华北电力大学-电力电子技术原理08解析
电力电子技术复习习题解析华北电力大学
第一章电力电子器件一、本章主要内容及重点与难点【主要内容】本章主要讨论电力电子器件的分类以及典型电力电子器件的结构、电气符号、工作原理、基本特性与主要参数。
在学习过程中，主要应掌握以下内容：1．电力电子器件的概念与特征；2. 电力电子器件的分类；3. 电力二极管的工作原理、基本特性与主要参数；4. 晶闸管（SCR）的工作原理、基本特性与主要参数；5. 几种典型全控型电力电子器件（GTO；GTR；PowerMOSFET；IGBT）的工作原理、基本特性与主要参数；6. 上述全控型电力电子器件的性能比较。
【重点与难点】本章重点在于半控型器件——晶闸管，要重点掌握晶闸管的的结构、电气符号、开关规律、静态特性以及主要参数。
（重点应该再加上MOS和IGBT，因为这2种器件应用应用很广很重要。
）本章难点在于晶闸管额定电流、额定电压的定义以及实际使用中如何选择晶闸管的参数。
二、典型习题解析例1-1 下列对晶闸管特性的叙述中，正确的是（）。
A 晶闸管属于电流驱动双极型器件 C 晶闸管触发导通后，门极就失去了控制作用B 晶闸管具有单向导电性 D 晶闸管的擎住电流大于维持电流【答案】A、B、C、D【解析】本题主要考察对晶闸管特性的熟悉程度，四个选项的描述均正确。
A选项考察晶闸管的分类；B选项考察半导体器件的特点；C选项考察晶闸管的开关特性；D选项考察晶闸管的主要参数例1-2 双向晶闸管的额定电流是以（）定义的；GTO的额定电流是以（）定义的。
A 平均值B 有效值C 最大值D 瞬时值【答案】B，C【解析】本题主要考察双向晶闸管与GTO额定电流的定义，双向晶闸管的正向伏安特性与反向伏安特性相同，用于交流电路中，其额定电流是以有效值定义的。
GTO的阳极电流如过大，可能会出现无法由门极控制关断的情况，因此其额定电流是以最大可关断阳极电流定义的。
例1-3 下列电力电子器件中，存在电导调制效应的是（）。
A GTOB GTRC PowerMOSFETD IGBT【答案】A、B、D【解析】本题主要考察对电导调制效应的理解，电导调制效应仅在双极型器件中起作用，单极型器件仅有一种载流子参与导电，因此不存在电导调制效应。
电力电子技术应用的原理
电力电子技术应用的原理1. 介绍电力电子技术已成为现代电力系统中不可或缺的关键技术。
它涉及将电能转换、调整和控制，以满足不同设备和系统的需求。
本文将介绍电力电子技术的应用原理。
2. 基本原理电力电子技术的基本原理是利用半导体器件实现电能的高效转换和调整。
以下是一些常用的电力电子器件和其应用原理：•整流器：整流器用于将交流电转换为直流电。
它的基本原理是利用二极管或晶闸管等开关元件来控制电流的流向，以便将负载电流限制在某个方向上。
整流器广泛应用于交流输电系统、电动机驱动系统等领域。
•逆变器：逆变器用于将直流电转换为交流电。
它的基本原理是通过开关元件控制直流电源的极性和电压大小，从而产生与输入电源频率和幅值相关的交流输出。
逆变器在太阳能发电系统、风能发电系统等可再生能源领域具有重要的应用。
•变频器：变频器用于控制交流电机的转速。
它的基本原理是将输入电源的频率和电压进行变换，以实现对电机转速的精确控制。
变频器广泛应用于电梯、风扇、泵站等领域。
•开关电源：开关电源用于将输入电源的电能转换为稳定的直流电源，提供给电子设备使用。
开关电源采用了开关器件来实现高效率的电能转换，并通过反馈控制保持输出电压的稳定性和精度。
•电能质量调节器：电能质量调节器用于实现对电能质量的改善，如降低电压失真、提高功率因数等。
它的基本原理是通过使用滤波器、稳压器和控制算法等技术，校正电力系统的电流和电压波形，以满足设备对电能的要求。
3. 应用案例•电动汽车充电系统：电力电子技术在电动汽车充电系统中扮演着重要的角色。
利用整流器将交流电转换为直流电供电给电动汽车电池充电，而利用逆变器将电动汽车电池中直流电转换为交流电供电给电动汽车驱动电机。
•太阳能发电系统：太阳能发电系统中使用的光伏逆变器可以将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，并将其供应到交流电网上。
•电力调制系统：电力调制系统是电力电子技术的重要应用之一。
通过调节电压和频率来改变输出功率，满足不同负载需求。
(华北电力大学版)电力电子技术课后习题答案
电力电子技术习题集标* 的习题是课本上没有的，作为习题的扩展习题一* 试说明什么是电导调制效应及其作用。
答：当PN结通过正向大电流时，大量空穴被注入基区（通常是N型材料），基区的空穴浓度（少子）大幅度增加，这些载流子来不及和基区的电子中和就到达负极。
为了维持基区半导体的电中性，基区的多子（电子）浓度也要相应大幅度增加。
这就意味着，在大注入的条件下原始基片的电阻率实际上大大地下降了，也就是电导率大大增加了。
这种现象被称为基区的电导调制效应。
电导调制效应使半导体器件的通态压降降低，通态损耗下降；但是会带来反向恢复问题，使关断时间延长，相应也增加了开关损耗。
1.晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管由导通变为关断的条件是什么，如何实现？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（U AK>0），并在门极施加触发电流（U GK>0）。
