电力电子电路(1)
电力电子技术1简答题
考试试卷( 1 )卷三、简答题（共3小题，22分）1、晶闸管导通的条件是：阳极承受正向电压，处于阻断状态的晶闸管，只有在门极加正向触发电压，才能使其导通。
门极所加正向触发脉冲的最小宽度，应能使阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流，即擎住电流ＩＬ以上。
导通后的晶闸管管压降很小。
（3分）使导通了的晶闸管关断的条件是：使流过晶闸管的电流减小至某个小的数值－维持电流ＩＨ以下。
其方法有二：（1）减小正向阳极电压至某一最小值以下，或加反向阳极电压；（2）增加负载回路中的电阻。
2、电压型逆变电路的主要特点是什么？（8分）(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动；（2分）(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同；（3分）(3) 阻感负载时需提供无功。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。
（3分）3、简述实现有源逆变的基本条件，并指出至少两种引起有源逆变失败的原因（7分）（1）外部条件：要有一个能提供逆变能量的直流电源，且极性必须与直流电流方向一致，其电压值要稍大于Ud；（2分）（2）内部条件：变流电路必须工作于β<90°区域，使直流端电压Ud的极性与整流状态时相反，才能把直流功率逆变成交流功率返送回电网。
这两个条件缺一不可。
（2分）当出现触发脉冲丢失、晶闸管损坏或快速熔断器烧断、电源缺相五、计算题（共 1 小题，共20分）1、电路如图所示，单相全控桥式整流电路接大电感负载，R=4Ω，U2=220V。
（1）触发角为60°时，(a) 试求U d、I d、晶闸管电流平均值I dVT、晶闸管电流有效值I VT、变压器副边电流有效值I2；（b）作出u d、i d、i VT2、i2的波形图（图标清楚，比例适当）。
（2）当负载两端接有续流二极管时，（a）试求U d、I d、I dVT、I VT、I VD、I dVD、I2；（b）作出u d、i d、i VT2、i VD、i2的波形图（图标清楚，比例适当）。
《电力电子技术》第1章课后习题答案
晶闸管导通的条件是什么由导通变成关断的条件是什么答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正朝阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或： u AK>0且 u GK>0。
要使晶闸管由导通变成关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到凑近于零的某一数值以下，即降到保持电流以下，即可使导通的晶闸管关断。
1.2晶闸管非正常导通方式有几种（常有晶闸管导通方式有 5 种，见课本 14 页，正常导通方式有：门级加触发电压和光触发）答：非正常导通方式有：(1)Ig=0 ，阳极加较大电压。
此时漏电流急剧增大形成雪崩效应，又经过正反响放大漏电流，最后使晶闸管导通；(2)阳极电压上率 du/dt 过高；产生位移电流，最后使晶闸管导通(3)结温过高；漏电流增大惹起晶闸管导通。
试说明晶闸管有那些派生器件。
答：晶闸管派生器件有：（1）快速晶闸管，（2）双向晶闸管，（3）逆导晶闸管，（4）光控晶闸管GTO 和一般晶闸管同为PNPN结构，为何GTO能够自关断，而一般晶闸管不可以答:GTO 和一般晶闸管同为PNPN 结构 , 由 P1N1P2 和 N1P2N2构成两个晶体管V1、 V2 分别拥有共基极电流增益α 1和α２，由一般晶闸管的解析可得，α 1 + α 2 = 1 是器件临界导通的条件。
α 1 +α 2 ＞ 1两个等效晶体管过饱和而导通；α 1 +α 2 ＜ 1 不可以保持饱和导通而关断。
GTO 之因此能够自行关断 , 而一般晶闸管不可以, 是因为GTO 与一般晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不一样：1 ） GTO 在设计时α 2较大 , 这样晶体管T2 控制敏捷 , 易于 GTO 关断 ;2)GTO 导通时α 1 + α2的更凑近于 l,一般晶闸管α 1 + α 2 ≥ , 而 GTO 则为α 1+α 2 ≈， GTO 的饱和程度不深 , 凑近于临界饱和 , 这样为门极控制关断供给了有益条件;3)多元集成结构使每个 GTO 元阴极面积很小 , 门极和阴极间的距离大为缩短 , 使得 P2 极区所谓的横向电阻很小,从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
电力电子技术复习题 _含答案)
12、 在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取 U2（）
