習(xí)-19電容也是儲(chǔ)能器件，高頻開關(guān)電路中須考慮寄生電容的作用，變壓器中的匝間和層間，二極管、晶體管、晶閘管中的PN結(jié)都存在寄生電容。電容的電壓電流關(guān)系為：即恒流源向電容充電時(shí)，電容兩端電壓線性增加。并聯(lián)大電容可維持動(dòng)態(tài)電壓不變，電容兩端的電壓是連續(xù)的。

并聯(lián)大電容的電源可視為恒壓源。電容兩端電壓的突然變化，會(huì)導(dǎo)致非常大的電流。電容和單向開關(guān)不能并接在一起，無論何時(shí)需要這種連接，開關(guān)斷開時(shí)，必須提供阻塞二極管與電容串接在一起，防止萬一開關(guān)閉合形成短路。周期性的激勵(lì)包含電容的電路，一個(gè)周期內(nèi)流出和流入電容的平均電壓為零。如果流出流入電容的平均電流非零，那么電容電壓將泵升到無窮大。電容常用來限制開關(guān)過程中瞬間過電壓。還可用于串聯(lián)電路的動(dòng)態(tài)均壓。電力電子電路中的電容連接１電力電子器件總復(fù)習(xí)-20電力電子電路中的變壓器LC電路常構(gòu)成諧振電路。串聯(lián)諧振電路電流最大。并聯(lián)諧振電路總電流最小。LC電路可構(gòu)成開關(guān)電路的無源濾波器，濾去高頻分量。LC諧振電路常用來構(gòu)成軟開關(guān)電路。變壓器只能用于傳輸交流信號(hào)或交流電能。直流電壓不能通過變壓器傳輸。如果有直流分量流過變壓器繞組會(huì)造成磁飽和，導(dǎo)致發(fā)熱甚至燒壞。變壓器是通過磁耦合把電能或電信號(hào)從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪浑娐?，只要原邊電路和副邊電路不共地，則原副邊繞組信號(hào)電氣隔離。變壓器到但傳輸過程中電壓或電流波形的頻率不會(huì)改變，當(dāng)然，能量守恒定律適用于變壓器。變壓器可以變壓也可作為變換器到負(fù)載的阻抗匹配器件。變壓器不能改變頻率。變壓器的體積和重量與頻率成反比。高頻化可減小N，S參數(shù)值,從而減小了變壓器的體積和重量；還可減小濾波器的參數(shù),從而有效的降低電力電子裝置的體積和重量。１電力電子器件總復(fù)習(xí)-21１電力電子器件

電力電子器件是在電力電子電路中是作為可控開關(guān)來用。電力電子器件是一種半導(dǎo)體開關(guān)，實(shí)際上是一種單向單極開關(guān)。它不是理想開關(guān)，存在開關(guān)時(shí)間和開關(guān)暫態(tài)過程。開關(guān)時(shí)間也限制了電力電子器件的開關(guān)頻率。最受關(guān)注的是電力電子器件的可控性、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)過程中的特性、開關(guān)元件的最高耐壓值和最大電流值。按照器件能夠被控制的程度，分為三類：

半控型器件通過控制信號(hào)控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。

全控型器件通過控制信號(hào)控制其導(dǎo)通又控制其關(guān)斷。

不可控器件不能用控制信號(hào)來控制通斷，不需驅(qū)動(dòng)電路。

按照驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類：

電流驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)功率大。

電壓驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)功率小。總復(fù)習(xí)-22

電力電子器件電力電子器件分類“樹”

單極型：

電力MOSFET（電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管）

SIT（靜電感應(yīng)晶體管）

雙極型：

電力二極管晶閘管（

SCR

）

GTO

（門極可關(guān)斷晶閘管）

GTR（電力晶體管）

SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）

IRIAC（雙向晶閘管）

RCT（逆導(dǎo)晶閘管）

LTT（光控晶閘管）

混合型：

IGBT（絕緣柵雙極晶體管）

MCT（MOS控制晶閘管）

電力電子器件類型歸納總復(fù)習(xí)-23二極管是不可控開關(guān)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦允顾蔀閱蜗蜷_關(guān)。PN結(jié)有電容效應(yīng)，影響開關(guān)頻率。二極管開通時(shí)間很短；但關(guān)斷前有大的反向電流，伴隨有明顯的反向電壓過沖。并且需要一個(gè)反向恢復(fù)時(shí)間trr

