电力电子
论文标题:IGBT模块热行为及可靠性研究
A Study on Thermal Behavior and Rcliability of Power IGBT Modules
论文作者王彦刚
论文导师吴武臣,论文学位硕士,论文专业半导体器件与微电子学
论文单位北京工业大学,点击次数28,论文页数81页File Size4551k
2000-05-01论文网https://www.360docs.net/doc/9515162153.html,/lunwen_699840622/ IGBT模块;热应力;可靠性;热阻IGBT Module;Thermal stress;Reliability;Thermal; resistance
绝缘栅双极晶体管被人们称为“最完善”的新一代电力电子器件，随着研制的日益完善，它已经作为电力电子设备的核心器件，并和MCT、SIT、SITH共同推动了现代电力电子技术的深刻变革，即被人们称谓的第二次电子工业革命。模块化是器件向高压大电流发展的必然，IGBT模块在当前电力电子器件市场占据着绝对主导地位，因之是目前竞争最激烈的热点。模块热性能是目前影响IGBT进一步发展的主要因素，也是目前IGBT模块生产中急待解决的问题。功率循环过程中IGBT模块多层结构的热应力是影响模块长期可靠性的最重要因素，但是目前市场上IGBT模块的功率循环寿命都不能满足实际需要，而且这方面的研究报道甚少，这无疑大大影响了IGBT模块的实际应用，研究模块封装热应力及最佳应力匹配设计对提高IGBT模块长期可靠性具有重要的理论及现实意义。热阻是器件热学特性的直接表征，也是电力电子系统和设备研制设计中最重要的设计依据。迄今为止，国内外尚未见到有关IGBT模块热阻测量方法及测试系统的报道，市场上也没有出现商品化的IGBT模块热阻测试仪，IGBT模块热阻测量方法研究具有巨大的科研学术价值，商品化的热阻测试仪是目前国内外市场急需。本文深入系统研究了IGBT的器件特性及工作原理；进行了IGBT 模块多层结构的热应力模拟、热应力失效、模块最佳应力封装设计及模块热应力作用下的失效情况的研究，进而提出了IGBT模块最佳应力封装设计模型，该设计模型能够使硅芯片及焊料层等封装结构中的脆性材料所受热应力达到最小，从而达到了提高模块长期可靠性的目的，并利用精心设计的温度循环实验首次准动态的观测到模块在热应力作用下诱发的焊料层蠕变失效及芯片破裂失效；本文还论述了IGBT的高温及低温工作特性，这对IGBT的合理利用具有指导意义；作者在深入研究器件热阻的基础上，依据IGBT模块结构特点及工作机理，研究出IGBT模块的热阻测量方法，在结温校准方法的基础上，利用现代计算机技术，独立研制出了热阻测试设备，该测试设备利用电学法测量模块结温，通过数据采集、A/D转换和接口通讯传输给计算机，同时，还开发出一套计算热阻的数据处理软件，利用这一套IGBT模块热阻测试设备，联机进行了IGBT模块热阻的测量，在测试过程中设备运行正常并测出了较为理想的模块热阻值。
Power semiconductor devices are going through a rapid evolution now. The so-called modem power devices, such as Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), Static Induction Thysistor (SITH), MOS-controlled Thyristor (MCT), Base Resistance Controlled Thyristor (BRT), and Emitter Switched Thyristor (EST) have rapidly developed in the past decades, which play an important role in the evolution of power electronics. Among the innovative power devices mentioned above, IGBT modules get more and more acceptance and are increasingly used in the power industry as high-voltage and high-power components. So far, there are few published research reports on the thermal stress behavior and reliability of power IGBT modules, which might be the following reasons. (a) Compared with power MOSFET (VDMOS), power bipolar transistors (BJT), and gate turn off thyristor, IGBT modules have a shorter application history. (b) The rapid development of IGBT modules with increasing power capacity, for example, 4000 VI3000A IGBT modules are introduced to the power semiconductor market. (c) High cost of reliability test of IGBT modules. From the point of view of application reliability, it is obviously
important to carry out the study on the field of IGBT thermal design and reliability, which has not only the scientific research significance but also the industrial meaning. The first chapter and the third chapter in this thesis are mainly book-research results, covering a range from IGBT working mechanism, IGBT thermal behavior, and parameter抯characteristics to thermal stress problem. These two parts are the fundamental to a deeper research of chapter 2 and 4. Nobody could ignore the importance of IGBT package-related problem. In fact, package-related reliability problems are limiting IGBT modules to enter a more wide range of application. The thermal stress problems of IGBT packaging were studied theoretically in chapter 2. This work is a continuation of professor Wu抯former research work but much deeper. The numerical simulation results of layer抯stress and layer抯strain, by one more powerful computer software, indicate the influence of packaging structure and temperature on the reliability. Further, 搊ptimum packaging stress design method? has been propounded, which might be meaningful to the existing IGBT packaging design. A skillful temperature cycling test not only revealed the quasi-dynamic forming and growing process of solder holes and cracks but also supported the thermal stress simulation results. 11 Thermal resistance problem is another core of this thesis, included in chapter 4. There is no published report on IGBT thermal resistance measurement worldwide, which is more or less an odd situation but leaves us the chance. IGBT thermal resistance measuring system was developed and came to work based on studying the thermal resistance measuring method. This system includes measuring circuit, control circuit, signal process circuit, and measuring software specially developed for this work. The work in chapter 4 is an underlying but an opening-up one. Finally, I would like to express my extreme thanks to Professor Wu for his advice and instruction, without his strict training and encouragement this thesis couldn抰come to being. A special word like to thanks to Mr. Wu Li, Miss Xueqing Cui, Zhang Guangming and Chen Peng for their helpful collaboration.