13、 在单相桥式全控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。
（）
14、 单相全控晶闸管整流电路中，带电感性负载，没有续流二极管时，导通的晶闸管在电源电压过零时不关断。
（）
15、 三相半波可控整流电路也必需要采用双窄脉冲触发。（ ）
2 晶闸管整流电路
2、 给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 （ ）
3、 晶闸管导通后其电流趋向无穷大。
（）
4、 已经导通的晶闸管恢复阻断的唯一条件是 AK 极电源电压降到零或反向。（ ）
5、 晶闸管并联使用时，必须采取均压措施。 （ ）
6、 晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。 （ ）
7、 触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。（ ）
合型 的 PWM 控制方法。 3、 正激电路和反激电路属于 13 励磁，半桥电路和全桥电路属于 14 励磁。 4、 开关电源大都采用 15 PWM 控制器.其原理方案分为 16 、 17 和 18 三类。 5、 试填写下列电路的名称
3 / 14
半桥电路 反激电路
正激电路 全桥电路
推挽电路
4、逆变电路
中，通常采用 规则采样法 来代替上述方法，在计算量大为减小的情况下得到的效果能够满足工程需要。
3. PWM 逆变电路３种目标控制： ７ 电压、 ８
电流和圆形磁链的 ９ 压 比较、 滞环电流比较 和 三角波比较。
5. 相电压正弦波叠加 3 次谐波构成 13 与三角波比较产生 PWM，可以提高 14 利用率并降低 15 。
2 / 14
致集电极电流增大，造成器件损坏。这种电流失控现象被称这 擎住 效应。 11、 IGBT 往往与 反并联 的快速二极管封装在一起，制成模块，成为逆导器件 。 12、电力电子器件是在电力电子电路中是作为可控开关来用。电力电子器件是一种半导体开关，实际上是一种单 向单极开关。它不是理想开关，存在开关时间和开关暂态过程。开关时间尤其是关断时间限制了电力电子器件的 开关频率。 13、电力电子应用系统一般由控制电路、驱动电路和主电路组成一个系统。为了提高系统可靠性，还应加入电 压、电流检测电路和过压、过流保护电路并构成反馈闭环控制。 14.几乎所有的电力半导体器件均为 单向极性 开关。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（Power MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中， 在可控的器件中，功率范围最大的是 SCR 晶体管 ，开关频率最高的是_PMOS 电力场效应管
电力电子电路
电力电子电路按实现电能变换时电路的功能可分为整流电路(将交流电能转换为直流电能)、逆变电路(将直流电能转换为交流电能)、交流变换电路(包括交流调压电路和变频电路)、直流变换电路(改变直流电能的大小和方向)。
按电能转换次数可分为基本变换电路和组合变换电路。
前者经一次转换即可实现所需电能的变换，又称直接变换电路；后者经多次转换以实现所需电能的变换，又称间接变换电路。
按组成电路的器件可分为不控型变换电路(由不控型器件组成，电路对变换的电能无控制能力)、半控型变换电路(由半控型器件组成，只能在电路具备关断晶闸管的条件下才能正常工作)、全控型变换电路(由自关断器件组成，比半控型电路具更佳的技术经济指标，但开关容量低于半控型)。
电力电子电路按控制方式可分为4种：①相控电路。
控制信号的变化表现为控制极脉冲相位的变化。
②频控电路。
信号的变化表现为控制极脉冲重复频率的变化。
③斩控电路。
控制信号的变化表现为控制极脉宽的变化。
④组合控制电路。
采用上述3种控制方式组合而成的控制方式。
按电路中开关器件的工作频率可分为开关元件按电网频率(50或60赫)工作的低频电路和开关元件以远高于电网频率的载波频率工作的高频电路。
电力电子电路经历了20世纪30年代由气体闸流管和汞弧整流管组成的低频变流电路和由高频电子管组成的变流电路(统称第一代电力电子电路)，60年代由晶闸管组成的半导体变流电路(第二代电力电子电路)，80年代由可关断晶闸管(GTO)和双极型功率晶体管(GTR)等新型器件组成的第三代电力电子电路。
由于它们具有控制极关断和工作频带较宽的优点，使电力电子电路具有更佳的技术和经济性能，获得了更为广泛的应用。
电力电子电路正沿4个方向发展：①采用新型器件。
②采用新的控制方式和手段。
③采用新的电路结构。
④采用新的分析方法和调试手段。
特点与传统的旋转式变流电路相比，静止式变流电路具有无磨损、低噪声、高效率、易于实现自动控制和生产、无须专门的地基建设等优点，因而在国际范围已基本上取代了前者。
东大14秋学期《电力电子电路Ⅰ》在线作业1 答案
D. IGCT、GTO、TRIAC、IPM
?