。影響二極管開關(guān)速度的主要因素是反向恢復(fù)時(shí)間trr

。

5μs以上稱普通二極管(整流二極管），開關(guān)頻率在1kHz以下，但電流和反向電壓很高，

5μs以下，數(shù)百ns的稱快速二極管。10～40ns為肖特基二極管。額定電流為正弦半波的平均值，器件工作按發(fā)熱有效值計(jì)算。因此需換算到平均值來選擇二極管。１電力電子器件總復(fù)習(xí)-24晶閘管晶閘管內(nèi)部可等效為２級(jí)三極管模型。正反饋原理和制造特點(diǎn)使之成為半控性開關(guān)。普通晶閘管的關(guān)斷時(shí)間約幾百微秒。選擇電壓和電流等級(jí)時(shí)同二極管。晶閘管對(duì)du/dt和di/dt敏感。關(guān)斷過程中應(yīng)采取電路限制。晶閘管的派生器件：快速晶閘管數(shù)10s，高頻晶閘管10s左右.雙向晶閘管可看作是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管。但它用有效值來表示其額定電流值。逆導(dǎo)晶閘管反并聯(lián)二極管的集成。光控晶閘管，利用光照信號(hào)觸發(fā)晶閘管?？杀ＷC主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。從而大大提高了開關(guān)的可靠性，在高壓大功率中應(yīng)用廣泛。晶閘管陽極正向電壓下，控制門極觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生時(shí)刻就可控制晶閘管的導(dǎo)通。反向陽極電壓是晶閘管關(guān)斷的必要條件，但真正關(guān)斷須電流低于維持電流時(shí)。這是分析晶閘管電路的基礎(chǔ)?？倧?fù)習(xí)-25

常用全控型器件符號(hào)門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）門極G陽極A陰極K電力晶體管(

GTR

)發(fā)射極e基極b集電極c絕緣柵雙極晶體管（IGBT）發(fā)射極E柵極G集電極C電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（電力MOSFET

）P溝道N溝道柵極G漏極D源極SDGS總復(fù)習(xí)-26全控型器件

全控型器件指即可控制開通又能控制關(guān)斷。以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）。絕緣柵雙極晶體管（IGBT）可視為GTR和MOS管的復(fù)合器件。GTO和GTR為電流驅(qū)動(dòng)型，而MOS和IGBT為電壓驅(qū)動(dòng)型。GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺；GTO關(guān)斷過程與門極負(fù)脈沖電流波形的幅值和波形有關(guān)。幅值越大，前沿越陡，時(shí)間越短；門極負(fù)脈沖的后沿緩減，且保持適當(dāng)負(fù)電壓，則可縮短尾部時(shí)間。電流關(guān)斷增益off一般很小，只有5左右，是GTO的主要缺點(diǎn)。GTR與小功率晶體管基本原理一樣。區(qū)別是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。一般采用共發(fā)射極接法，單管GTR的值較小只為10左右。GTR的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。GTR存在二次擊穿現(xiàn)象和最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線構(gòu)成的限定安全工作區(qū)?？倧?fù)習(xí)-27全控型器件電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵N溝道增強(qiáng)型MOS管。驅(qū)動(dòng)電路簡單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)時(shí)間在10-100ns之間，開關(guān)頻率100kHz以上，是開關(guān)速度最快的。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但電流容量小，耐壓低，功率不超過10kW

