电力电子技能 1-3 章常识主线、 电力电子技能便是运用电力电子器材对电能进行改换和操控的技能 电力电子器材的制造技能是电力电子技能的根底。 变流技能则是电力电子技能的中心 电力改换分为整流、逆变、直流变直流、沟通变沟通四种电路 开关器材的三种类型不可控型、半控型、全控型。其间、第一种的代表型器材是 电力二极管（Power Diode） 、第二种的代表型器材是晶闸管（Thyristor） 、第三种 的代表型器材是 IGBT 和 Power MOSFET。 6、 7、

　　8、 在一般状况下，电力电子器材功率损耗首要有_通态损耗、断态损耗、开关损耗_，通态损耗是 电力电子器材功率损耗的首要成 因。而当器材开关频率较高时，功率损耗首要为开关损耗。

　　在如下器材：电力二极管（Power Diode） 、晶闸管（SCR） 、门极可关断晶闸管（GTO） 、电力晶 体管（GTR） 、电力场效应管（电力 MOSFET） 、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，归于不可控 器材的是_电力二极管，归于半控型器材的是_晶闸管，归于全控型器材的是 GTO, GTR , 电力, MOSFET, IGBT ； 归于单极型电力电子器材的有电力 MOSFET ， 归于双极型器材的有_电力二极 管、晶闸管、GTO GTR，归于复合型电力电子器材得有 IGBT ；在可控的器材中，容量最大

　　的是晶闸管，作业频率最高的是 电力 MOSFET ，归于电压驱动的是电力 MOSFET 、IGBT ， 归于电流驱动的是 晶闸管、GTO 、GTR 。

　　10、 1956 年美国贝尔实验室（Bell Laboratories）发明晰晶闸管，1957 年美国通用电 气公司（General Electric）开发出了国际上第一只晶闸管产品，并于 1958 年使其 商业化。其承受的电压和电流容量依然是现在电力电子器材中最高，并且作业可 靠，因此在大容量的运用场合依然具有比较重要的位置。 11、 晶闸管有阳极 A、阴极 K 和门极（操控端）G 三个联接端。内部是 PNPN 四层 半 导体结构。

　　12、 晶闸管导通的作业原理能够用双晶体管(三极管)模型 来解说，则晶闸管能够看作由 PNP 和 NPN 型构成的 V1、V2 的组合。假如外电路向门极 G 注入电流 IG (驱动电流)，则 IG 注入晶体管 V2 的基极，即发生 集电极电流 IC2，它构成晶体管 V1 的基极电流， 放大成集电极电流 IC1，又进一步增大 V2 的基极电流， 如此构成激烈的正反应，最终 V1 和 V2 进入彻底饱满状况，即晶闸管导通。 13、 假如注入触发电流使两个晶体管的发射极电流增大致使 12 趋近于 1 的话， 流过 晶闸管的电流 IA（阳极电流）将趋近于无穷大，然后完结器材饱满导通。 14、晶闸管导通的条件： 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。晶闸管控 制电路(操控极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。晶闸管导通后，控 制极便失掉效果。 依托正反应，晶闸管仍可坚持导通状况。 15、 晶闸管关断的条件： 有必要使可控硅阳极电流减小,直到正反应效应不能坚持。 IFIH(IF: 导通电流，IH：坚持电流)，或许是将阳极电源断开或许在晶闸管的阳极和阴极间加反 相电压。 （阳阴间电压为零或许反向） 16、 晶闸管的触发导通方法有门极触发、 阳极电压升高至适当高的数值构成雪崩效应、 阳极电压上升率 du/dt 过高、结温较高、光触发，光触发由于能够确保操控电路与主 电路之间的杰出绝缘而运用于高压电力设备中之外，其它都因不易操控而难以运用于 实践。只要门极触发是最准确、敏捷而牢靠的操控手法。 17、如右图所示，假如正向电压超越临界极限即 正向转机电压 Ubo，则漏电流急剧增大，器材注册 。 跟着门极电流幅值的增大，正向转机电压下降， 晶闸管自身的压降很小，在 1V 左右。