电力电子
我国大容量电力电子技术与应用发展综述 摘要:大容量电力电子技术使用大功率半导体器件，通过信息流对能量流的精确 控制，实现电能的有效变换与传输。大容量电力电子装置广泛应用在电气节能、新能源发电、电力牵引、智能电网以及军工装备等领域的关键环节，对国民经 济发展、工业生产及国家安全起到重要作用。本文综述了我国在大容量电力电 子技术与应用方面的最新进展，比较了国内外大容量电力电子研究现状的差距，并在此基础上展望和讨论了大容量电力电子技术的未来发展趋势及我国应采取 的相应对策。 关键词：大容量电力电子功率半导体器件装置和系统 1引言 大容量电力电子技术是使用大功率半导体器件，通过信息流对能量流的精确控制以实现电能的有效变换与传输的技术，包括大功率电力电子器件、电力电子装置和系统应用三个方面，涉及电力电子器件（上游）和电力电子设备和系统（中游）、电力电子技术在各个行业的应用（下游）三个领域。与以信息处理为主的微电子技术和常规小容量电力电子技术不同，大容量电力电子技术面对的主要功率等级在几百千瓦乃至几十吉瓦以上，电压等级在千伏乃至几十万伏以上，电流容量在几百安培乃至上万安培以上，在不同应用领域起到重大作用[1]。 近几年来，随着电气节能、新能源发电、电力牵引、智能电网以及军工装备等应用领域的高速发展，对大容量电力电子装置和系统的需求越来越大，无论是传统产业，还是高新技术产业，都迫切需要提供大容量、高质量、可靠及可控的电能。大容量电力电子装置和系统已经成为弱电控制与强电运行之间，信息技术与先进制造技术之间，传统产业实现自动化、智能化、节能化和机电一体化之间的桥梁，被广泛应用于能源、交通、工业制造和航空航天等领域，特别在面向我国新一代电网系统和大型电力牵引系统应用中（如高铁、舰船等），随着中高压直流变换技术、分布式新能源发电技术以及电力传动技术的长足发展，大容量电力电子变换装置和系统正成为大幅提升柔性交直流电网输送能力和电力牵引控制能力的关键装置和核心接口设备。目前大容量电力电子技术和应用正处在快速发展的阶段。从学科发展角度来看，仍存在两个关键问题: 即大功率电力电子器件的功率处理水平与电力电子装置容量和性能需求之间的矛盾问题，电力电子装置的电能变换能力与系统应用需求之间的矛盾问题。需要有不断的技术创新去解决这两个矛盾。目前主要方法为:发展以大功率电力电子器件为核心的装置分析和设计技术，提高装置的电能变换能力；发展以拓扑和控制为核心的组合式电力电子技术，提高系统在不同领域的应用潜力。
电力电子技术知识点
（供学生平时课程学习、复习用，●为重点） 第一章绪论 1.电力电子技术：信息电子技术----信息处理，包括：模拟电子技术、数字电子技术 电力电子技术----电力的变换与控制 2. ●电力电子技术是实现电能转换和控制，能进行电压电流的变换、频率的变换及相 数的变换。 第二章电力电子器件 1.电力电子器件分类：不可控器件：电力二极管 可控器件：全控器件----门极可关断晶闸管GTO电力晶体管GTR 场效应管电力PMOSFET绝缘栅双极晶体管IGBT及其他器件 ☆半控器件----晶闸管●阳极A阴极K 门极G 2.晶闸管 1）●导通：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触电电流的情况晶闸管才能开通。 ●关断：外加电压和外电路作用是流过晶闸管的电流降到接近于零 ●导通条件：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流 ●维持导通条件：阳极电流大于维持电流 当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才会开通。 当晶闸管导通，门极失去作用。 ●主要参数：额定电压、额定电流的计算，元件选择 第三章 ●整流电路 1.电路分类：单相----单相半波可控整流电路单相整流电路、桥式（全控、半控）、单相全波可控整流电路单相桥式（全控、半控）整流电路 三相----半波、●桥式（●全控、半控） 2.负载：电阻、电感、●电感+电阻、电容、●反电势 3.电路结构不同、负载不同●输出波形不同●电压计算公式不同
单相电路 1.●变压器的作用：变压、隔离、抑制高次谐波（三相、原副边星/三角形接法） 2.●不同负载下，整流输出电压波形特点 1）电阻电压、电流波形相同 2）电感电压电流不相同、电流不连续，存在续流问题 3）反电势停止导电角 3.●二极管的续流作用 1）防止整流输出电压下降 2）防止失控 4.●保持电流连续●串续流电抗器，●计算公式 5.电压、电流波形绘制，电压、电流参数计算公式 三相电路 1.共阴极接法、共阳极接法 2.触发角ā的确定 3.宽脉冲、双窄脉冲 4.●电压、电流波形绘制●电压、电流参数计算公式 5.变压器漏抗对整流电流的影响●换相重叠角产生原因计算方法 6.整流电路的谐波和功率因数 ●逆变电路 1.●逆变条件●电路极性●逆变波形 2.●逆变失败原因器件触发电路交流电源换向裕量 3.●防止逆变失败的措施 4.●最小逆变角的确定 触发电路 1.●触发电路组成 2.工作原理 3.触发电路定相 第四章逆变电路
电力电子术语中英文对照
电力电子技术术语 Absorber Circuit 吸收电路 ＡＣ／ＡＣFrequency Converter 交交变频电路 AC power control 交流电力控制 AC Power Controller 交流调功电路 AC Power Electronic Switch 交流电力电子开关 AC Voltage Controller 交流调压电路Asynchronous Modulation 异步调制 Baker Clamping Circuit 贝克箝位电路 Bi-directional Triode Thyristor 双向晶闸管 Bipolar Junction Transistor-- BJT 双极结型晶体管 Boost-Buck Chopper 升降压斩波电路 Boost Chopper 升压斩波电路 Boost Converter 升压变换器 Bridge Reversible Chopper 桥式可逆斩波电路Buck Chopper 降压斩波电路 Buck Converter 降压变换器Commutation 换流 Conduction Angle 导通角 Constant Voltage Constant Frequency--CVCF 恒压恒频Continuous