电力电子技术重点王兆安第五版复习过程
电力电子技术重点王兆安第五版
第1章绪论
1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。
2 电力变换的种类
（1）交流变直流AC-DC：整流
（2）直流变交流DC-AC：逆变
（3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现
（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制
3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。
第2章电力电子器件
1 电力电子器件与主电路的关系
（1）主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。
（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。
2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。
3 电力电子系统基本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。（2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。
（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。（4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。
4 电力电子器件的分类
根据控制信号所控制的程度分类（1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如SCR晶闸管。
（2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。
（3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。
根据驱动信号的性质分类
（1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如SCR、GTO、GTR。（2）电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如MOSFET、IGBT。
根据器件内部载流子参与导电的情况分
类
（1）单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。如MOSFET。
（2）双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。如SCR、GTO、GTR。
（3）复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。如IGBT。
5 半控型器件—晶闸管SCR
将器件N1、P2半导体取倾斜截面，则晶闸管变成V1-PNP和V2-NPN两个晶体管。
晶闸管的导通工作原理（1）当AK间加正向电压A E，晶闸管不能导通，主要是中间存在反向PN结。（2）当GK间加正向电压G E，NPN晶体管基极存在驱动电流G I，NPN晶体管导通，产生集电极电流2c I。
（3）集电极电流2c I构成PNP的基极驱动电流，PNP导通，进一步放大产生PNP集电极电流1c I。
（4）1c I与G I构成NPN的驱动电流，继续上述过程，形成强烈的负反馈，这样NPN 和PNP两个晶体管完全饱和，晶闸管导通。
2.3.1.4.3 晶闸管是半控型器件的原因（1）晶闸管导通后撤掉外部门极电流
G
I，但是NPN基极仍然存在电流，由PNP 集电极电流1c I供给，电流已经形成强烈正反馈，因此晶闸管继续维持导通。（2）因此，晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其关断。
2.3.1.4.4 晶闸管的关断工作原理
满足下面条件，晶闸管才能关断：（1）去掉AK间正向电压；
（2）AK间加反向电压；
（3）设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。
2.3.2.1.1 晶闸管正常工作时的静态特
性
（1）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。
（2）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能导通。
（3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。
（4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
2.4.1.1 GTO的结构
（1）GTO与普通晶闸管的相同点：是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。
（2）GTO与普通晶闸管的不同点：GTO 是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小GTO 元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是这种特殊结构才能实现门极关断作用。
2.4.1.2 GTO的静态特性
（1）当GTO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。（2）当GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。（3）GTO导通后，若门极施加反向驱动电流，则GTO关断，也即可以通过门极电流控制GTO导通和关断。
（4）通过AK间施加反向电压同样可以保证GTO关断。
2.4.3 电力场效应晶体管MOSFET （1）电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它是电压型器件。（3）当GS
U大于某一电压值T U时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体，形成反型层。
2.4.4 绝缘栅双极晶体管IGBT
（1）GTR和GTO是双极型电流驱动器件，其优点是通流能力强，耐压及耐电流等级高，但不足是开关速度低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。
（2）电力MOSFET是单极型电压驱动器件，其优点是开关速度快、所需驱动功率小，驱动电路简单。