。MOSFET的開關(guān)速度和柵極輸入電容Cin充放電有很大關(guān)系。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOS驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管。開關(guān)速度低于電力MOSFET，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。存在由一個(gè)N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件的P+N-P晶體管組成寄生晶閘管。若動(dòng)態(tài)或穩(wěn)態(tài)電流過大或duCE/dt過大或溫度過高，寄生晶閘管將開通，失去電流控制作用。稱為掣住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)。為避免IGBT發(fā)生擎住現(xiàn)象:1．設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)保證IGBT中的電流不超過IDM值；2．用加大門極電阻RG的辦法延長IGBT的關(guān)斷時(shí)間，減小重加dVDS/dt。3．器件制造廠家也在IGBT的工藝與結(jié)構(gòu)上想方設(shè)法盡可能提高IDM值，盡量避免產(chǎn)生擎住效應(yīng)。總復(fù)習(xí)-28常用電力電子器件性能對(duì)比可控性驅(qū)動(dòng)信號(hào)額定電壓、電流工作頻率飽和壓降二極管不可控?zé)o

最大有高有低小晶閘管半控脈沖電流（開通）最大最低小GTO全控正、負(fù)脈沖電流大較低中GTR全控正(負(fù))電流中中小電力MOSFET全控正(負(fù))電壓小最高大IGBT全控正電壓較大較高較小

１電力電子器件總復(fù)習(xí)-29器件優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域GTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低開關(guān)速度低，電流驅(qū)動(dòng)型需要驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，存在2次擊穿問題UPS、空調(diào)等中小功率中頻場(chǎng)合GTO電壓、電流容量很大，適用于大功率場(chǎng)合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)電流關(guān)斷增益小，關(guān)斷時(shí)門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低高壓直流輸電、高壓靜止無功補(bǔ)償、高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電力機(jī)車地鐵等高壓大功率場(chǎng)合。MOSFET開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，工作頻率高，門極輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單，沒有2次擊穿電流容量小，耐壓低，通態(tài)損耗較大，一般適合于高頻小功率場(chǎng)合開關(guān)電源、日用電氣、民用軍用高頻電子產(chǎn)品IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，通態(tài)壓降低，電壓、電流容量較高。門極輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單開關(guān)速度不及電力MOSFET，電壓、電流容量不及GTO。電機(jī)調(diào)速，逆變器、變頻器等中等功率、中等頻率的場(chǎng)合，已取代GTR。應(yīng)用最廣泛的電力電子器件。

１電力電子器件總復(fù)習(xí)-30電力電子器件允許的開關(guān)頻率與允許功率范圍及主要應(yīng)用領(lǐng)域１電力電子器件總復(fù)習(xí)-31電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路是主電路與控制電路之間的接口。驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生理想的信號(hào)波形并進(jìn)行功率放大還兼有電氣隔離、保護(hù)功能。對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。不同的電力電子器件驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)不同。常采用集成驅(qū)動(dòng)芯片。電氣隔離有光耦隔離或變壓器（磁）隔離２種?？刂齐娐窓z測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路RL主電路V1V2保護(hù)電路１電力電子器件總復(fù)習(xí)-32tIIMt1t2t3t4圖１-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖流波形晶閘管的觸發(fā)電路要求：產(chǎn)生可控的移相脈沖；移相脈沖與主電源同步；α角恒定,有一定的移相范圍。OttOuGiG圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路１電力電子器件總復(fù)習(xí)-33GTR屬電流驅(qū)動(dòng)型器件。開通驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。tOib

圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般10～15V，使IGBT開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般15～20V。關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取-5～-15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。由于是容性輸入阻抗，要保證有一條低阻抗值的放電回路。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路總復(fù)習(xí)-34電力電子電路的過電壓保護(hù)圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路

電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。１電力電子器件總復(fù)習(xí)-35電力電子電路的過電流保護(hù)負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器

同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。

電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，

直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，

過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作。圖1-37過電流保護(hù)措施及配置位置

保護(hù)措施１電力電子器件總復(fù)習(xí)-36緩沖電路關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時(shí)的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復(fù)合緩沖電路——關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。

緩沖電路(SnubberCircuit)

：

又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗?？倧?fù)習(xí)-37緩沖電路緩沖電路作用分析無緩沖電路有緩沖電路圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO

圖1-39關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線b)tuCEiCOdidt抑制電路時(shí)有有緩沖電路時(shí)無緩沖電路時(shí)uCEiCdidt抑制電路時(shí)無總復(fù)習(xí)-38緩沖電路

充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場(chǎng)合。圖1-38di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路RC緩沖電路主要用于小容量器件；放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖1-40另外兩種常用的緩沖電路RC吸收電路放電阻止型RCD吸收電路總復(fù)習(xí)-39電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)當(dāng)單個(gè)器件額定電壓小于要求時(shí)，可以串聯(lián)。串聯(lián)時(shí)應(yīng)注意解決均壓問題：如因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等造成的靜態(tài)不均壓或由于器件動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的動(dòng)態(tài)不均壓。靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時(shí)的正、反向電阻小得多。動(dòng)態(tài)均壓措施：選擇動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件。用RC并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓。門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)可顯著減小器件開通時(shí)間的差異。當(dāng)單個(gè)器件額定電流小于要求時(shí)可以并聯(lián)。并聯(lián)時(shí)應(yīng)注意解決因靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的差異而電流不均問題。均流措施：挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用均流電抗器。用門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)也有助于動(dòng)態(tài)均流。當(dāng)需要同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時(shí)，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。１電力電子器件總復(fù)習(xí)-40

電力MOSFET并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn):Ron有正溫度系數(shù)，有電流自均衡能力，容易并聯(lián)。注意選用參數(shù)盡量相近的器件并聯(lián)。電路走線和布局應(yīng)盡量對(duì)稱?？稍谠礃O電路中串入小電感，起到均流電抗器的作用。IGBT并聯(lián)運(yùn)行的特點(diǎn):在1/2或1/3額定電流以下區(qū)段，通態(tài)壓降有負(fù)溫度系數(shù)。在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)。并聯(lián)使用時(shí)也具有電流的自動(dòng)均衡能力，易于并聯(lián)。電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)１電力電子器件總復(fù)習(xí)-41

２晶閘管整流電路

重點(diǎn)掌握：根據(jù)晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷條件進(jìn)行電路分析的思想，分段線性電路分析的基本思想。單相全控橋式整流電路和三相全控橋式整流電路的原理分析與計(jì)算、各種負(fù)載對(duì)整流電路工作情況的影響。重點(diǎn)掌握感性負(fù)載下單相電路的計(jì)算，掌握三相電路的波形分析。重點(diǎn)了解電容濾波的不可控整流電路的工作特點(diǎn)。了解諧波的概念、各種整流電路諧波情況的定性分析，功率因數(shù)分析的特點(diǎn)、各種整流電路的功率因數(shù)分析。重點(diǎn)掌握晶閘管相控整流電路具有功率因數(shù)低和諧波分量大的缺點(diǎn)。了解變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響，建立換相壓降、重疊角等概念，了解換相重疊角與漏感和負(fù)載電流及移相控制角的關(guān)系。

總復(fù)習(xí)-42重點(diǎn)掌握可控整流電路的有源逆變工作狀態(tài)，掌握產(chǎn)生有源逆變的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計(jì)算、逆變失敗及最小逆變角的限制等。大功率可控整流電路的接線形式及特點(diǎn)，熟悉雙反星形可控整流電路的工作情況，建立整流電路多重化的概念。

２晶閘管整流電路總復(fù)習(xí)-43

３直流斬波電路本章是本課程的另一個(gè)重點(diǎn)掌握內(nèi)容。重點(diǎn)理解降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理，掌握電路的輸入輸出電壓和電流的推導(dǎo)方法、電路解析方法、工作特點(diǎn)。掌握橋式可逆斬波電路的原理和雙極、單極及單極受限式的PWM控制方法。重點(diǎn)了解直流傳動(dòng)和開關(guān)電源是斬波電路應(yīng)用領(lǐng)域。重點(diǎn)了解帶變壓器隔離的直流直流變流電路。重點(diǎn)了解反激電路、正激電路、半橋電路、全橋電路及推挽電路的電路圖及應(yīng)用特點(diǎn)。了解其它幾種基本電路的電路原理。了解多相多重?cái)夭娐??？倧?fù)習(xí)-44電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源表5-1各種不同的間接直流變流電路的比較

