电力电子技术知识点汇总

电力电子技术

1.以电力为处理对象的电子技术称为电力电子技术。它是一门利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。

2.电力交换分为：交直变换（AC-DC 整流）直交变换（DC-AC 逆变）交交变换（AC-AC 交交变换）直直变换（DC-DC 斩波）

3.1957年美国的通用电气公司研制出第一个晶闸管。

4.电源：直流电源，恒压恒频交流电源，变压变频电源。

5.电源涉及不间断电源、电解电源、电镀电源、开关电源（SMPS）、计算机及仪器仪表电。

6.高压直流输电（HVDC）晶闸管控制电抗器（TCR）晶闸管投切电容器（SVC）有源电力滤波（APF）

7.为了减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般工作在开关状态。

8.低频时通态损耗电力电子器件功率损耗的主要成因;器件开关频率较高，开关损耗随增大而成为器件功率损耗主要因素。

9.电力二极管:螺栓型和平板型两种封装。

10.当施加的反向电压过大时，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态，这就是反向击穿。反向电流未被限制住,使得反向电流和反向电压的乘积超过了PN 结所容许的耗散功率，就会因热量散发不出去而导致PN结温度上升，直至过热而烧毁，这就是热击穿。PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现一定的电容效应。

11.正向平均电流IF（Av）是指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温皮平均值取标散热条件下，其允许流过的最大工频正弦平波电流的平均值。肖特基二极管是单极器件

12.为保证可靠，安全触发，触发电路所提供的触发电压、电流和功率都限制在可靠触发区。

13.实际中，应对晶闸管施加足够长时间的反向电压，使其充分恢复对正向电压的阻断能力，才能使晶闸管可靠关断。

14.GTR一般采用共发射极接法。为了保证安全，最高工作电压Ucem要比BUceo低的多。

15.当GTR的集电极电压升高至一次击穿电压临界值BUcEo时，集电极电流Ic会迅速增大，出现雪崩击穿，称之为一次击穿，一次击穿也称为电压击穿。一次击穿发生后，只要集电极电流Ic不超过与最大允许耗散功率相对应的电流限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不会发生变化。一次击穿发生后，如果不能有效地限制电流，就会发生二次击穿。二次击穿是指当GTR的集电极电流Ic增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降，二次击穿也称为电流击穿。

16.电力MOSFET主要是N沟道增强型，它具有优良的开关特征。大都采用垂直导电结构。

17.IGBT的擎住效应（简答）一旦J3结开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，导致集电极电流增大，造成器件由于功耗过高而损坏。这种电流失控的现象，被称为擎住效应或自锁效应,引发警住效应的原因可能是集电极电流过大(静态繁住效应)，也可能是ducE/dt过大(动态擎住效应)，温度升高也会加重发生擎住效应的危险。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擎住效应而确定的。防止措施：（1）设定IGBT的正向偏置安全工作区和反向偏置安全工作区中，FBSOA 由最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定; RBSOA由最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duce/dt确定。(2)在使用IGBT，要使栅极电流不超过最大允许电流IdM。(3)加大栅极电阻RG,以延长IGBT关断时间，减少重加duce/dt数值。

18.功率集成电路：将电力电子器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一个芯片上。

19.功率模块：简化对保护和缓冲电路的要求。智能功率模块（IPM）：把不同功能的功率单元与驱动单元及保护单元集成一个模块。

20.驱动电路要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般用光隔离和磁隔离。光隔离采用光耦合器；磁隔离的元器件一般都是脉冲变压器。

(1)晶闸管触发电路应满足下列要求。（简答）（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。对感性负载和反电势负载应采用宽脉冲或脉冲列，对变流器的启动、双星形带平衡电抗器电路的触发脉冲宽度应大于30”，三相全控桥电路应采用宽于60"的单宽脉冲或相隔60°的双窄脉冲。

(2)触发脉冲应有足够幅度但不要超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额且在可靠触发区域之内。脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍，且脉冲的前沿要尽可能地陡。

(3)触发脉冲要满足主电路移相范围的要求。

(4)施加触发脉冲的时刻要和晶闸管所承受的阳极电压保持同步。

(5)触发电路应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。

21.整流电路是能够直接将交流电能转换为直流电能的电路，利用晶闸管的可控单向导电性，可组成可控整流电路，把交流电能变成大小可调的直流电能。

22.逆变电路是把直流逆变交流电的电路，是整流的逆向过程。有源逆变是将逆变电路的交流侧接到交流电网上。无源逆变是逆变器的交流侧不与电网连接，是直接接到负载上，即将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。