Conduction--CCM （电流）连续模式Control Circuit 控制电路CUK Circuit CUK 斩波电路 Current Reversible Chopper 电流可逆斩波电路Current Source Type Inverter--CSTI 电流（源）型逆变电路Cycloconvertor 周波变流器 DC-AC-DC Converter 直交直电路 DC Chopping 直流斩波 DC Chopping Circuit 直流斩波电路 DC-DC Converter 直流－直流变换器Device Commutation 器件换流 Direct Current Control 直接电流控制Discontinuous Conduction mode （电流）断续模式Displacement Factor 位移因数 Distortion Power 畸变功率 Double End Converter 双端电路 Driving Circuit 驱动电路 Electrical Isolation 电气隔离 Fast Acting Fuse 快速熔断器 Fast Recovery Diode 快恢复二极管 Fast Recovery Epitaxial Diodes 快恢复外延二极管Fast Switching Thyristor 快速晶闸管 Field Controlled Thyristor 场控晶闸管 Flyback Converter 反激电流
电力系统自动化试卷及思考题答案2014年(华北电力大学)
1.那些实验是在EMS平台下进行？那些实验是在DTS平台下进行？ EMS：1）电力系统有功功率分布及分析；2）电力系统无功功率分布及分析；3）电力系统综合调压措施分析；4）电力系统有功-频率分布；5）电力系统潮流控制分析；6）电力系统对称故障计算及分析；7）电力系统不对称故障及计算分析 DTS：1）电力系统继电保护动作特性分析；2）电力系统稳定性计算及分析；3）电力系统继电保护动作情况与系统稳定性关系分析 2.欲调节电压幅值，调有功P有效还是无功Q有效？为什么？ 1）电压对无功变化更敏感，有功虽然对电压也有影响但是比较小 2）只考虑电压降落的纵分量：△U=(PR+QX)/U，从公式看出，电压降落跟有功P和无功Q 都有关系，只不过在高压输电系统中，电抗X>>R，这样，QX在△U的分量更大，调节电压幅值就是在调节无功。 3.重合闸有什么好处？若电气故障设为三相短路，故障分别持续t1和t2时长，则两个实验结果有什么不同？ 重合闸好处：1）在线路发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而提高供电可靠性；2）对于有双侧电源的高压输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量；3）可以纠正由于断路器机构不良，或继电器误动作引起的误跳闸 故障延时长的接地距离一段动作次数，相间距离一段动作次数，三相跳开次数比故障延时短的多，开关三相跳开的次数多。 4,.以实验为例，举例说明继电保护对暂态稳定的影响？ 实验八中，实验项目一体现出选保护具有选择性，当其故障范围内出现故障时，有相应的断路器动作跳闸。实验项目二体现出保护是相互配合的。当本段拒动时，由上一级出口动作跳闸。实验项目三做的是自动重合闸的“前加速”和“后加速”保护。继电保护快速切除故障和自动重合闸装置就是使故障对系统的影响降到最低，尽早的将故障切除能避免故障电流对设备的冲击减小对系统的扰动，有利于暂态稳定的实现。 5.·在电力系统潮流控制分析试验中，可以通过改变发电机的无功进行潮流调整，也可以通过改变发电机所连升压变压器的分接头进行潮流调整，实验过程中这两项调整对发电机的设置有何不同？为什么？ 改变发电机无功：设置发电机无功时以10MV AR增长。不能保证发电机有功功率和发电机电压恒定，他们可能会随着无功功率的改变有微小的变化。 改变变压器分接头：设置此时发电机相当于一个PV节点，即恒定的有功P和不变的电压U。原因：发电机是无功电源，也是有功电源，是电能发生元件；变压器是电能转换元件，不产生功率。 7在实验中考虑了哪些调压措施？若某节点电压（kv）/无功……电压升高3kv，则应补偿多少电容？ 【实验】调节发电机端电压（调节有功，调节无功），调整变压器分接头 【百度】电力系统的调压措施主要有： 1靠调节发电机机端电压调压 2靠改变变压器分接头调压 3靠无功补偿调压 4靠线路串连电容改变线路参数调压 我的实验灵敏度系数为0.075，所以若电压升高3kv，应补偿3/0.075=40Mvar的电容 8在调频实验中。对单机单负荷系统，若发电机的额定功率……频率怎么变化？当负荷功率大于发电机功率的额定功率…… 通过K=△p/△f来判断f如何变化 9、几个实验步骤 实验九试探法求故障切除实验的实验步骤
基于MATLAB的电力电子技术课程设计报告
《电力电子技术》 课程设计报告 题目：基于MATLAB的电力电子技术 仿真分析 院（系）：机电与自动化学院 专业班级：电气工程及其自动化11XX 学生姓名：XXX 学号：2011113XXXX 指导教师：XXX 2014年1月13日至2014年1月17日 华中科技大学武昌分校
电力电子技术课程设计任务书
目录 第1章 MATLAB软件及仿真集成环境Simulink简介 (1) 1.1 MATLAB及Simulink简介 (1) 1.2 Simulink系统的操作步骤 (1) 1.3 电气元件模块库 (2) 第2章电力电子技术仿真分析 (3) 2.1单相半波可控整流电路仿真 (3) 2.1.1 单相半波可控整流电路基本原理 (3) 2.1.2 电阻负载时仿真分析 (4) 2.1.3 阻感负载仿真分析 (5) 2.2 晶闸管三相桥式整流电路的仿真 (7) 2.2.1电路图及工作原理 (7) 2.2.2 仿真模型及波形 (8) 2.3 Boost变换器的仿真 (11) 2.3.1电路图及工作原理 (11) 2.3.2 仿真模型及波形 (11) 2.4 相位控制的晶闸管单相交流调压器系统的仿真 (12) 2.4.1电路图及工作原理 (12) 2.4.2仿真模型及波形 (13) 第3章总结 (15) 课程设计成绩评定表 (16)