正确答案：B
3.三相桥式全控整流电路，电阻性负载，（）是ud波形连续和断续的分界点。
A. 30°
B. 60°
C. 90°
D. 120°
?
正确答案：B
4.自然换流点在相电压波形正半周轮廓线交点的电路是（）。
A.三相零式共阴极组整流电路
B.三相零式共阳极组整流电路
C.三相桥式全控整流电路
D5.单相全波可控整流电路，大电感负载，晶闸管的电流有效值是（）。
A.
A
B.
B
C.
C
D.
D
?
正确答案：D
6. 180°导电型交-直-交电压变频器，任意时刻有（）导通。
A.一只开关管
B.两只开关管
C.三只开关管
D.四只开关管
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
2.交流调压电路的主要作用是把一种频率的交流电转化为另一种频率的交流电。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
3.门极可关断晶闸管GTO是电压控制型器件。
A.错误
B.正确
?
正确答案：A
4.电流型交-直-交变频器中间滤波环节采用大电感滤波。
A.错误
B.正确
?
正确答案：B
5.半控桥式晶闸管电路，可以组成反并联可逆电路。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
?
正确答案：B
10.电压与电流波形相同的是（）。
A.三相半波整流电路，电阻性负载
B.三相半波整流电路，电感性负载
C.单相全控桥式整流电路，电感性负载
电力电子技术(含实验)第1章_绪论
1-4
课程内容简介
1-1 电力电子技术概述
电力电子技术（power electronics）：指利用电力 电子器件对电能进行变换和控制，把从电网获取的“ 粗电”变换成负载所需要的“精电”的技术。
电子技术包括：
信息电子技术 和 电力电子技术。
信息电子技术——模拟电子技术和数字电子技术。
电力电子技术主要用于电力变换，而信息电子技术
电力电子器件
①分立器件
②模块
③IGBT单管
④IGBT模块
电力电子器件的发展趋势
高频化：提高开关频率，降低设备体积，节约资源
模块化：功率部分、控制、驱动、保护集成一体
数字化：数字控制技术广泛应用 绿色化：谐波污染小、功率因数高、电磁辐射小
1-3 电力电子技术应用
电力电子技术广泛用于一般工业、交通运输、 电力系统、不间断电源和开关电源、家用电器、以 及新能源的开发及应用领域。在解决全球能源危机、 资源危机和环境污染方面发挥着重要作用。经过至 少一次电力电子装置处理以后使用的电能所占比例 已经成为一个国家经济发展水平的重要指标。
导通和关断控制的有效信号。
3.电力电子技术的研究分支及特点
研究分支:
电 力 电 子 器 件 （ element) 技 术 、 变 流 技 术 (power conversion)和控制技术（Control)三个分支。 特点:
电力电子器件是整个电力电子技术的基础，电力电子技术 的发展集中体现在电力电子器件的发展上，器件一般均工 作在开关状态，这是重要特征； 变流技术是电力电子技术的主体，控制技术是电力电力电 子技术的灵魂；
５.家用电器
照明在家用电器中有十分突出的地位。由于电力电 子照明电源体积小、发光效率高、可节省大量能源， 通常被称为“节能灯”，正逐步取代传统的白炽灯 和日光灯。
第一节_开关电源DCM和CCM工作模式及仿真2013
– 水利、火力发电机： • 机械能、热能 – 干电池： • 化学能 – 计算机电源： • 交流电 – 太阳能电池、风能 • 太阳能、风能 网 电网电能 电能 直流电 电能/并
• 本书所指电源是：输入输出都是电 能的电能变换电源。 2013/7/7
控制设备，计算机等电源 焊机，超声电源，计算机电源等 焊机、高频感应加热，交换机等
500W～ 30kW
这类电源的共同特点：具有高频变压器、直流稳压是从变压器次级 绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副边是隔离的，或是 部分隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。
2013/7/7 19
• 变压器副边电感方程：
I L 2 L Uo Ts
2L RTs
2＝
t
DTs iL
Uo 1 4K 1 2L M , 其中K＝ 2 Ui 2K D Ts R 在电感电流断续的情况下，Uo=DUi不成立。
U 1 I L ( D ) o ， 2 R I L L Ui 电感方程： DTs
s 2013/7/7
在电感电流断续的条件下，电路其它参数不 变而电路负载改变时，输出电压发生改变； 而在电感电流连续的情况下，输出电压不随 负载改变。 27
实际器件
iD
IL
Qrr
I RRM
uD
Vo
trr
iDS
I RRM
Ids
Vds
IL
2013/7/7
12
非理想变压器
2013/7/7
13
一、什么是开关电源（8）
开关电源产业当前关注的技术
2013/7/7
电力电子技术复习资料（1）