23.晶闸管从承受正向电压起到触发导通之间的电角度α称为控制角(或移相角)。品闸管在个周期内导通的电角度称为导通角，用θ表示。

24.在相电压的交点wt1、wt2、wt3处，均出现了二极管换相，即电流由一个二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。

25.单相半波缺点：输出电压脉动大，其中电阻性负载电流脉动大，整流变压器二次侧绕组中存在直流电流分量，使铁芯磁化。变压器容量不能充分利用。

26.有源逆变的三个条件：(1)一定要有直流电动势源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致，其值应稍大于变流器直流侧的平均电压。（2）整流电路必须工作在a>π/2的区域内，使Ud<0。(3)回路中应有大电感，以使电流连续。

27.怎么确定β最小值：简答为了防止逆变失败，逆变角β不仅不能等于零，还不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。最小逆变角βmin要考虑（1）换相重叠角γ一般选取15°~25°（2）晶闸管关断时间tq所对应的电角度δ（3）安全裕量角θ一般选取θ为10°最小逆变角βmin≥γ+δ+θ≈30°~35°。设计有源逆变电路时，必须保证β大于βmin。

28.利用单结晶体管的负阻特性和RC电路充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路。

29.交-交变换电路目前大部分采用晶闸管进行变换，通过控制晶闸管在每一个电源周期内导通角的大小即可调节输出电压的大小，实现交流调压。通过对交流电源整个周波的通断控制即可实现交流调功。将两组晶闸管整流电路正反并联在负载两端，通过分别控制正反两组整流电路，使其在不同的时间段内导通即可实现交交变频。

30.电阻性负载的交流调压电路控制角α的移相范围0≤α≤π。

31.阻感性负载的交流调压电路控制角α的移相范围ρ≤α≤π。

32.交流调功电路采用的是通断控制。这种控制方式采用零触发方式。

33.斩波控制式电路交流调压电路输入电压与输入电流同相位，电路的功率因数基本接近于1。电源电流不含低次谐波，只包含与T有关的高次谐波，对电网的污染小，是较为理想的交流调压电路。

34.交交变频优点:只有一次变换，且使用电网换相，提高了变换效率;电路可以很方便地实现四象限工作;低频时输出波形接近正弦波。缺点:接线复杂，使用的晶闸管数量多;受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低。

35.直流斩波器的主要功能是直流变压与调压，当输出电压的平均值低于输人电压的平均值

时，称降压型斩波器;当输出电压的平均值高于输人电压的平均值时，称升压型斩波器;当输出电压的平均值既可高于输人电压的平均值又可低于输人电压的平均值时，称升降压型斩波器。

36.按直流电源与负载间的能量传递关系，输出电压与电流皆不可逆的斩波器称为单象限斩波器；输出电压或输出电流可逆的斩波器称为双单象限斩波器;出电流皆可逆的斩波器称为四单象限斩波器。

37.库克斩波器；SEPIC;ZETA.

38.桥式可逆斩波电路工作原理：VT3全关断、VT4全开通，等效为电流可逆斩波电路，通断控制VT1和VT2可使电流可正可负，而只向电动机提供个正电压。电动机工作于第1.2象限，VT1全关断，VT2全开通，通断控制VT3和VT4可等效为另一组电流可逆斩波电路，电流可正可负，而只向电动机提供一个负电压。电动机工作于第3.4象限。

39.隔离型DC- DC变换电路在输出与输入之间可引入隔离变压器，实现电气隔离。

40.变换器中变压器的磁通只在单方向变化，则称为单端变换器，如果开关管导通时电源将能量直接传送至负载则称为正激变换器，开关管导通时电源将能量转为磁能存储在电感中，当开关管断开时再将磁能变为电能传送至负载则称为反激变换器。

41.电流按要求的时刻和次序从一条支路转移到另一条支路的过程，也称换相（换流）。当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而见在支路内部终止流通而变为零时，就称为熄灭。

42.晶闸管换流分为电网换流，负载换流和强迫换流。电网换流即电源换流:依靠交流电源电压进行换流。负载换流：依靠变换器负载的某些特性实现晶闸管换流。强迫换流需要专门的换流环节或电路，其产生强制性反向电压或反向冲击电流，使晶闸管的电流迅速下降到零，它可以分为加反向电压换流和加反向冲击电流两类。强迫换流环节一般是由电容、电感等储能元件组成的谐振电路。