第1章MATLAB软件及仿真集成环境Simulink简介 1.1 MATLAB及Simulink简介 MATLAB软件是美国MathWorks公司在20世纪80年代中期推出的高性能数值计算软件,经过近30年的开发和更新换代,该软件已成为合适多学科功能十分强大的软件系统,成为线性代数、数字信号处理、自动控制系统分析、动态系统仿真等方面的强大工具。MATLAB中含有一个仿真集成环境Simulink,其主要功能是实现各种动态系统建模、仿真与分析。在MATLAB启动后的系统界面中的命令窗口输入”SIMULINK”指令就可以启动SIMULINK仿真环境。启动SIMULINK后就进入了浏览器既模版库，在图中左侧为以目录结构显示的17类模版库名称（因软件版本的不同，库的数量及其他细节可能不同），选中模版库后，即会在右侧窗口出现该模型库中的各种元件或子库。 Simulink支持连续、离散系统以及连续离散混合系统、非线性系统等多种类型系统的仿真分析，本书中将主要介绍和电力电子电路仿真有关的元件模式及仿真方法。对于电力电子电路及系统的仿真，除需使用Simulink中的基本模板外，用到的主要元件模型集中在电气系统仿真库SimPowerSystem中，该模型库提供了电气系统中常用元件的图形化的图形化元件模型，包括无源元件、电力电子器件、触发器、电机和测量元件等。图形的元件模型使使用者可以快速并且形象地构建所需仿真系统结构。 1.2 Simulink系统的操作步骤 在Simulink系统中，执行菜单“File”下“New”、“Model”命令即可产生一个新的仿真模型编辑窗口，在窗口中可以采用形象的图形编辑的方法建立仿真对象、编辑元件及系统相关参数，进而完成电路及系统的仿真系统。具体步骤为：建立一个新的仿真模型编辑窗口后，首先从Simulink模块中选择所仿真电路或系统所需要的元件或模块搭建系统，方法为在Simulink模块库中所选元件位置按住鼠标左键将元件拖拽至所建编辑窗口的合适位置，不断重复该过程直至所有元件均放置完毕。 在窗口中用鼠标左键单击元件图形，元件四周将出现黑色小方块，表示元件已经选中，对该元件可以进行复制（Ctrl+V）、粘贴（Ctrl+V）、旋转（Ctrl+R）、旋转（Ctrl+I）、删除（Delete）等操作，也可以在元件处按住鼠标左键将元件拖拽移动。 需要改变元件大小时可以选定该元件，将鼠标移至元件四周的黑色小方块，待鼠标指针变为箭头形状时按住鼠标左键将元件拖拽至合适尺寸。 需要改变元件参数，可以在该元件处双击鼠标左键，即可弹出该元件的参数
模电数电及电力电子技术知识点
集成运算放大电路 输入级采用高性能的恒流源差动放大电路 要求输入阻抗高、差摸放大倍数大、共模抑制比高、差摸输入电压及共模输入电压范围大且静态电流小 作用减少零点漂移和抑制共模干扰信号 中间级采用共射放大电路 作用提供较高的电压增益 输入级要求其输出电压范围尽可能宽、输出电阻小以便有较强的带负载能力且非线性失真小 采用准互补输出级 偏置电路确定合适的静态工作点 采用准互补输出级 综合高差摸放大倍数、高共模抑制比、高输入阻抗、高输出电压、低输出阻抗的双端输入单端输出的差动放大器交直流反馈的判断电容隔直通交直流：短路交流：开路 串并联反馈的判断输入信号与反馈信号同时加在一个输入端上的是并联，反之 电压电流反馈的判断反馈电路直接从输出端引出的是电压反馈从负载电阻RL的靠近 “地”端引出的是电流反馈 直流脉宽调制PWM变换器 将固定电压的直流电源变换成大小可调的直流电源的DC-DC变换器又称直流斩波器。 它能从固定输入的直流电压产生出经过斩波的负载电。负载电压受斩波器工作率的控制。变 更工作率的方法与脉冲宽度调制（斩波频率f=1/T不变，改变导通时间t on）和频率调制（导 通时间t on或关断时间t off不变，改变斩波周期T即斩波频率f=1/T）两种。 斩波器的基本回落方式有升压（斩波器所产生的输出电压高于输入电压）和降压两种，改变回落元件的连接就可改换回路的方式。 用晶闸管作为开关的斩波器，由于晶闸管无自关断能力，它在直流回路里工作是，必须有一套使其关断的（强迫）换相（流）电路。晶闸管的换流方式有：电源换流、负载换流和 强迫换流。 负载换流缺点主要是电骡的揩振频率与L和C的大小有关，随着负载与频率的变化，换流的裕量也随之改变。 为了可靠换流，换流脉冲的幅值应足以消去晶闸管中的电流，脉冲的宽度应保证大于晶闸管的关断时间。 晶闸管斩波器的缺点是需要庞大的强迫换流电脑，是设备体积增大和损耗增加；而且斩波开关频率也低，致使斩波器电流的脉动幅度大，电源揩波也大，往往需加滤波器。 直流PWM变换器分不可逆、可逆输出两大类。前者输出只有一种极性的电压，而后者可输出正或负极性电压。如果在一个斩波周期中输出电压正、负相间的称为双极式可逆PWM 变换器；如果在一个斩波周期中输出电压只有一种极性电压的称为单极式可逆PWM变换 器。 双极式可逆PWM变换器的输出电压Uab在一个周期正、负相间。单机式可逆PWM变换器只在一个阶段中输出某一极限的脉冲电压+Uab或—Uab，在另一阶段中Uab=0. 无制动作用的不可逆输出PWM变换器电流始终是一个方向，因此不能产生制动作用，电动机只能作单象限运行，又称为受限式脉宽调制电路。 受限单极式可逆PWM变换器与单极式可逆PWM变换器的不同是避免了上下两个开关直通的可能性。 双极式脉宽调制器由三角波振荡器、电压比较器构成，单极式脉宽调制器由两只运算放
基于Simulink电力电子课设-正文
电力电子系统计算机仿真 第四组 说 明 书 学院：电信学院 班级： 学号： 姓名： 日期：2010年12月2日
目录 前言-----------------------------------------------------3 摘要-----------------------------------------------------3 第一章电力电子常用的仿真软件介绍----------------------4 1.1 MATLAB----------------------------------------------4 1.2 SPICE-----------------------------------------------4 1.3 PSIM------------------------------------------------4 1.4 Saber-----------------------------------------------4 1.5 Simulink--------------------------------------------4 