　　18、如右图所示双向晶闸管（Triode AC Switch—— TRIAC 或 Bidirectional triode thyristor）的 a) 电气图形符号 b) 伏安特性 能够认为是 一对反并联联接的一般晶闸管的集成。双向 晶闸管一般用在沟通电路中，因此不用均匀值 而用有效值来标明其额定电流值。 19、逆导晶闸管（Reverse Conducting Thyristor——RCT） 是将晶闸管反并联一个二极管制造在同一管芯上的功 率集成器材，不具有承受反向电压的才能，一旦 承受反向电压即注册。 20、光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT） 是运用必定波长的光照信号触发导通的晶闸管。由于选用光触发确保了 主电路与操控电路之间的绝缘，并且能够防止电磁搅扰的影响，因此 光控晶闸管现在在高压大功率的场合。 21、门极可关断晶闸管(GTO) 是晶闸管的一种派生器材，但能够经过在门极施加负的 脉冲电流使其关断，因此归于全控型器材。是 PNPN 四层半导体结构，是一种多元的 功率集成器材，尽管外部相同引出各极，但内部则包括数十个乃至数百个共阳极的小 GTO 单元，这些 GTO 元的阴极和门极则在器材内部并联在一起。 22、V1、V2 的共基极电流增益别离是 1、2。

　　小于 1 则关断。GTO 与一般晶闸管的不同 规划 2 较大，使晶体管 V2 操控活络，易于 GTO 关断。导通时 12 更挨近 1，导通时挨近 临界饱满，有利门极操控关断，但导通时

　　管压降增大。 多元集成结构，使得 P2 基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。 23、 GTO 的导经进程与一般晶闸管是相同的， 只不过导通时饱满程度较浅。 而关断时， 给门极加负脉冲， 即从门极抽出电流， 当两个晶体管发射极电流 IA 和 IK 的减小使 121 时，器材退出饱满而关断。 24、GTO 的多元集成结构使得其比一般晶闸管注册进程更快，承受 di/dt 的才能增强。 25、 电力晶体管 （Giant Transistor——GTR） 按英文直译为巨型晶体管， 是一种耐高电压、 大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT） ，选用至少由两个晶体管 按达林顿接法组成的单元结构，并选用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。 GTR 是由三层半导体（别离引出集电极、基极和发射极）构成的两个 PN 结（集电结和发射 结）构成，多选用 NPN 结构。 26、 电力场效应晶体管分为结型和绝缘栅型， 但一般首要指绝缘栅型中的 MOS 型 （Metal Oxide Semiconductor FET）,简称电力 MOSFET（Power MOSFET） 。电力 MOSFET 是用栅 极电压来操控漏极电流的。按导电沟道可分为 P 沟道和 N 沟道。当栅极电压为零时漏 源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。 关于 N （P） 沟道器材， 栅极电压大于 （小于） 零时才存在导电沟道的称为增强型。在电力 MOSFET 中，首要是 N 沟道增强型。 27、绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolar Transistor——IGBT 或 IGT） 归纳了 GTR 和 MOSFET 的长处、是三端器材，具有栅极 G、集电极 C 和发射极 E。简化等效电路标明，IGBT 是用 GTR 与 MOSFET 组成的 达林顿结构，适当于一个由 MOSFET 驱动的厚基区 PNP 晶体管。 28、IGBT 注册和关断是由栅极和发射极间的电压 UGE 决议的。 当 UGE 为正且大于敞开电压 UGE(th)时，MOSFET 内构成沟道，并为晶体管供应基极电流 进而使 IGBT 导通。 当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET 内的沟道 消失，晶体管的基极电流被堵截，使得 IGBT 关断。 29、整流电路（Rectifier）是电力电子电路中呈现最早的一种，它的效果是将沟通电能

　　变为直流电能供应直流用电设备。按组成的器材可分为不可控、半控、全控三种。 按电路结构可分为桥式电路和零式电路。按沟通输入相数分为单相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，分为单拍电路和双拍电路。 30、电阻负载的特色是电压与电流成正比，两者波形相同。阻感负载的特色是电感对 电流改动有抵抗效果，使得流过电感的电流不能发生骤变。 31、单相半波可控整流电路中的触发角α 的移相规模是 0-180、直流输出电压均匀值 为 U d  0.45U 2

　　1  cos  、跟着  增大，Ud 减小、晶闸管承受的最大正反向电压均为 u2 的峰值即 2

　　32、经过操控触发脉冲的相位来操控直流输出电压巨细的方法称为相位操控方法，简 称相控方法。 33、单相半波可控整流电路带电阻负载和带阻感负载比较，由于电感的存在延迟了 VT 的关断时刻，使 ud 波形呈现负的部分，与带电阻负载时比较其均匀值 Ud 下降。 34、单相桥式全控整流电路中带电阻负载时，晶闸管承受的最大正向电压和反向电压 别离为

　　见，α 角的移相规模为 180。 35、 I T  2 I 阐明，单相桥式控整流电路中，变压器二次电流有效值与输出直流电流 均匀值持平，都等于流过晶闸管电流有效值的 2 倍。 36、 单相桥式全控整流电路带阻感负载时， 移相规模是当 =0 时， Ud0=0.9U2。 =90时，