2.有时晶闸管触发导通后，触发脉冲结束后它又关断了，是何原因？答：这是由于晶闸管的阳极电流I A没有达到晶闸管的擎住电流（I L）就去掉了触发脉冲，这种情况下，晶闸管将自动返回阻断状态。
在具体电路中，由于阳极电流上升到擎住电流需要一定的时间（主要由外电路结构决定），所以门极触发信号需要保证一定的宽度。
* 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使其阳极电流I A大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流I H。
要使晶闸管由导通转为关断，可利用外加反向电压或由外电路作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3.图1-30中的阴影部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m，试计算各波形的电流平均值、有效值。
如不考虑安全裕量，额定电流100A的晶闸管，流过上述电流波形时，允许流过的电流平均值I d各位多少？(f)图1-30 习题1-4附图解：（a）mm m mI11I sin()()2I0.3185I22daI t d tπωωπππ====⎰mI2 aI==额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 3140.5aI A ==；平均值I da 为：mI 100da I A π==（b ）m m m 012I sin()()I 0.6369I db I t d t πωωππ===⎰b I == 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 222b A =；平均值I db 为：m 0.6369I 141.4db I A ==（c ）m m m 313I sin()()I 0.4777I 2dc I t d t ππωωππ===⎰m 0.6343I c I == 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 247.50.6343cI A ==；平均值I dc为：m 0.4777I 118dc I A == （d ）m m m m 33I 113I sin()()I 0.2388I 2224dd I t d t ππωωπππ====⎰m 0.4486I d I == 额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 3500.4486dI A ==；平均值I dd为：0.2388*35090.7dd I A == （e ）4m m m 011I ()I 0.125I 224de I d t ππωππ===⎰m 0.3536I e I ==额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则m I 4440.3536eI A ==： 平均值I de 为：0.125*44455.5de I A == （f ）4mm m 011I ()I 0.25I 4df I d t ππωππ===⎰m 0.5I f I ==额定电流100A 的晶闸管允许流过的电流有效值为157A ，则：m I 3140.5f I A ==平均值I de 为： 0.25*31478.5df I A ==* 在图1-31所示电路中，若使用一次脉冲触发，试问为保证晶闸管充分导通，触发脉冲宽度至少要多宽？图中，E =50V ；L =0.5H ；R =0.5Ω; I L =50mA （擎住电流）。
电力电子技术的应用和原理
电力电子技术的应用和原理1. 引言电力电子技术是一种应用在电力系统中的技术，通过将电力转换为可控的形式，实现电力的调节、变换和控制。
本文将介绍电力电子技术的应用领域和基本原理。
2. 应用领域电力电子技术在现代电力系统中有着广泛的应用，下面列举几个主要的应用领域：•变频调速：电力电子技术可以实现交流电源向直流电源的变换，通过控制电压和频率，实现对电机的调速，广泛应用于工业控制、高速列车、船舶等领域。
•可再生能源发电：电力电子技术可以实现可再生能源（如太阳能、风能）的转换和接入电力系统。
•电力传输和配电：电力电子技术可以实现高压直流输电，提高输电效率，同时可以实现电力系统的电能质量调节和稳定。
•电力负载控制：电力电子技术可以实现对电力负载的控制，如电炉、焊机、电动汽车充电桩等。
3. 基本原理电力电子技术的基本原理主要包括以下几个部分：3.1 可控硅电路可控硅是一种具有电压控制能力的电子器件，通过控制其导通和关断的时刻，可以实现对交流电的控制。
可控硅电路是电力电子技术中最常用的电力调节器件之一。
3.2 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置，其基本原理是通过可控硅等器件对直流电进行开关调制，实现交流电的输出。
逆变器在可再生能源发电和变频调速等领域有着广泛的应用。
3.3 斩波电路斩波电路是电力电子技术中的一种电力负载控制装置，通过可控硅等器件对交流电进行斩波控制，实现对电力负载的控制。
斩波电路可以实现电力负载的连续可调，广泛应用于电力控制领域。
3.4 工频变压器工频变压器是电力电子技术中的一种常见变压器形式，通过可控硅等器件控制变压器的绕组切换，实现对电压和功率的调节。