第二章电力电子器件的概念和特征-------------------------6 2.1概念--------------------------------------------------------------------------------6 2.2电力电子器件基本模型-----------------------------------------------------6 2.3 电力电子器件的一般特征--------------------------------------------------6 第三章常见的几种电力器件-------------------------------8 3.1 电力二极管----------------------------------------------------------------------8 3.2 晶闸管-----------------------------------------------9 3.3 门极可关断晶闸管------------------------------------10 3.4 电力晶体管------------------------------------------11 第四章电力电子元件仿真介绍----------------------------12 4.1电力二极管仿真--------------------------------------------------------------12 4.2晶闸管仿真----------------------------------------------------------------------14
电力电子技术课程重点知识点总结
1.解释GTO、GTR、电力MOSFET、BJT、IGBT，以及这些元件的应用范围、基本特性。 2.解释什么是整流、什么是逆变。 3.解释PN结的特性，以及正向偏置、反向偏置时会有什么样的电流通过。 4.肖特基二极管的结构，和普通二极管有什么不同 5.画出单相半波可控整流电路、单相全波可控整流电路、单相整流电路、单相桥式半控整流电路电路图。 6.如何选配二极管（选用二极管时考虑的电压电流裕量） 7.单相半波可控整流的输出电压计算（P44） 8.可控整流和不可控整流电路的区别在哪 9.当负载串联电感线圈时输出电压有什么变化（P45） 10.单相桥式全控整流电路中，元件承受的最大正向电压和反向电压。 11.保证电流连续所需电感量计算。 12.单相全波可控整流电路中元件承受的最大正向、反向电压（思考题，书上没答案，自己试着算） 13.什么是自然换相点，为什么会有自然换相点。 14.会画三相桥式全控整流电路电路图，波形图（P56、57、P58、P59、P60，对比着记忆），以及这些管子的导通顺序。
15.三相桥式全控整流输出电压、电流计算。 16.为什么会有换相重叠角换相压降和换相重叠角计算。 17.什么是无源逆变什么是有源逆变 18.逆变产生的条件。 19.逆变失败原因、最小逆变角如何确定公式。 做题：P95：1 3 5 13 16 17，重点会做 27 28，非常重要。 20.四种换流方式，实现的原理。 21.电压型、电流型逆变电路有什么区别这两个图要会画。 22.单相全桥逆变电路的电压计算。P102 23.会画buck、boost电路，以及这两种电路的输出电压计算。 24.这两种电路的电压、电流连续性有什么特点 做题，P138 2 3题，非常重要。 25.什么是PWM,SPWM。 26.什么是同步调制什么是异步调制什么是载波比，如何计算 27.载波频率过大过小有什么影响 28.会画同步调制单相PWM波形。 29.软开关技术实现原理。
电力电子-专业词汇中英文对照
电力电子-专业词汇中英文对照（一） AbsorberCircuit 吸收电路 AC/ACFrequencyConverter 交交变频电路ACpowercontrol交流电力控制ACPowerController交流调功电路ACPowerElectronicSwitch交流电力电子开关AcVoltageController交流调压电路AsynchronousModulation异步调制BakerClampingCircuit贝克箝位电路 Bi-directionalTriodeThyristor双向晶闸管BipolarJunctionTransistor--BJT双极结型晶体管Boost-BuckChopper升降压斩波电路Boost Chopper升压斩波电路BoostConverter升压变换器BridgeReversibleChopper桥式可逆斩波电路BuckChopper降压斩波电路BuckConverter降压变换器Commutation 换流 Conduction Angle 导通角ConstantVoltageConstantFrequency--CVCF 恒压恒频
ContinuousConduction--CCM （电流）连续模式ControlCircuit 控制电路 CukCircuit CUK斩波电路CurrentReversible Chopper 电流可逆斩波电路CurrentSourceTypeInverter--CSTI 电流（源）型逆变电路Cycloconvertor 周波变流器 DC-AC-DC Converter 直交直电路 DCChopping 直流斩波 DCChoppingCircuit 直流斩波电路 DC-DCConverter 直流－直流变换器DeviceCommutation 器件换流DirectCurrentControl 直接电流控制DiscontinuousConductionmode （电流）断续模式displacementfactor 位移因数 distortionpower 畸变功率 doubleendconverter 双端电路 drivingcircuit 驱动电路 electricalisolation 电气隔离 fastactingfuse 快速熔断器 fastrecoverydiode 快恢复二极管fastrevcoveryepitaxialdiodes 快恢复外延二极管
华北电力大学电力系统分析考研及期末考试必备