　　通角  与  无关，均为 180变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各 180的矩形波，其相 位由  角决议，有效值 I2=Id。 37、三相可控整流电路沟通侧由三相电源供电，最根本的是三相半波可控整流电路， 运用最为广泛的三相桥式全控整流电路、以及双反星形可控整流电路、十二脉波可控

　　整流电路。 38、三相半波可控整流电路为得到零线，变压器二次侧有必要接成星形，而一次侧接成 三角形，防止 3 次谐波流入电网。 39、三相半波可控整流电路将晶闸管换作二极管，三个二极管对应的相电压中哪一个 的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整 流电压即为该相的相电压。在相电压的交点处，均呈现了二极管换相，称这些交点为 天然换相点。将其作为  的起点，即 =0。 40、三相半波可控整流电路中三个晶闸管轮番导通 120 ，ud 波形为三个相电压在正半 周期的包络线。晶闸管电压由一段管压降和两段线电压组成，跟着  增大，晶闸管承 受的电压中正的部分逐步增多。=30 负载电流处于接连和断续的临界状况，各相仍 导电 120。负载电流断续时，各晶闸管导通角小于 120。 41、三相半波可控整流电路，电阻负载时  角的移相规模为 150。 ≤30时，负载 电流接连，有 U d  1.17U 2 cos ，晶闸管承受的最大反向电压为 变压器二次线电压峰值

　　电压等于变压器二次相电压的峰值 U FM  2U2 42、三相半波可控整流电路，阻感负载时  的移相规模为 90。 、整流电压均匀值

　　43、三相桥式全控整流电路阴极衔接在一起的 3 个晶闸管（VT1，VT3，VT5）称为共阴极组； 阳极衔接在一起的 3 个晶闸管（VT4，VT6，VT2） 称为共阳极组。晶闸管的导通次序为 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。带电阻负载时的作业 状况各天然换相点既是相电压的交点，一起 也是线、 三相桥式全控整流电路带阻感负载时， 当 ≤60时 ud 波形均接连， 关于电阻负载，

　　id 波形与 ud 波形的形状是相同的，也接连。=0时，ud 为线电压在正半周的包络线、关于三相桥式全控整流电路，当 =0，适当于用六个二极管替换六个晶闸管时， 用哪一相的相电压最大，对应的共阴极组的晶闸管导通，哪一相的相电压最低，对应 的共阳极组的晶闸管导通， 构成回路。 除 =0之外的一切状况， 都要用下表进行剖析。

　　46、三相桥式全控整流电路 6 个晶闸管的脉冲按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的次序，相位 顺次差 60 。共阴极组 VT1、VT3、VT5 的脉冲顺次差 120，共阳极组 VT4、VT6、VT2 也依 次差 120 。 同一相的上下两个桥臂， 即 VT1 与 VT4， VT3 与 VT6， VT5 与 VT2， 脉冲相差 180 。 整流输出电压 ud 一周期脉动 6 次，每次脉动的波形都相同，故该电路为 6 脉波整流电 路。 ，带电阻负载时三相桥式全控整流电路  角的移相规模是 120，带阻感负载时，三 相桥式全控整流电路的  角移相规模为 90。

　　电力电子技能 3-6 章常识主线、三相桥式整流输出电压均匀值：带阻感负载时，或带电阻负载 ≤60时

　　48、由于电感对电流的改动起阻止效果，电感电流不能骤变，因此在考虑变压器漏感 时，在换相进程不能瞬间完结，而是会继续一段时刻。换相进程继续的时刻用电视点  标明，称为换相堆叠角。 呈现换相堆叠角 ，整流输出电压均匀值 Ud 下降。整流电

　　路的作业状况增多。 49、电容滤波的不可控整流电路输出电压均匀值空载时，Ud  2U2 、重载时，Ud 逐步趋近于

　　0.9U2，即趋近于挨近电阻负载时的特性。 、在规划时依据负载的状况挑选电容 C 值，使 RC  3 ~ 5T / 2 此刻输出电压为：Ud≈1.2U2 电容滤波是指：在输出瑞并入大电容后，能够使输出的具有较大脉动的直流电压波形 变得比较平直。

　　50、感容滤波的单相桥式不可控整流 电路，实践运用中为了按捺电流冲击， 常在直流侧串入较小的电感。使得 ud 波形更平直，电流 i2 的上升段陡峭 了许多，这关于电路的作业是有利的。 51、非正弦电压分解为傅里叶级数时，频率为基波频率大于 1 整数倍的重量称为谐波 、谐波次数：谐波频率和基波频率的整数比。正弦电路中有功功率与视在功率的比值 为功率因数