43.定频调宽（多用）PWM 定宽调频PFM 调频调宽PWM+PFM

44.开关电源优点：效率高、体积小、输入交流电压的适应范围宽、电路形式灵活多样。工作原理：通过取样电路获得其输出电压，将此电压与基准电压比较后，将其误差值放9大来控制脉宽调制信号产生的电路的占空比，进而控制功率开关输出导通与截止的占空比，使输出电压升高(或降低)，以得到所需的稳定的输出电压。

46.电压型电流型变频电路

47.高铁动车组综合调制过程:(1)列车启动时，调制比小、脉宽很窄，采用更低的开关频率150Hz。(2)加速至6. 2km/h时，开始增加开关频率。(3)当车速为9km/h、同步频率为5. 8Hz 时，进入异步调制区，开关频率固定保持为460Hz。(4)当加速至49km/h、同步频率为26Hz 时，进人同步调制区域，载频比N从15干始，依次变化为13、11、9、7、5、3。(5)当车速为222km/h、同步频率120Hz时，由3脉波切换为方波调制方式。(6)当列车最高运行速度为350km/h时，同步频率为190Hz。一般情况下，牵引变流器的开关频率最高约为600Hz。

48.过电压保护方法的原理图分析：(1)雷击过电压可在变压器一次侧接避雷器加以保护。(2)二次侧电压很高或电压比很大的变压器，一次侧合闸时，由于一次侧、二次侧绕组间存在分布电容，高电压可能通过分布电容耦合到二次侧而出现瞬时过电压。对此，可采取变压器附加屏蔽层接地或变压器星形中点通过电容接地的方法来减小电压。(3)阻容保护电路是变换器中使用最多的过电压保护措施。将电容并联在回路中，当电路中出现尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性可以有效地抑制电路中的过电压，与电容串联的电阻能消耗部分过电压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡。（4）压敏电阻可把浪涌电压限制在电力电子器件允许的电压范围内。

49.准谐振：电容加电感加一个开关零开关：两个开关分别并联电容、电感零转换：两个开关并联

全波整流电路工作在整流状态：R=电动机电枢绕组电阻。因为R阻值很小，其电压也很小，因此Ud≈E，此时电流从电动机反电动势E的正端流入，直流电动机吸收功率。如果电动机运动过程中使控制角α减小，则Ud增大，Id瞬时值也随之增大，电动机电磁转矩增大，所以电动机的转速提高。如果使α增大，则电动机转速下降，改变晶闸管的控制角可以无级调速。全波整流电路工作在逆变状态：电动势的极性改变了，而电流的方向未变，因此，功率的传递关系便发生了变化，电动机处于发电机状态，发出了直流功率，整流电路将直流功率逆变为50Hz的交流电反送到电网，这就是有源逆变工作状态。

50.重叠角γ：当α一定时，XB，Id增大则γ增大，即换流时间增大，因此大电流时更要考虑重叠角的影响。当XB,Id一定时，α越大，γ越小。利弊:变压器漏抗的存在能限制短路电流和抑制电流，电压的变化率。但漏抗的存在产生了换相重叠，使整流电路的交流输入端电压波形发生畸变。

4.斩波控制式交流调压电路工作原理：在输入电压U1的正半周，导通原则为VT1斩波导通，VT3始终导通。在输入电压U1的负半周，导通原则为VT2斩波导通，VT4始终导通。

5.直流斩波：通过控制主电路的接通与断开以将恒定的直流斩成断续的方波。

6.三相桥式变频电路特点：（1）直流侧为电压源（2）输出为矩形波（3）阻感负载时需要提供无功180°导通方式：（1）每桥臂导电180°，同一相上、下臂交替导电各相开始导电的角度相差120°（2）任一时刻有三个桥臂同时导通（3）换流为纵向换流

9、过电流保护方法

1交流进线电抗器，或采用漏抗大的整流变压器，利用电抗限制短路电流。

2电流检测装置，只有在电流不大的情况下这种保护才能有效。

3直流快速开关，可先于快速熔断器动作而达到保护电力电子器件的目的

4快速熔断器(图7-5中的FUF):在品闸管变换器中，快速熔断器是应用最普遍的过电流保护措施，可用于交流侧、直流侧和装置主电路。

14.斩波控制优点：斩波控制式电路交流调压电路输入电压与输入电流同相位，电路的功率因数基本接

近1；电路中电源电流不含低次谐波，只包含于T有关的高次谐波，对电网的污染小

交-交变频电路的优点:只有一次变换，且使用电网换相，提高了变换效率；电路可以很方便点的实现四象限工作；低频时输出波形接近正弦波

交-交变频电路缺点：接线复杂，使用的晶闸管数量多；受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低