华北电力大学电力系统分析考研及期末考试必备 1、什么是动力系统、电力系统、电力网? 答:通常把发电企业的动力设施、设备和发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能热能生产、输送、分配、使用的统一整体称为动力系统; 把由发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能生产、输送、分配、使用的统一整体称为电力系统; 把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网。 2、现代电网有哪些特点? 答:1、由较强的超高压系统构成主网架。2、各电网之间联系较强,电压等级相对简化。3、具有足够的调峰、调频、调压容量,能够实现自动发电控制,有较高的供电可靠性。4、具有相应的安全稳定控制系统,高度自动化的监控系统和高度现代化的通信系统。5、具有适应电力市场运营的技术支持系统,有利于合理利用能源。 3、区域电网互联的意义与作用是什么? 答:1、可以合理利用能源,加强环境保护,有利于电力工业的可持续发展。 2、可安装大容量、高效能火电机组、水电机组和核电机组,有利于降低造价,节约能源,加快电力建设速度。 3、可以利用时差、温差,错开用电高峰,利用各地区用电的非同时性进行负荷调整,减少备用容量和装机容量。 4、可以在各地区之间互供电力、互通有无、互为备用,可减少事故备用容量,增强抵御事故能力,提高电网安全水平和供电可靠性。 5、能承受较大的冲击负荷,有利于改善电能质量。 6、可以跨流域调节水电,并在更大范围内进行水火电经济调度,取得更大的经济效益。 4、电网无功补偿的原则是什么? 答:电网无功补偿的原则是电网无功补偿应基本上按分层分区和就地平衡原则考虑,并应能随负荷或电压进行调整,保证系统各枢纽点的电压在正常和事故后均能满足规定的要求,避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率。 5、简述电力系统电压特性与频率特性的区别是什么? 答:电力系统的频率特性取决于负荷的频率特性和发电机的频率特性(负荷随频率的变化而变化的特性叫负荷的频率特性。发电机组的出力随频率的变化而变化的特性叫发电机的频率特性),它是由系统的有功负荷平衡决定的,且与网络结构(网络阻抗)关系不大。在非振荡情况下,同一电力系统的稳态频率是相同的。因此,系统频率可以集中调整控制。 电力系统的电压特性与电力系统的频率特性则不相同。电力系统各节点的电压通常情况下是不完全相同的,主要取决于各区的有功和无功供需平衡情况,也与网络结构(网络阻抗)有较大关系。因此,电压不能全网集中统一调整,只能分区调整控制。
电力电子的应用
电力电子的应用 电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代，柔性交流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。 二、电力电子技术的应用 自20世纪80年代，柔性交流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。已有不少文献介绍和总结了相关设备的基本原理和应用现状。以下按照电力系统的发电、输电和配电以及节电环节，列举电力电子技术的应用研究和现状。 (一)在发电环节中的应用 电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备，电力电子技术的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。 1大型发电机的静止励磁控制 静止励磁采用晶闸管整流自并励方式，具有结构简单、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。 2水力、风力发电机的变速恒频励磁 水力发电的有效功率取决于水头压力和流量，当水头的变化幅度较大时(尤其是抽水蓄能机组)，机组的最佳转速便随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率，可使机组变速运行，通过调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。 3发电厂风机水泵的变频调速 发电厂的厂用电率平均为8%，风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的65%，且运行效率低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有众多的生产厂家，并不完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧联 合开发。 (二)在输电环节中的应用 电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命”，大幅度改善了电力网的稳定运行特性。 1、直流输电(HVDC)和轻型直流输电(HVDC Light)技术 直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电拥有独特的优势。1970年世界上第一项晶闸管换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。
电力电子必备知识点
电力电子必背知识点 1.电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。 2.电力电子器件的基本特性注：很重要，一定记住 （1）电力电子器件一般都工作在开关状态。 （2）电力电子器件的开关状态由（驱动电路）外电路来控制。（3）在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗）很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。3.按器件的开关控制特性可以分为以下三类： ①不可控器件：器件本身没有导通、关断控制功能，而需要根据电路条件决定其导通、关断状态的器件称为不可控器件。如：电力二极管（Power Diode）； ②半控型器件：通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件。如：晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件等； ③全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，称为全控型器件。 如：门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor ）、功率场效应管（Power MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor）等。 4.前面已经将电力电子器件分为不可控型、半控型和全控型。按控制信号的性质不同又可分为两种： ①电流控制型器件： 此类器件采用电流信号来实现导通或关断控制。如：晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT等； ②电压控制半导体器件：