工频变压器在电力系统的电能调节和稳定中有着重要的作用。
4. 结论电力电子技术作为一种应用在电力系统中的技术，通过将电力转换为可控的形式，实现电力的调节、变换和控制。
本文介绍了电力电子技术的应用领域和基本原理，包括变频调度、可再生能源发电、电力传输和配电以及电力负载控制等。
华北电力大学电力电子技术原理
• 开关频率中（数十千赫兹以下）
• 掣住效应问题（寄生晶闸管）
• 该功率等级目前最理想的器件
13.12.2020
27
第二章 电力电子器件
电力电子技术原理与应用
绝缘栅型双极型晶体管（IGBT） 理想伏安特性
符号
D iD
+
vDS G
+ vGS
-
-
S
iD 0
vGS vDS
iD
On
Off
0
vDS
实际伏安特性
更大功率 水平 IGBT /IP M
高频单器件 IGBT：1kV， 60A，用于加热容器
高频单器件 IGBT：1.7kV，
Thyristor
低功耗系 统Байду номын сангаас成 化
IGBT
15A，用于 CRT 等
MOSFET
功率 MOSFE T： 中高电压 等级， 用 于 SMP S 等
T RIAC
10
10
100
1k
10k
华北电力大学电力电子技术原理
第二章 电力电子器件
电子开关的实现：可能性
电力电子技术原理与应用
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2
第二章 电力电子器件
电子开关的实现：问题
电力电子技术原理与应用
• 两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 • 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 • 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电 路的工作
常用电力电子器件及其特性
电力电子技术原理与应用
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第二章 电力电子器件
电力电子技术原理与应用
常用电力电子器件组合及其特性
电力电子技术华电PPT课件
电流限制：控制环节框图（单环系统）
30.11.2020
5
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
现代电力电子技术原理与应用
• 固有的良好调速特性 • 可用于伺服驱动与调速驱动 • 结构负杂 • 维护困难 • 造价较高
30.11.2020
6
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
基本方程
现代电力电子技术原理与应用
9
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
稳态方程
现代电力电子技术原理与应用
vt Raia ea
Tm Beqm Teq
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10
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
基本方程
现代电力电子技术原理与应用
Tem kt f ia ea k e f m
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11
第八章 电机驱动装置
I2 a,rms
F I a ,rm s I a ,av
Tem Ia,av
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
• 在所需象限运行的能力 • 电流限流能力 • 较硬的机械特性 • 尽可能好的波形因数 • 快速的响应特性
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
伺服驱动装置
• 四象限运行 • 硬机械特性 • 快速响应特性
交接时间的影响
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DC/DC全桥换流器
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
电力系统中的电力电子技术
电力系统中的电力电子技术电力电子技术是指将电子器件和电力系统相结合，用于对电力进行有效的控制和转换的技术。
它在电力系统中起着至关重要的作用，能够实现电力的高效利用、稳定输送和安全控制。
随着科技的不断进步，电力电子技术在电力系统中的应用也得到了不断的扩大和深化。
本文将从电力电子技术的基本原理、应用及未来发展等方面进行介绍。
一、电力电子技术的基本原理电力电子技术是通过对电力进行控制和转换，实现对电力的高效利用和稳定传输。
其基本原理包括功率电子器件、控制电路和模拟电路。
功率电子器件是电力电子技术的核心，包括整流器、逆变器、开关管等，能够实现对电力的高效控制和转换。
控制电路是用来控制功率电子器件的工作状态，通过控制电路可以实现对电力的精确调节和稳定控制。
模拟电路则是用来实现对电力的各项参数进行监测和调节，通过模拟电路可以实现对电力的精确测量和调节。
电力电子技术在电力系统中有着广泛的应用，主要包括能源转换、电力调节和功率控制等方面。