（3）复合型器件：将上述两者器件相互取长补短结合而成，综合两者优点。（4）绝缘栅双极晶体管IGBT是一种复合型器件，由GTR和MOSFET两个器件复合而成，具有GTR和MOSFET两者的优点，具有良好的特性。
（1）IGBT是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。
（2）IGBT由MOSFET和GTR组合而成。
第3章整流电路
（1）整流电路定义：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。
3.1.1 单相半波可控整流电路（4）触发角 ：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。
（7）几个定义
①“半波”整流：改变触发时刻，d u和d i
波形随之改变，直流输出电压d u为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在2u正半周内出现，因此称“半波”整流。
②单相半波可控整流电路：如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，因此为单相半波可控整流电路。
3.1.1.3 电力电子电路的基本特点及分析方法
（1）电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性电路。
（2）电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过程时，可以将器件理想化，看作理想开关，即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。
3.1.2 单相桥式全控整流电路 3.1.2.1 带电阻负载的工作情况 （1）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的原理图
① 由4个晶闸管（VT 1 ~VT 4）组成单相桥式全控整流电路。
② VT 1 和VT 4组成一对桥臂，VT 2 和VT 3组成一对桥臂。
（2）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图
① α~0：
●
VT 1 ~VT 4未触发导通，呈现断态，则0d =u 、0d =i 、02=i 。
●
2VT VT 41u u u =+，2VT VT 2
1
41u u u ==。
② πα~：
●
在α角度时，给VT 1 和VT 4加触发脉冲，此时a 点电压高于b 点，
VT 1 和VT 4承受正向电压，因此可靠导通，
41VT VT ==u u 。
●
电流从a 点经VT 1 、R 、VT 4流回b 点。
● 2d u u =，d 2i i =，形状与电压相同。
③ )(~αππ+：
●
电源2u 过零点，VT 1 和VT 4承受反向电压而关断，2VT VT 2
141u u u =
=（负半周）。
●
同时，VT 2 和VT 3未触发导通，因此0d =u 、0d
=i 、02=i 。
④ παπ2~)(+：
●
在)(απ+角度时，给VT 2 和VT 3加触发脉冲，此时b 点电压高于a 点，VT 2 和VT 3承受正向电压，因此可靠导通，03VT VT 2
==u u 。
●
VT 1 阳极为a 点，阴极为b 点；VT 4 阳极为a 点，阴极为b 点；因
此2VT VT 4
1u u u ==。
●
电流从b 点经VT 3 、R 、VT 2流回b 点。
●
2d u u -=，d 2i i -=。
（3）全波整流
在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此该电路为全波整流。 （4）直流输出电压平均值
2
cos 19.02cos 122)(sin 212
22d α
απωωππ
α
+=+=
=
?
U U t td U U
（5）负载直流电流平均值
2
cos 19.02cos 122R 22d d α
απ+=+==
R U R U U I
（6）晶闸管参数计算 ① 承受最大正向电压：)2(
2
12U
② 承受最大反向电压：22U
③ 触发角的移相范围：0=α时，
2d 9.0U U =；o 180=α时，0d =U 。因此移相范
围为o 180。
④ 晶闸管电流平均值：VT 1 、VT 4与VT 2 、VT 3轮流导电，因此晶闸管电流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即2
cos 145.021
2d dVT
α+==
R U I I 。
3.1.2.2 带阻感负载的工作情况 （1）单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图
（2）单相桥式全控整流电路带阻感负载时的波形图
●
分析时，假设电路已经工作于稳
态下。 ●
假设负载电感很大，
负载电流不能突变，使负载电流d i 连续且波形近似为一水平线。 ① πα~：
●
在α角度时，给VT 1 和VT 4加触发脉冲，此时a 点电压高于b 点，
VT 1 和VT 4承受正向电压，因此可靠导通，04
1VT VT ==u u 。
●
电流从a 点经VT 1 、L 、R 、VT 4流回b 点，2d u u =。
● d i 为一水平线，2d VT 1,4i i i ==。 ●
VT 2 和VT 3为断态，02,3
VT =i
② )(~αππ+：
●
虽然二次电压2u 已经过零点变负，但因大电感的存在使VT 1 和VT 4持续导通。
●
041VT VT ==u u ，2d u u =，2d VT 1,4i i i ==，02,3VT =i 。
③ παπ2~)(+：
●
在)(απ+角度时，给VT 2 和VT 3加触发脉冲，此时b 点电压高于a 点，VT 2 和VT 3承受正向电压，因此可靠导通，03VT VT 2
==u u 。
●
由于VT 2 和VT 3的导通，使VT 1 和VT 4承受反向电压而关断01,4
VT =i 。
VT 1 阳极为a 点，阴极为b 点；VT 4 阳极为a 点，阴极为b 点；因此2VT 1,4
u u =。
●
电流从b 点经VT 3 、L 、R 、VT 2流回b 点，2d u u -=。
●
d i 为一水平线，2d VT 2,3i i i -==。
④ )2(~2αππ+：
●
虽然二次电压2u 已经过零点变正，但因大电感的存在使VT 2 和VT 3持续导通。
●
032VT VT ==u u ，2VT 1,4u u =，2d u u -=，2d VT 2,3i i i -==，01,4VT =i 。
（3）直流输出电压平均值
α
απ
ωωπα
πα
cos 9.0cos 22)(sin 2122
2d U U t td U U ==
=
?