这类器件采用电压控制（场控原理控制）它的通、断，输入控制端基本上不流过控制电流信号，用小功率信号就可驱动它工作。如：代表性器件为MOSFET管和IGBT管。 5.几点结论（重要） 1.晶闸管具有单向导电和可控开通的开关特性。 2.晶闸管由阻断状态转为导通状态时，应具备两个条件：从主电路看，晶闸管应承受正向阳极电压；从控制回路看，应有符合要求的正向门极电流。 3.晶闸管导通后，只要具备维持导通的主回路条件，晶闸管就维持导通状态，门极便失去控制作用，其阳极电流由外电路决定。 4.欲使晶闸管关断，必须从主电路采取措施，使晶闸管阳极电流下降至维持电流之下，通常还要施加一定时间的反向阳极电压。 6.晶闸管的正向特性 IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。晶闸管本身的压降很小，在1V 左右。导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。Ih称为维持电流。 7.晶闸管的反向特性 晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管发热损坏。 1）维持电流ＩＨ： 在室温下门极断开时，元件从较
电力电子术语中英文对照
电力电子技术术语Absorber Circuit 吸收电路 ＡＣ／ＡＣFrequency Converter 交交变频电路AC power control交流电力控制AC Power Controller交流调功电路AC Power Electronic Switch交流电力电子开关AC Voltage Controller交流调压电路Asynchronous Modulation异步调制 Baker Clamping Circuit贝克箝位电路 Bi-directional Triode Thyristor双向晶闸管 Bipolar Junction Transistor-- BJT双极结型晶体管Boost-Buck Chopper升降压斩波电路Boost Chopper升压斩波电路Boost Converter升压变换器Bridge Reversible Chopper桥式可逆斩波电路Buck Chopper 降压斩波电路Buck Converter降压变换器Commutation 换流Conduction Angle 导通角Constant Voltage Constant Frequency--CVCF 恒压恒频Continuous Conduction--CCM （电流）连续模式Control Circuit 控制电路
CUK Circuit CUK 斩波电路 Current Reversible Chopper 电流可逆斩波电路Current Source Type Inverter--CSTI 电流（源）型逆变电路Cycloconvertor 周波变流器 DC-AC-DC Converter 直交直电路 DC Chopping 直流斩波 DC Chopping Circuit 直流斩波电路 DC-DC Converter 直流－直流变换器Device Commutation 器件换流 Direct Current Control 直接电流控制Discontinuous Conduction mode （电流）断续模式Displacement Factor 位移因数Distortion Power 畸变功率 Double End Converter 双端电路 Driving Circuit 驱动电路 Electrical Isolation 电气隔离 Fast Acting Fuse 快速熔断器 Fast Recovery Diode 快恢复二极管 Fast Recovery Epitaxial Diodes 快恢复外延二极管Fast Switching Thyristor 快速晶闸管 Field Controlled Thyristor 场控晶闸管 Flyback Converter 反激电流 Forced Commutation 强迫换流
电力系统继电保护原理习题(华电继保)
电力系统继电保护原理习题 第一章绪论 1、什么是主保护、后备保护？什么是近后备保护、远后备保护？在什么情况下 依靠近后备保护切除故障？在什么情况下依靠远后备保护切除故障？ 答：主保护是一次保护，当发生故障时瞬时动作； 后备保护是在主保护不动作时再动作，一般有延时来判断主保护动作与否，它包括近后备和远后备。 远后备保护是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备保护。 近后备保护是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护来实现的后备的保护；当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现后备保护 2 、说明对电力系统继电保护有那些基本要求。 答：可靠性（安全性和信赖幸），速动性，灵敏性和选择性。 3、简要说明继电保护装置的一般构成以及各部分的作用。 4、针对下图系统，分别在D1、D2、D3点故障时说明按选择性的要求哪些保护应动作跳闸。