３直流斬波電路總復(fù)習(xí)-45重點(diǎn)理解４種換流方式（如何使器件關(guān)斷）：器件換流、電網(wǎng)換流、強(qiáng)迫換流和負(fù)載換流。器件換流是利用全控型器件IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。電網(wǎng)換流是將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。交流電網(wǎng)的無源逆變電路必須采取強(qiáng)迫換流或負(fù)載換方式。強(qiáng)迫換流是設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強(qiáng)迫施加反壓或反電流使其換流。有直接耦合式電感耦合式２種。負(fù)載換流適合電流型無源逆變電路。它是在感性負(fù)載上并聯(lián)電容使整個(gè)負(fù)載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。利用負(fù)載電流的相位超前于負(fù)載電壓而換流。電壓波形為正弦波而電流為方波。

４逆變電路總復(fù)習(xí)-46重點(diǎn)掌握掌握有源逆變和無源逆變的區(qū)別。掌握無源逆變電路的分類。逆變電路分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路。直流側(cè)并聯(lián)大電容的為電壓型逆變器，而直流側(cè)串聯(lián)大電感的為電流型逆變器?？煞譃閱蜗嗄孀兤骱腿嗄孀兤鳌Ｖ攸c(diǎn)掌握三相電壓型逆變電路六拍逆變器180°導(dǎo)電方式的換流方式，導(dǎo)通順序，等效電路，據(jù)此計(jì)算相電壓和線電壓的值從而進(jìn)行波形分析。了解串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路，了解多重逆變電路和多電平逆變電路是為了輸出逼近正弦波，降低諧波。了解逆變電路是交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心電路。

４逆變電路總復(fù)習(xí)-47５PWM控制技術(shù)

重點(diǎn)理解利用面積等效原理用一系列等幅不等寬的脈沖（PWM）來代替一個(gè)正弦半波，從而理解正弦波PWM逆變技術(shù)的計(jì)算法和調(diào)制法。了解PWM逆變電路可以克服晶閘管六拍方波逆變電路的缺點(diǎn)可以逼近正弦波。重點(diǎn)掌握調(diào)制法及其規(guī)則采樣法原理和公式推導(dǎo)。掌握異步調(diào)制和同步調(diào)制對(duì)諧波的影響。了解提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)的意義和方法。了解PWM逆變電路的多重化可更好地逼近正弦波從而降低諧波?？倧?fù)習(xí)-48５PWM控制技術(shù)

了解PWM逆變電路３種目標(biāo)控制：正弦波電壓、正弦波電流和圓形磁鏈的電壓空間矢量PWM。了解PWM跟蹤的滯環(huán)比較方式、三角波比較方式和定時(shí)比較方式。理解PWM整流技術(shù)實(shí)際是采用輸入電感和正弦波PWM控制技術(shù)來克服晶閘管相控整流技術(shù)的諧波豐富和功率因數(shù)低的缺點(diǎn)。可以控制輸入電流與輸入電網(wǎng)電壓在任意相位。從而可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流器和無功補(bǔ)償。PWM整流電路有直接電流控制和間接電流控制方法。其實(shí)質(zhì)是構(gòu)成電壓和電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。

總復(fù)習(xí)-49①

交流-交流變流電路的分類及其基本概念；②單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載時(shí)的工作原理和電路特性；③三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理；④交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的基本概念；⑤晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)成、工作原理和輸入輸出特性；⑥各種交流-交流變流電路的主要應(yīng)用；⑦矩陣式交交變頻電路的基本概念。６交流電力控制電路和交交變頻電路本章內(nèi)容為了解內(nèi)容?？倧?fù)習(xí)-50７軟開關(guān)技術(shù)重點(diǎn)理解軟開關(guān)技術(shù)通過在電路中引入諧振，改善了開關(guān)的開關(guān)條件，較好解決了硬開關(guān)電路的開關(guān)損耗和噪聲問題。掌握軟開關(guān)技術(shù)可以分為零電壓和零電流兩大類。按照其出