+
（4）触发角的移相范围
0=α时，2d 9.0U U =；o 90=α时，0d =U 。因
此移相范围为o 90。
（5）晶闸管承受电压：正向：22U ；反
向：
22U
3.1.2.3 带反电动势负载时的工作情况 （1）单相桥式全控整流电路带反电动势负载时的原理图
① 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，即反电动势负载。正常情况下，负载电压d u 最低为电动势E 。 ② 负载侧只有2u 瞬时值的绝对值大于反电动势，即E u >2
时，才有晶闸管承受正
电压，有导通的可能。
（2）单相桥式全控整流电路带反电动势负载时的波形图 ① )(~θαα+：
●
在α角度时，给VT 1 和VT 4加触发脉冲，此时E u >2
，说明
VT 1 和
VT 4承受正向电压，因此可靠导
通，2d u u =，R
d
d E
u i -=。
② )(~)(απθα++：
●
在)(θα+角度时，E u <2，说明VT 1 和VT 4已经开始承受反向电压关断。
●
同时，由于VT 2 和VT 3还未触发导通，因此E u =d ，0d =i 。
③ )(~)(θαπαπ+++：
●
此过程为VT 2 和VT 3导通阶段，由于是桥式全控整流，因此负载电
压与电流同前一阶段，2d u u -=，
R
d d E u i -=
。
3.2 三相可控整流电路 3.2.1 三相半波可控整流电路 3.2.1.1 电阻负载 （1）三相半波
可控整流电路带电阻负载时的原理图 ① 变压器一次侧接成三角
形，防止3次谐波流入电网。
② 变压器二次侧接成星形，以得到零线。
③ 三个晶闸管分别接入a 、b 、c 三相电源，其所有阴极连接在一起，为共阴极接法。 （2
）三相半波不
可控整流电路带电阻负载时的波形图
●
将上面原理图中的三个晶闸管换成不可控二极管，分别采用VD 1、VD 2和VD 3表示。
●
工作过程分析基础：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。
① 21~t t ωω：a 相电压最高，则VD 1导通，VD 2和VD 3反压关断，a u u =d 。 ② 32~t t ωω：b 相电压最高，则VD 2导通，VD 3和VD 1反压关断，b u u =d 。 ③ 43~t t ωω：b 相电压最高，则VD 2导通，VD 3和VD 1反压关断，b u u =d 。 ④ 按照上述过程如此循环导通，每个二极管导通o 120。
⑤ 自然换向点：在相电压的交点1t ω、
2t ω、3t ω处，出现二极管换相，即电流由
一个二极管向另一个二极管转移，这些交点为自然换向点。
（3）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（o 0=α）
自然换向点：对于三相半波可控整流电路而言，自然换向点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻（即开始承受正向电压），该时刻为各晶闸管触发角α的起点，即o 0=α。 ① 21~t t ωω：
●
a 相电压最高，VT 1开始承受正压，在
1t ω时刻触发导通，01VT =u ，而
VT 2和
VT 3反压关断。
●
a u u =d ，R
u i i d d VT 1=
=。
② 32~t t ωω：
●
b 相电压最高，VT 2开始承受正压，在
2t ω时刻触发导通，02VT =u ，而
VT 3和
VT 1反压关断。
●
b d u u =，01VT =i ，VT 1承受
a 点-
b 点间
电压，即ab VT 1u u =。
③ 43~t t ωω：
●
c 相电压最高，VT 3开始承受正压，在
3t ω时刻触发导通，03VT =u ，而
VT 1和
VT 2反压关断。
●
c d u u =，01VT =i ，VT 1承受
a 点-c 点间
电压，即ac VT 1u u =。
（4）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（o 30=α）
定义：1t ω时刻为自然换向点后o 30，2t ω和
3t ω时刻依次间距o 120。
① )90(~o 11+t t ωω：
●
a 相电压最高，VT 1已经承受正压，但在1t ω时刻（即o 30=α）时开始触发导通，01VT =u ，而VT 2和VT 3反压关断。
●
a u u =d ，R
u i i d d VT 1=
=。
② 2o 1~)90(t t ωω+：
●
虽然已到a 相和b 相的自然换向点，b 相电压高于a 相电压，VT 2已经开始承受正压，但是VT 2没有门极触发脉冲，因此VT 2保持关断。
●
这样，原来已经导通的VT 1仍然承受正向电压（0a
>u ）而持续导通，
01VT =u ，a u u =d ，R
u
i i d
d VT 1==。
③ 32~t t ωω：
●
b 相电压最高，VT 2已经承受正压，
2t ω时刻（即o 30=α）时开始触发导通
VT 2，02
VT =u ，这样VT 1开始承受反压
而关断。
●
b d u u =，01VT =i ，VT 1承受
a 点-
b 点间
电压，即ab VT 1u u =。 ④ 43~t t ωω：
●
c 相电压最高，VT 3已经承受正压，
3t ω时刻（即o 30=α）时开始触发导通
VT 3，03VT =u ，这样VT 2开始承受反压而关断。
●
c d u u =，01VT =i ，VT 1承受
a 点-c 点间
电压，即ac VT 1u u =。
（5）三相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（o 60=α）
定义：1t ω时刻为自然换向点后o 60，2t ω和
3t ω时刻依次间距o 120。
① )90(~o 11+t t ωω：
●
a 相电压最高，VT 1在1t ω时刻（即
o 60=α）时开始触发导通，即使过了
自然换向点，但因VT 2未导通及