　　52、与整流相对应，直流电变成沟通电称为逆变、沟通侧接电网，为有源逆变。 、沟通 侧接负载，为无源逆变、 53、电流从一个支路向另一个支路搬运的进程，称为换流也称为换相。研讨换流方法 首要是研讨怎么使器材关断。 、换流分为器材换流、电网换流、负载换流、逼迫换流四 种方法。其间器材换流运用全控型器材的自关断才能进行换流。电网换流是运用电网 供应负的换流电压的换流方法。负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可完结负 载换流，如电容性负载和同步电动机。负载作业在挨近并联谐振状况而略呈容性，负 载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小，所以 uo 挨近正弦波。器材换流和逼迫换流归于 自换流，电网换流和负载换流归于外部换流。 54、依据逆变电路直流侧电源性质的不同，能够分为两类，电压型逆变电路和电流型 逆变电路.

　　55、 电压型逆变电路的特色： 直流侧为电压源或并联大电容， 直流侧电压根本无脉动。 由于直流电压源的钳位效果，输出电压为矩形波。阻感负载时需供应无功功率，为了 给沟通侧向直流侧反应的无功用量供应通道，逆变桥各臂并联反应二极管。 56、电流型逆变电路首要特色：直流侧串大电感，电流根本无脉动，适当于电流源。 沟通输出电流为矩形波， 与负载阻抗角无关， 输出电压波形和相位因负载不同而不同。 直流侧电感起缓冲无功用量的效果，不用给开关器材反并联二极管。电流型逆变电路 中，选用半控型器材的电路仍运用较多，换流方法有负载换流、逼迫换流。 57、 三相电压型逆变电路根本作业方法是 180°导电方法， 是指同一相上的两个开关器 件彼此导通各 180°。同一相（即同一半桥）上下两臂替换导电，各相开端导电的视点 差 120 °，任一瞬间有三个桥臂一起导通。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。 58、三相电压型逆变电路每一相的波形是幅值为 Ud/2 的矩形波负载线电压 uUV、uVW、 uWU 可由下式求出

　　电力电子技能 5-7 章常识主线、直接直流变流电路也称斩波电路（DC Chopper） 。功用是将直流电变为另一固定电 压或可调电压的直流电。这种状况下输入与输出之间不阻隔。直接直流变流电路在直 流变流电路中增加了沟通环节。 在沟通环节中一般选用变压器完结输入输出间的阻隔， 因此也称为直—交—直电路。 61．降压斩波电路运用一个全控型器材 V，若选用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅 助电路设置了续流二极管 VD，在 V 关断时给负载中电感电流供应通道。首要用于电子 电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等。一般串接较大电感 L 使负 载电流接连且脉动小。电流接连时负载电压的均匀值为 U o  斩波电路有三种操控方法 ☞脉冲宽度调制（PWM） ：T 不变，改动 ton。 ☞频率调制：ton 不变，改动 T。 ☞混合型：ton 和 T 都可调，改动占空比 62． 在图 5-1a 所示的降压斩波电路中， 已知 E=200V， R=10Ω， L 值极大， Em=30V， T=50μs， ton=20s,核算输出电压均匀值 Uo，输出电流均匀值 Io。 解：由于 L 值极大，故负载电流接连，所以输出电压均匀值为

　　原因：一是 L 储能之后具有使电压泵升的效果，二是电容 C 可将输出电压坚持住。 64、在图 5-2a 所示的升压斩波电路中，已知 E=50V，L 值和 C 值极大，R=20，选用脉 宽调制操控方法，当 T=40s，ton=25s 时，核算输出电压均匀值 Uo，输出电流均匀值 Io。 解：输出电压均匀值为： U o  输出电流均匀值为： I o 

　　既能够比电源电压高，也能够比电源电压低。 当 01/2 时为降压，当 1/21 时为升压， 因此将该电路称作升降压斩波电路。 与升降压斩波 电路比较，Cuk 斩波电路有一个显着的长处， 其输入电源电流和输出负载电流都是接连的， 且脉动很小，有利于对输入、输出进行滤波。 66、Sepic 斩波电路和 Zeta 斩波电路 CUK 电路 升降压斩波电路