电力电子技术复习资料填空题1. 电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
（1）2. 电力电子技术是应用在电力变换领域的电子技术。
（1）3. 电能变换的含义是在输入与输出之间，将电压、电流、频率、相位、相数的一项以上加以改变。
4. 在功率变换电路中，为了尽量提高电能变换的效率，所以器件只能工作在开关状态，这样才能降低损耗。
5. 电力电子技术的研究内容包括两大分支：电力电子器件制造技术和变流技术。
6.半导体变流技术包括用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构电力电子装置和电力电子系统的技术。
7. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
8.处理信息的电子器件一般工作于放大状态，而电力电子器件一般工作在开关状态。
9.主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。
10.电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。
11.按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控器件、全控器件。
12. 按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型、电压驱动型。
13. 电力二极管的工作特性可概括为 单向导电性 。
14.电力二极管的主要类型有 普通二极管 、快恢复二极管 、 肖特基二极管 。
15. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为 1K Hz 以下的整流电路。
其反向恢复时间较长，一般在 5μs 以上。
16. 快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较长，一般在 5μs 以下。
17.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在 10～40ns ns之间18.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为 维持电流 。
晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为 擎住电流 。
对同一晶闸管来说，通常L I 约为H I 的称为 2~4 倍。
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2.电流定额:
(1)额定正向平均电流IF (2) 掣住电流ILA (3)维持电流IH (4)浪涌电流IFSM
电力电子电路(1)
3.控制极定额: (1)控制极触发电压UG,触发电流IG
(2)瞬时正向和反向最大电压和电流,平均功 率及瞬时最大功率
4.其它定额 三.晶闸管的型号
KP
通态平均电压UF组别 额定电压UD等级 额定通态平均电流IF系列 普通型晶闸管(S-双速型,K-快速型) 晶闸管特性
晶闸管也称可控硅,它是一种大功率半导体器件 晶闸管的优点: 1.体积小 重量轻 2.耐压高 3.容量大 4.响应速度快
5.控制灵活 6.寿命长及使用维护方便等
晶闸管的缺点:
1.晶闸管产生的大量谐波会对电网产生不良影响,造成干扰
2.过载能力和抗干扰能力差
3. 控制电路复杂等
电力电子电路(1)
11.2.1 晶闸管的结构
4.当阳极电流IA<IH或UAK ≤0V,晶闸管转为关断状态,称为 正相阻断状态.
5.在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压,两PN结均反偏,处于 反向阻断状态.
电力电子电路(1)
晶闸管的导通条件: 在阳极和阴极之间加正向电压,在控制极加正向电压触发. 晶闸管是一种导通时间可以控制的,具有单向导电性能的 可控整流器件.
电力电子电路(1)
11.3单相可控整流电路
可控整流电路:利用晶闸管导通时间可控的特点,把交流电变
成大小可调的直流电的电路.
11.3.1电阻性负载的单相半控桥式整流电路
电阻性负载的单相半控桥式整流电路图
波形图
电力电子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ路(1)
一.工作原理
(1)当u2为正半周时,a点为正电压,b点为负电压,当ωt=α时 ,T1在uG1作用下导通,T2阻断D1截止.当ωt=л,在u2过零时刻T1阻 断. (2)当u2为正半周时,b点为正电压,a点为负电压. 当ωt= л +α时,T2导通,T1阻断,D2截止.当ωt=2л时,u2过零使T2 阻断.
了解: 晶闸管和单结晶体管的主要参数
电力电子电路(1)
11.1 概述
电力电子电路的功能 用微弱信号对电力电子器件进行通断控制,来实现 高电压,大电流的直流或交流电能之间进行各种形 式转换的电路.