0a >u ，而使
VT 1持续导通，01VT =u ，
而VT 2和VT 3反压关断。
●
a u u =d ，R
u i i d d VT 1=
=。
② 2o 1~)90(t t ωω+：
●
a 相电压过零变负（0a
●
0d VT 1==i i ，0d =u 。
③ 32~t t ωω及43~t t ωω期间情况分别为VT 2和VT 3导通过程，与上述相同。 （6）三相半波可控整流电路带电阻负载不同触发角工作时的情况总结 ① 当o
30<α时，负载电流处于连续状
态，各相导电o 120。
② 当o 30=α时，负载电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电o 120。 ③ 当o 30>α时，负载电流处于断续状
态，直到o 150=α时，整流输出电压为零。 ④ 结合上述分析，三相半波可控整流电路带电阻负载时α角的移相范围为o 150，其中经历了负载电流连续和断续的工作过程。 （7）数值计算
① o 30≤α时，整流电压平均值（负载电流连续）：
●
απ
ωωπαπαπco 17.1cos 26
3)(sin 23
212265
62d U U t td U U ===?
++
●
当o 0=α时，d U 最大，2d 17.1U U =。
② o 30>α时，整流电压平均值（负载电流断续）：
●
)]6cos(1[675.0)]6cos(1[223)(sin 23
212262d απαππωωππαπ++=++==
?
+U U t td U U
●
当o 150=α时，d U 最小，0d =U 。
③ 负载电流平均值：R
U I d d =。
④ 晶闸管承受的最大反向电压： 为变压器二次侧线电压的峰值，
222RM 45.2632U U U U ==?=
⑤ 晶闸管承受的最大正向电压：
如a 相，二次侧a 相电压与晶闸管正向电压之和为负载整流输出电压d U ，由于d U 最小为0，因此晶闸管最大正向电压2FM
2U U =。
2.2.1.2 阻感负载
（1）三相半波可控整流电路带阻感负载时的原理图
① 当阻感负载中的电感值很大时，整流获得的电流d i 波形基本是平直的，即流过晶闸管的电流接近矩形波。
② 当o 30≤α时，整流电压波形与电阻负载时相同，因为两种负载情况下，负载
电流均连续。 （2）三相半波可控整流电路带阻感负载时的波形图（o 60=α）
定义：1t ω时刻为自然换向点后o 60，2t ω和
3t ω时
刻依次间距
o 120。
①
2
1~t t ωω：
●
VT 1承
受正压并触发导通，过自然换向点后a 相电压仍大
于0，VT 1仍持续导通。
●
a 相过零点后，由于电感的存在，阻止电流下降，因而VT 1仍持续导通。
●
a d u u =，d d a I i i ==，0c
b ==i i ，01VT =u 。
② 32~t t ωω：
●
当2t ω时刻，b 相电压最高，同时触发导通，则VT 2导通，这样VT 1承受反压关断，由VT 2向负载供电。
●
b d u u =，d d b I i i ==，0
c a ==i i ，
ab VT 1u u =。
③ 43~t t ωω：
● 工作过程与上述相同。
●
c d u u =，d d c I i i ==，0b a ==i i ，
ac VT 1u u =。
（3）三相半波可控整流电路带阻感负载不同触发角工作时的情况总结 ① 阻感负载状态下，由于大电感的存在，使负载电流始终处于连续状态，各相导电o 120。
② 当o 30>α时，负载电压d u 波形将出现负的部分，并随着触发角的增大，使负的部分增多。
③ 当o 90=α时，负载电压d u 波形中正负面积相等，d u 平均值为0。
④ 结合上述分析，三相半波可控整流电路带阻感负载时α角的移相范围为o 90。 （4）数值计算
① 整流电压平均值（负载电流始终连续）：αcos 17.12d U U =。
② 晶闸管承受的最大正反向电压： 为变压器二次侧线电压的峰值，
222RM FM 45.2632U U U U U ==?==
3.2.2 三相桥式全控整流电路 三相桥式全控整流电路原理图：
（1）由6只晶闸管组成，形成三个桥臂，其中每个桥臂连接一相电源。
（2）阴极连接在一起的3只晶闸管（VT 1、VT 3、VT 5）称为共阴极组，处于桥臂上端。
（3）阳极连接在一起的3只晶闸管（VT 4、VT 6、VT 2）称为共阳极组，处于桥臂下端。
（4）晶闸管的导通顺序：VT 1、VT 2、VT 3、VT 4、VT 5、VT 6。
3.2.2.1 带电阻负载时的工作情况（o 0=α） （1）基本说明
① 自然换向点仍为a 、b 、c 相的交点。 ② 将1t ω时刻（自然换向点）后的一个电源周期分成6段，每段电角度为o 60，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。 （2）波形图分析 ① 阶段Ⅰ：
●
a 相电压最大，
b 相电压最小，触发导通VT 1（事实上，VT 6已经导通）
●
ab d u u =，R
u i ab VT 1=
，01VT =u 。
② 阶段Ⅱ：
●
a 相电压最大，c 相电压最小，触发导通VT 2，则VT 6承受反压（0c
b
●
ac d u u =，R
u i ac VT 1=
，01VT =u 。
③ 阶段Ⅲ：
●
b 相电压最大，
c 相电压最小，触发导通VT 3，则VT 1承受反压（0ab
●
bc d u u =，R
u i bc VT 1=
，ab VT 1u u =。
④ 阶段Ⅳ：
●
b 相电压最大，a 相电压最小，触发导通VT 4，则VT 2承受反压（0a
c
●
ba d u u =，R
u i ba VT 1=
，ab VT 1u u =。
⑤ 阶段Ⅴ：
●
c 相电压最大，a 相电压最小，触发导通VT 5，则VT 3承受反压（0bc
●
ca d u u =，R
u i ca VT 1=
，ac VT 1u u =。
⑥ 阶段Ⅵ：
●
c 相电压最大，b 相电压最小，触发导通VT 6，则VT 4承受反压（0ba