在能源转换方面，电力电子技术可以实现对不同形式电力的转换，包括将太阳能、风能等可再生能源转换为电力，同时也可以将电力转换为热能、光能等其他形式的能源。
通过电力电子技术的应用，能够实现能源的高效利用和增加可再生能源的比重。
在电力调节方面，电力电子技术可以实现对电力的精确调节和稳定控制，包括对电压、频率等参数进行调节，同时还可以实现对电力负载的动态调节，保证电力系统的稳定运行。
随着科技的不断进步，电力电子技术在电力系统中的应用也得到了不断的拓展和深化。
未来，电力电子技术的发展趋势主要包括高效、智能和绿色化等方面。
高效化是电力电子技术的发展趋势之一，未来将主要致力于提高功率电子器件和控制电路的效率，实现对电力的更高效转换和利用，从而提高电力系统的整体运行效率。
电力电子技术在电力系统中具有重要的作用，未来将持续发展并得到更广泛的应用。
我们期待着电力电子技术在电力系统中发挥更大的作用，为电力系统的稳定运行和可持续发展贡献更大的力量。
华北电力大学电力电子2008～2009(A)卷
V
L io R
uL
E
uG
VD uo
iD
+
M EM
-
uG
0
1000
2000
t (μs)
u0
图 3.3
0
1000
2000
t (μs)
i0
0
1000
2000
t (μs)
uL
0
1000
2000
t (μs)
共4页 第4页
共4页 第1页
二、填空题（将答案填入题目中的相应位置，每空 1 分，共 50 分）
1． 图 2.1 所示电路，把一只晶闸管与灯泡串联，加上直流电压 U，开关 S 闭合前灯
泡亮不亮？
，原因是
S
；
U
E
开关 S 闭合后灯泡亮不亮？
，原因是
；
开关 S 闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡仍然亮，原因是
图 2.1
ia VT1
U an
a
uan
uab 2
ua
uac 2
ua VT3
VT4
1)
n
b
n'
0
ub VT5
VT6
c
uc
VT2 负载
uan
uab 2
ua
uac 2
2 t
S
图 3.2
2) 0
2 t
3. 图 3.3 所示降压斩波电路，已知 E=200V，R=1Ω，L=∞，EM=80V，采用脉宽调制控制方式，T=1000μs，若输 出电压 Uo=100V，1）计算所需的 ton 值和输出电流平均值 Io；2）作出相应的 IGBT 控制脉冲 uG，负载电压 u0、 负载电流 i0 及电感电压 uL 的波形。（10 分）
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
感应电机驱动
VVVF调速（f： 100％～50％， Vs：100％～50％）
2020年10月12日源自30第八章 电机驱动装置感应电机驱动
VVVF调速（电动与制动）
现代电力电子技术原理与应用
2020年10月12日
31
第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
现代电力电子技术原理与应用
电磁过程
2020年10月12日
7
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
基本方程
电磁过程
2020年10月12日
现代电力电子技术原理与应用
机械过程
8
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
动态方程：电磁与机械
现代电力电子技术原理与应用
vt
La
dia dt
Raia
ea
Tm
J eq
dm
dt
23
第八章 电机驱动装置
感应电机驱动
电路图与相量图
现代电力电子技术原理与应用
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
感应电机驱动
基本方程
转子侧
现代电力电子技术原理与应用
定子侧
Er k1 fslag
eag (t) Ns 2 f ag cos 2 ft
Eag k1 f ag
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
感应电机驱动
基本方程
将转子归算至定子侧
现代电力电子技术原理与应用
Eag
f f sl
Er
(f
Rr f sl
j2 fLlr )Ir
定子电流
Is Im Ir
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
感应电机驱动
基本方程： s 很小时
现代电力电子技术原理与应用
Tem k3ag Ir Ir k4ag fsl
现代电力电子技术原理与应用
直流电机的机械特性（恒力矩机械负载）
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
运行象限
反向制动
Ea Ia
反向电动
Ea Ia
2020年10月12日
现代电力电子技术原理与应用
Tem
正向电动
Ea Ia
正向制动
Ea Ia
m
14
第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
工频四象限 换流器
反并联的桥 式换流器
通过开关切 换改变转向 的驱动装置
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
用于电机驱动的AC/DC换流器：电流间断的影响