　　67、沟通电力操控电路：只改动电压、电流或对电路的通断进行操控，而不改动频率 的电路。变频电路：改动频率的电路。沟通电力操控电路分为：沟通调压电路，沟通 调功电路，沟通电力电子开关 68、单相沟通调压电路是把两个晶闸管反并联后串联在沟通电路中， 经过对晶闸管的操控就能够操控沟通输出。的移相规模为 0≤≤，跟着的增大，Uo 逐步下降，逐步下降。当用 晶闸管操控时，只能进行滞后操控，使负载电流更为滞后。单相沟通调压电路负载电 流有效值 Io 与晶闸管电流有效值 IT 的关系式 I o  2I VT 69、图 6-3 能阐明 1、单相调压电路中，跟着阻抗角的增大，导通角的改动率变 大。 2、单相调压电路中，当阻抗角必守时，导通角跟着触发角的 增大而减小。 70、沟通调功电路的电路图与沟通调压电路相同，仅仅操控方法不同。经过改动接通 周波数与断开周波数的比值来调理负载所耗费的均匀功率 71、交交变频电路是把电网频率的沟通电直接改换成可调频率的沟通电的变流电路， 由于没有中心直流环节，因此归于直接变频电路。由两组反并联的晶闸管相控整流电 路构成，两组整流器按必定的频率替换作业，负载就得到该频率的沟通电。改动两组 变流器的切换频率，就能够改动输出频率0。 改动变流电路作业时的操控角，就可 以改动沟通输出电压的幅值。为使输出电压波形挨近正弦波，可按正弦规则对角进行 调制。在半个周期内让 P 组角按正弦规则从 90°减到 0°或某个值，再增加到 90°，每 个操控距离内的均匀输出电压就按正弦规则从零增至最高，再减到零；别的半个周期 可对 N 组进行相同的操控。 72、PWM（Pulse Width Modulation）操控便是对脉冲的宽度进行调制的技能，即经过

　　对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地取得所需求波形（含形状和幅值） 。 73、PWM 波形可分为等幅 PWM 波和不等幅 PWM 波两种，由直流电源发生的 PWM 波一般是等幅 PWM 波。 74、调制法把希望输出的波形作为调制信号，把承受调制的信号作为载波，经过信号 波的调制得到所希望的 PWM 波形。 一般选用等腰三角波或锯齿波作为载波， 其间等腰 三角波运用最多。 75、单极性 PWM 操控方法调制信号 ur 为正弦波，载波 uc 在 ur 的正半周为正极性的三 角波，在 ur 的负半周为负极性的三角波。双极性 PWM 操控方法在 ur 的半个周期内， 三角波载波有正有负，所得的 PWM 波也是有正有负。 76、三相桥式 PWM 逆变电路选用双极性操控方法 U、V 和 W 三相的 PWM 操控一般公 用一个三角波载波 uc，三相的调制信号 urU、urV 和 urW 顺次相差 120°。 、uUN’、uVN’和 uWN’ 的 PWM 波形都只要±Ud/2 两种电平。 输出线电压 PWM 波由±Ud 和 0 三种电平构成。 负载相电压的 PWM 波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud 和 0 共 5 种电平组成。 77、载波频率 fc 与调制信号频率 fr 之比 N= fc/fr 称为载波比，依据载波和信号波是否同 步及载波比的改动状况，PWM 调制方法可分为异步调制和同步调制两种。 78、异步调制是指载波信号和调制信号不坚持同步的调制方法称为异步调制。 一般保 持载波频率 fc 固定不变，因此当信号波频率 fr 改动时，载波比 N 是改动的。在信号波 的半个周期内， PWM 波的脉冲个数不固定， 相位也不固定， 正负半周期的脉冲不对称， 半周期内前后 1/4 周期的脉冲也不对称。当 fr 较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多， 脉冲不对称发生的晦气影响都较小，PWM 波形挨近正弦波。当 fr 增高时，N 减小，一 周期内的脉冲数削减，PWM 脉冲不对称的影响就变大，输出 PWM 波和正弦波的差异 变大，关于三相 PWM 型逆变电路来说，三相输出的对称性也变差。 79、同步调制是指载波比 N 等于常数，并在变频时使载波和信号波坚持同步的方法称 为同步调制。 fr 改动时载波比 N 不变，信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉

　　冲相位也是固定的。 80、在三相 PWM 逆变电路中，一般共用一个三角波载波，为了使三相输出波形严厉对 称和一相的 PWM 波正负半周镜对称，取 N 为 3 的整数倍且为奇数。当逆变电路输出 频率很低时，同步调制时的 fc 也很低，fc 过低时由调制带来的谐波不易滤除，当负载为 电动机时也会带来较大的转矩脉动和噪声；当逆变电路输出频率很高时，同步调制时 的 fc 会过高，使开关器材难以承受。