●
cb d u u =，R
u i cb VT 1=
，ac VT 1u u =。
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
电力电子技术重点王兆安第五版打印版
第1章绪论 1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术，主要用于电力变换。 2 电力变换的种类 （1）交流变直流AC-DC：整流 （2）直流变交流DC-AC：逆变 （3）直流变直流DC-DC：一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制 3 电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。 第2章电力电子器件 1 电力电子器件与主电路的关系 （1）主电路：指能够直接承担电能变换或控制任务的电路。（2）电力电子器件：指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件。 2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。 3 电力电子系统基本组成与工作原理 （1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。 （2）检测主电路中的信号并送入控制电路，根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断。 （4）同时，在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行。 4 电力电子器件的分类 根据控制信号所控制的程度分类 （1）半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。如SCR晶闸管。 （2）全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。如GTO、GTR、MOSFET 和IGBT。 （3）不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。 根据驱动信号的性质分类 （1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如SCR、GTO、GTR。（2）电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如MOSFET、IGBT。 根据器件内部载流子参与导电的情况分类 （1）单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。如MOSFET。 （2）双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。如SCR、GTO、GTR。（3）复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。如IGBT。 5 半控型器件—晶闸管SCR 将器件N1、P2半导体取倾斜截面，则晶闸管变成V1-PNP 和V2-NPN两个晶体管。 晶闸管的导通工作原理 （1）当AK间加正向电压A E，晶闸管不能导通，主要是中间存在反向PN结。 （2）当GK间加正向电压G E，NPN晶体管基极存在驱动电流G I，NPN晶体管导通，产生集电极电流2c I。 （3）集电极电流2c I构成PNP的基极驱动电流，PNP导通，进一步放大产生PNP集电极电流1c I。 （4）1c I与G I构成NPN的驱动电流，继续上述过程，形成强烈的负反馈，这样NPN和PNP两个晶体管完全饱和，晶闸管导通。 2.3.1.4.3 晶闸管是半控型器件的原因 （1）晶闸管导通后撤掉外部门极电流G I，但是NPN基极仍然存在电流，由PNP集电极电流1c I供给，电流已经形成强烈正反馈，因此晶闸管继续维持导通。 （2）因此，晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其关断。 2.3.1.4.4 晶闸管的关断工作原理 满足下面条件，晶闸管才能关断： （1）去掉AK间正向电压； （2）AK间加反向电压； （3）设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。 2.3.2.1.1 晶闸管正常工作时的静态特性 （1）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。 （2）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能导通。 （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。 （4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 2.4.1.1 GTO的结构 （1）GTO与普通晶闸管的相同点：是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。 （2）GTO与普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是这种特殊结构才能实现门极关断作用。 2.4.1.2 GTO的静态特性 （1）当GTO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。 （2）当GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情
王兆安版电力电子技术试卷及答案