2020年10月12日
感应电机驱动
VVVF调速（启动～额定转速，无低速电压提升）
电力电子技术原理与应用
第八章
电机驱动装置
第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
电机驱动装置设计的一般准则
• 电机与负载间的匹配
• 功率 • 力矩与转速 • 运动方式
• 电机发热因素的考虑 • 电机与电力电子装置间的匹配
2020年10月12日
2
第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
直流电机驱动
波形因数
现代电力电子技术原理与应用
PR
I2 a,rms
F Ia,rms Ia,av
Tem Ia,av
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
• 在所需象限运行的能力 • 电流限流能力 • 较硬的机械特性 • 尽可能好的波形因数 • 快速的响应特性
用于电机驱动的DC/DC全桥换流器
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
用于电机驱动的DC/DC全桥换流器：交接时间
2020年10月12日
19
第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
调速驱动装置
• 四象限、二象限、单象限运行 电流间断的影响
电机驱动装置设计的一般准则
• 速度与位置传感器的选择 • 伺服驱动控制及电流限制
• 电流反馈调节器 • 电流限制环节
2020年10月12日
3
第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
电机驱动装置设计的一般准则
电流限制：控制环节框图（双环系统）
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
电机驱动装置设计的一般准则
电流限制：控制环节框图（单环系统）
2020年10月12日
5
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
现代电力电子技术原理与应用
• 固有的良好调速特性 • 可用于伺服驱动与调速驱动 • 结构负杂 • 维护困难 • 造价较高
2020年10月12日
6
第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
基本方程
• 对转速、力矩指令的响应速度要求较低
AC/DC相控换流器
DC/DC降压换流器 DC/DC半桥换流器 DC/DC全桥换流器
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
用于电机驱 动的DC/DC 换流器
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
Beq m
Teq
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
稳态方程
现代电力电子技术原理与应用
vt Raia ea
Tm Beqm Teq
2020年10月12日
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第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
基本方程
现代电力电子技术原理与应用
Tem kt f ia ea ke f m
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
伺服驱动装置
• 四象限运行 • 硬机械特性 • 快速响应特性
交接时间的影响
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DC/DC全桥换流器
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
用于驱动直流电机的电力电子装置
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第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
电机的机械特性
vt Raia ea
Tm Beqm Teq Tem kt f ia ea ke f m
现代电力电子技术原理与应用
ea vt Raia
n n0 KTem
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第八章 电机驱动装置
直流电机驱动
Tem k5a2g fsl
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第八章 电机驱动装置
感应电机驱动
特性曲线
现代电力电子技术原理与应用
转速与转矩
转速与转子电流
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第八章 电机驱动装置
现代电力电子技术原理与应用
感应电机驱动
变定子电压时的力矩特性（Vs：100％～50％）
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