电力电子器件又称电力或功率半导体器件,发展历程 第一代:以晶体管为主体的半控型器件 第二代:全控型器件 第三代:功率集成电路
2.当u2为负半周时，在ωt=π~ (π ＋α)期间,无触发信号,Ｔ１、 Ｔ2和Ｄ1、D2均截止,电感上产生的自感应电势极性下正上 负.负载继续有电流io流过且iD=io. 当ωt= π ＋α时，在触发 信号作用下，使Ｔ2和Ｄ1导通，io方向不变.当ωt=2π时,Ｔ2 和Ｄ1截止，io继续流通.
二.参数计算
电力电子电路(1)
11.2.3晶闸管的伏安特性和主要参数
一.伏安特性
二.主要参数 1.电压定额: (1)正向转折电压UBO
(2)断态重复峰值电压UDRM
UDRM=UBO-100V
电力电子电路(1)
(3)反向击穿电压UBR (4)反向重复峰值电压URRM
URRM=UBR-100V (5)额定电压UD (6)正向平均电压UF
二.参数计算 1.输出电压和电流 输出直流电压平均值
电力电子电路(1)
11.3.2 电感性负载的单相半控桥式整流电路
电路图
波形图
电力电子电路(1)
一.工作原理
1.当u2为正半周时，在ωt=α时加触发脉冲，T1、D2导通， 负载上有io流过，在电感中储存磁场能量i2oL/2.当ωt=π时 T1和D2截止.
电力电子电路(1)
电力电子器件的四种功能类型：
1. 交流电转换成直流电(AC￫DC) 2.交流电转换成交流电(AC￫AC) 3. 直流电转换成直流电(DC ￫DC) 4. 直流电转换成交流电(DC￫AC)
电力电子器件可取代接触器,实现通、断的 无触点控制
电力电子电路(1)
11.2晶闸管的结构和工作原理
电力电子电路(1)
2020/11/27
电力电子电路(1)
内容导航
11.0 教学基本要求 11.1 概述 11.2 晶闸管的结构和工作原理 11.3 单相可控整流电路 11.4 触发电路 11.5 应用举例
习题解答
电力电子电路(1)
教学基本要求
熟悉:
晶闸管的工作原理和外特性;导通和 阻断条件;电阻性负载的单相半控桥式 整流电路工作原理;单结晶体管的工 作原理和外特性,单结晶体管组成触发 电路及同步触发电路的工作原理
内部构造: 由四层半导体组成,中间形成三个PN结J1 J2和J3,外部引出 三个电极:阴极k,阳极a,控制极g .
a
电路符号
g k
晶闸管外形
电力电子电路(1)
11.2.2晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理图
等效电路图
等效结构
晶闸管的工作原理: 1.晶闸管使用时,要求阳极和阴极之间加正相电压,在控制 极和阴极间加正相控制电压.
单结晶体管的等效电路：
(3)触发脉冲的上升前沿要陡,以保证触发时间的准确性.
(4)触发脉冲要有足够的宽度 .
(5)在触发脉冲发送之前,触发电路的输出电压应小于
0.15~0.2V.
电力电子电路(1)
11.4.1单结晶体管
一.结构
单结晶体管又称双基极晶体管.
内部结构：
等效电路:
管脚排列：
符号:
电力电子电路(1)
二.单结晶体管的伏安特性 单结晶体管的基本电路：
电力电子电路(1)
2.在触发信号Ugk的作用下,产生T2的基极电流IB2,即为触 为触发信号电流IG,经T2放大后形成IC2=β2·IB2,而IB1=IC2, 使T1的IC1=β1·β2·IB2,此电流又注入T2基极进一步放大,形成正 反馈,使晶闸管迅速导通,这一过程称为晶闸管触发导通. 3.当晶闸管导通后,将开关断开晶闸管仍将继续维持导通.
输出直流平均电压
负载平均电流
电力电子电路(1)
流过晶闸管Ｔ和整流二极管Ｄ的电流平均值 流过晶闸管Ｔ和整流二极管Ｄ的电流有效值 流过续流二极管D3的电流平均值和有效值
电力电子电路(1)
11.4 触发电路
触发电路:向晶闸管控制极提供触发信号的电路.
对触发电路的基本要求:
(1)触发脉冲发出时刻,必须与主回路电源电压的相位 具有一定对应的控制角关系. (2)触发脉冲信号能提供足够大的电压和电流 ,应符合晶 闸管对触发信号的要求.