20××－20××学年第一学期期末考试 《电力电子技术》试卷(A) （时间90分钟 满分100分） （适用于 ××学院 ××级 ××专业学生） 一、 填空题（30分,每空1分）。 1．如下器件：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，属于不可控器件的是________，属于半控型器件的是________，属于全控型器件的是________；属于单极型电力电子器件的有________，属于双极型器件的有________，属于复合型电力电子器件得有 ________；在可控的器件中，容量最大的是________，工作频率最高的是________，属于电压驱动的是________，属于电流驱动的是________。（只写简称） 2．单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 _，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 ；带阻感负载时，α角移相范围为 ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为 和 。 3．直流斩波电路中最基本的两种电路是 和 。 4．升降压斩波电路呈现升压状态时，占空比取值范围是__ _。 5．与CuK 斩波电路电压的输入输出关系相同的有 、 和 。 6．当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz 时，单相交交变频电路的输出上限频率约为 。 7．三相交交变频电路主要有两种接线方式，即 _和 。 8．矩阵式变频电路是近年来出现的一种新颖的变频电路。它采用的开关器件是 ；控制方式是 。 9．逆变器按直流侧提供的电源的性质来分，可分为 型逆变器和 型逆变器。 10．把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为 。 二、简答题（18分,每题6分）。 1．逆变电路多重化的目的是什么？如何实现？串联多重和并联多重逆变电路各应用于什么场合？ 2．交流调压电路和交流调功电路有什么异同？ 3．功率因数校正电路的作用是什么？有哪些校正方法？其基本原理是什么？ 三、计算题（40分，1题20分，2题10分，3题10分）。 1．一单相交流调压器，电源为工频220V ，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH 。 试求：①开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值；③最大输出功率及此时电源侧的功率因数；④当2πα＝时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。 2．.三相桥式电压型逆变电路，工作在180°导电方式，U d =200V 。试求输出相电压的基波幅值U UN1m 和有效值U UN1、输出线电压的基波幅值U UV1m 和有效值U UV1、输出线电压中7次谐波的有效值U UV7。 3 ．如图所示降压斩波电路E=100V ，L 值极大，R=0.5Ω，E m =10V ，采用脉宽调制控制方式，T=20μs ，当t on =5μs 时，计算输出电压平均值U o ，输出电流平均值
第1章 电力电子器件王兆安
第1章电力电子器件 填空题： 1.电力电子器件一般工作在________状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。 3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________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________。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为________。 6.电力二极管的主要类型有________、________、________。 7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 ____ 正向有触发则导通、反向截止 ____ 。 9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。 10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。 11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。 14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。 15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。 16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。 17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。 18.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为________和________两类。 19.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。 20.GTR的驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。 21.抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。在过电流保护中，快速熔断器的全保护适用于________功率装置的保护。
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。
电力电子技术(王兆安第五版)课后习题全部答案