第二章 电网的电流保护 1、分析电流保护中各段如何保证选择性？各段的保护范围如何，与哪些因素有关？ 2、什么是继电器的返回系数，增量动作继电器、欠量动作继电器的返回系数有什么区别？ 3、在图示网络中，试分析断路器1DL 、4DL 和9DL 保护的最大和最小运行方式。 4、在图所示网络中，线路AB 电源端装有三段式电流保护，线路BC 装有二段式电流保护，均采用不完全星形接线方式，系数参数如图所示，线路AB 和BC 的最大负荷电流分别为2.3A 和2A ，线路BC 的过电流保护动作时限为3S ，负荷自起动系数为1。试计算：(1)、线路AB 和BC 各段电流继电器的动作电流set I 和时间继电器的动作时限set t 。(2)、求出无时限电流速断的保护范围和校验Ⅱ、Ⅲ段的灵敏度。 （ 1.1, 2.1===III rel II rel I rel K K K ） 5、如图所示，对保护1进行三段式相间电流保护的整定计算。3.11 =rel K ，1.12=rel K ，2.13 =rel K ，85.0=re K ，5.1=ss K ，线路阻抗为0.4Ω/km ，阻抗角为 700，AB 线最大负荷电流为170A 。电源阻抗Ω=2min sA X ，Ω=3max sA X ，
基于电力电子技术在开关电源中的应用研究 龚丰兢
基于电力电子技术在开关电源中的应用研究龚丰兢 摘要：现如今全球的能源消耗量剧增，并且呈逐年增加的趋势。然而电力能源 在所有能源使用量所占的比重很大，大部分的用电设施设备通过电力发电得以运转，在电力能源之中通过电力电子技术转换成的电力能源约占45%左右，这一比 重是很高的。通过这些足以看出电力电子技术对于全球能源贡献率的重要性。开 关电源使我们在日常的生产和生活中必不可少的应用技术设备，目前开关电源技 术已经比较发达，不过我们只有不断地发展和优化开关电源技术，才能更好的服 务于人们的生产生活。本文将具体研究电力电子技术在开关电源中的应用，从而 促进电力电子技术在开关电源中的发展。 关键词：电力电子技术；开关电源；应用 引言 我们的各种电子设备不可或缺的重要组成部分是电源设备，电源设备的质量 好坏和性能优劣直接关系到我们电子设备的有效运转和性能发挥，所以说电源对 于我们整个设配的重要性不言而喻。随着我们电源技术的不断深入发展，开关电 源的电路控制技术和线路拓扑技术的发展也到了一个比较发达的地步，开关电源 的理论与实际技术联系的越来越密切，开关电源的安全性、稳定性和节能型十分 符合电子电力设备的应用，现阶段我们的开关电源在实际生活中的应用十分广泛。如今电子技术的发展要求我们的开关电源要有更高的运转频率和更高的用电效率，同时对于我们的开关电源的供电安全保护性要求越来越高，要做好必要的故障维 护工作和后勤保障工作，有效的保护电子设备的正常运转，最大的发挥开关电源 的工作效率。 一、电力电子技术的含义 电力电子技术是在科技快速发展的今天应用于电力领域的一项重要的实用技术，它的发展经历了三代研发过程，技术领域方面又不成熟到完善，有低端走向 高端，它是将转换电能控制器和功率器件紧密联系综合到一起，形成一个有效完 整的电力电子系统，在保证我们设施最大效率的基础上降低设施功率，实现率最高、可靠性更强的电力电子系统。电力电子技术现在的主要研发方向是向高频化、节能化、数字化方向研发，传统的模拟电路控制技术已经不能适应新兴的电力电 子技术发展的要求，我们的电力电子电子设备的体积也会随之减少很多，速度向 高速化发展。现如今我们电子电子技术逐渐的向小型化方向发展，我们的机电一 体化技术和人工智能化技术对于我们电力电子技术的发展注入了一根强心剂，为 我们电力电子技术的未来提供了坚实的技术保障。 二、开关电源的含义 在我们的日常生产和生活中开关电源是很常见的，应用率很高，种类也比较多，不同的类型有着不同的应用范围，我们常常把他们划分为两大类，一类是转 化电能的开关电源，另一大类为发出和传送电能的电源开关。当从电网中传输进 来的电力往往要经过电源转化器进行转化才能直接利用到我们的设备和设施当中，因此得到最有效的利用。开关电源的基本工作原理是当我们的电流进入到电源内后，开关电源通过整流、变压、滤波将电流和电压进行初处理，这样才能将电流 输送到设备中直接利用。开关电源是进行变换电能的电源，将电流变为高压直流电，开关电源下线有变压器这一元器件，这一部分的作用是进行高频低压脉冲信 号的转化，整个过程的最后将电流输出为低电压直流电。现在的开关电源一方面 向高频化方向发展，我们的开关电源将会变成小体积高频率的高效开关电源，提
最新华北电力大学电力系统分析
华北电力大学电力系 统分析
课程编号：811 课程名称：电力系统分析基础 一、考试的总体要求 掌握电力系统的基本概念和特点，掌握电力系统各元件的参数和数学模型，掌握电力系统潮流计算的基本原理，掌握电力系统有功和无功优化运行及其调整方法，掌握短路电流计算的基本方法。 二、考试的内容 1. 电力系统的基本概念：电力系统的基本概念及系统运行的基本要求；电力系统中性点运行方式；电力系统主要的电压等级与我国电力系统的发展情况。 2. 电力系统各元件特性和数学模型：发电机组的运行特性与数学模型；输电线路、变压器、负荷的数学模型及参数计算；标幺值计算原理，理想变压器数学模型及多电压级电力网络等效电路的形成。 3. 简单电力网络的计算和分析：基于有名值与标幺值的简单电力网络（环型网、辐射型网）的潮流计算方法；有功、无功的基本电力网络潮流控制方法。 4. 复杂电力系统潮流的计算机算法：节点电压方程和电力网络方程的建立；节点导纳矩阵的形成和修改方法；功率方程及变量、节点的分类；牛顿-拉夫逊迭代法潮流计算的基本原理、数学模型和计算步骤；P-Q分解法潮流计算原理和计算步骤。 5. 电力系统的有功功率和频率调整：电力系统各种有功功率电源及各种有功备用；有功功率的平衡与最优分配方法；电力系统频
率调整的概念，自动调速系统工作原理，发电机和负荷的功频特性及其调速特性，频率的一次调整、二次调整和调频厂的选择，负荷频率控制的基本原理；联合系统调频计算。 6．电力系统的无功功率和电压调整：电力系统中无功功率的平衡和无功电源特点；电力系统中无功功率的最优分布；电力系统中枢点电压管理方式；借发电机、变压器、补偿设备调压和组合调压的原理及特点。 7．电力系统三相短路的分析与计算：电力系统故障的基本概念与危害；各种短路故障的成因；无限大功率电源供电的系统三相短路电流分析；电力系统三相短路电流的实用计算；短路电流交流分量的初始值及任意时刻值的确定方法。 8．电力系统不对称故障的分析与计算：对称分量法的原理及其在不对称故障分析中的应用；电力系统元件的序参数和等效电路；零序网络的构成方法；各种不对称短路时故障处的短路电流和电压的计算；非故障处电流、电压的计算；正序等效定则。 三、考试的题型 判断题、选择题、简答题、计算题。