电力电子技术答案 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 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晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流 最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1 、I d2 、I d3 与电流有效值I 1 、I 2 、I 3 。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I 1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ? π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I 2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ? π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I 3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、 I d2、I d3 各为多少?这时，相应的电流最大值I m1 、I m2 、I m3 各为多少? 解：额定电流I T(AV) =100A的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算 结果知
电力电子技术(王兆安第五版)课后习题全部答案
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 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晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 要使晶闸由导通变为关断， 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接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解：额定电流I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m1 35 .3294767.0≈≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A
电力电子技术复习要点
电力电子技术复习要点 第一章 电力电子器件及其应用 一、一般性概念 1、什么是场控（电压控制）器件、什么是电流控制器件？什么是半控型器件？什么是全控型器件？什么是复合器件？ 2、波形系数的概念，如何利用波形计算相关的平均值、有效值 3、什么是器件的安全工作区，有何用途？ 4、什么是器件的开通、关断时间，器件开关速度对电路工作有何影响？ 二、二极管 1、常用二极管有哪些类型？各有什么特点？ 2、二极管额定电流、额定电压的概念，如何利用波形系数选择二极管额定电流？ 三、晶闸管 1、晶闸管的开通、关断条件、维持导通的条件 2、维持电流、擎住电流的概念 3、晶闸管额定电流、额定电压的概念，如何利用波形系数选择晶闸管额定电流？ 四、GTR 1、GTR 如何控制工作？ 2、GTR 正常工作对控制电流有何要求？为什么？ 3、GTR 的安全工作区有何特别？什么是二次击穿现象，有何危害？ 4、GTR 额定电流、额定电压的概念，如何利用波形系数选择GTR 额定电流？ 五、MOSTFET 、IGBT 1、MOSTFET 、IGBT 如何控制工作？ 2、MOSTFET 、IGBT 正常工作对控制电压有何要求？为什么？ 3、MOSTFET 、IGBT 额定电流、额定电压的概念，如何利用波形系数选择MOSTFET 、IGBT 管额定电流？ 六、如何设计RCD 缓冲电路的参数？各个约束条件的含义？如果增加m ax dt dU 、 瞬态冲击电流I max 限制，其约束条件如何表达？
第二章直流―直流变换电路 一、基本分析基础 1、电路稳态工作时，一个周期电容充放电平衡原理 2、电路稳态工作时，一个周期电感伏秒平衡原理 3、电路稳态工作时，小纹波近似原理 二、Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback、Forward电路 1、电感电流连续时，电路稳态工作波形分析 2、利用工作波形分析计算输入输出关系 3、开关元件（VT、VD）的峰值电流、额定电流、承受的电压如何计算？ 4、输出纹波如何计算？ 第三章直流－交流变换电路 一、单相方波逆变电路 1、单相方波逆变电路控制规律、工作波形分析 2、利用波形分析计算单相方波逆变电路输入电流、电压、功率和输出的电流、 电压、功率 3、单相方波逆变电路移相调压、矩形波调制调压的原理 二、单相SPWM逆变 1、SPWM调制的原理 2、自然采样法、规则采样法、同步调制、异步调制、分段同步调制、幅度调制 比、载波比（频率调制比）的概念 3、桥式电路双极性SPWM逆变的控制方法、输入输出电压关系、如何实现输出 基波的调频调压 4、桥式电路单极性倍频SPWM逆变的控制方法、输入输出电压关系、如何实现 输出基波的调频调压 三、三相逆变 1、三相方波逆变的控制原理、纯电阻负载工作波形分析 2、三相方波逆变纯电阻负载输入、输出的电流、电压、功率计算 3、三相SPWM逆变的控制原理，纯电阻负载工作波形分析
电力电子技术(王兆安第五版)课后习题全部答案
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 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晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 要使晶闸由导通变为关断， 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接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少 解：额定电流I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m1 35 .3294767.0≈≈ I A, ≈≈ I m2,90.2326741.0A I ≈≈
电力电子技术的重要作用
1 电力电子技术的重要作用 电力电子是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术。它是工业化和信息化融合的重要手段，它将各种能源高效率地变换成为高质量的电能，将电子信息技术和传统产业相融合的有效技术途径。同时，还是实现节能环保和提高人民生活质量的重要技术手段，在执行当前国家节能减排、发展新能源、实现低碳经济的基本国策中起着重要的作用。 电力电子器件在电力电子技术领域的应用和市场中起着决定性的作用，是节能减排、可再生能源产业的“绿色的芯”。电力电子半导体器件是伴随着以硅为基础的微电子技术一起发展的。在上世纪五十到六十年代，微电子的基本技术得到了完善，而功率晶体管和晶闸管则主导了电能变换的应用。从七十年代到八十年代，功率MOS技术得到了迅速发展并在很大程度上取代了功率晶体管。基于MOS技术的IGBT器件开始出现，并研发出CoolMOS。九十年代初以后，主要的研发力量集中在对IGBT器件性能的提高和完善。到了本世纪初，经过了若干代的连续发展，以德国英飞凌、瑞士ABB、美国国际整流器公司（IR）、日本东芝和富士等大公司为代表的电力电子器件产业已经拥有了趋于完美的IGBT技术，产品的电压覆盖300V到6.5kV范围。 电力电子器件与相关技术包括： （1）功率二极管； （2）晶闸管； （3）电力晶体管； （4）功率场效应晶体管（MOSFET）； （5）绝缘栅双极型晶体管（IGBT）； （6）复合型电力电子器件； （7）电力电子智能模块（IPM）和功率集成芯片（Power IC）； （8）碳化硅和氮化镓功率器件； （9）功率无源元件； （10）功率模块的封装技术、热管技术； （11）串并联、驱动、保护技术。 2 电力电子技术发展现状和趋势 2.1电力电子器件发展现状和趋势 电力电子器件产业发展的主要方向： （1）高频化、集成化、标准模块化、智能化、大功率化； （2）新型电力电子器件结构：CoolMOS，新型IGBT ； （3）新型半导体材料的电力电子器件：碳化硅、氮化镓电力电子器件。 2.2 电力电子装置、应用的现状和趋势 （1）在新能源和电力系统中的应用 电力系统是电力电子技术应用中最重要和最有潜力的市场领域，电力电子技术在电能的发生、输送、分配和使用的全过程都得到了广泛而重要的应用。从用电角度来说，要利用电力电子技术进行节能技术改造，提高用电效率；从发、输配电角度来说，必须利用电力电子技术提高发电效率和提高输配电质量。 （2）在轨道交通和电动汽车中的应用 电力电子技术在轨道交通牵引系统中的应用主要分为三个方面：主传动系统、辅助传动系统、控制与辅助系统中的稳压电源。在电力电子技术的带动下，电传动系统由直流传动走向现代交流传动。电力电子器件容量和性能的提高、封装形式
电力电子技术期末复习考卷综合(附答案-题目配知识点)复习过程
一、填空题： 1、电力电子技术的两个分支是电力电子器件制造技术和 变流技术 。 2、举例说明一个电力电子技术的应用实例 变频器、 调光台灯等 。 3、电力电子承担电能的变换或控制任务，主要为①交流变直流（AC —DC ）、②直流变交流（DC —AC ）、③直流变直流（DC —DC ）、④交流变交流（AC —AC ）四种。 4、为了减小电力电子器件本身的损耗提高效率，电力电子器件一般都工作在 开关状态，但是其自身的功率损耗（开通损耗、关断损耗）通常任远大于信息电子器件，在其工作是一般都需要安装 散热器 。 5、电力电子技术的一个重要特征是为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，其损耗包括 三个方面：通态损耗、断态损耗和 开关损耗 。 6、通常取晶闸管的断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM 中较 小 标值作为该器件的额电电压。选用时，额定电压要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。 7、只有当阳极电流小于 维持 电流时，晶闸管才会由导通转为截止。导通：正向电压、触发电流 （移相触发方式） 8、半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路可能会出现 失控 现象，为了避免单相桥式 半控整流电路的失控，可以在加入 续流二极管 来防止失控。 9、整流电路中，变压器的漏抗会产生换相重叠角，使整流输出的直流电压平均值 降低 。 10、从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度称为 触发角 。 ☆从晶闸管导通到关断称为导通角。 ☆单相全控带电阻性负载触发角为180度 ☆三相全控带阻感性负载触发角为90度 11、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 2√2U1 。（电源相电压为U1） 三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 2.45U 2 。（电源相电压为U 2） 12、四种换流方式分别为 器件换流 、电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 。 13、强迫换流需要设置附加的换流电路，给与欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流而关断。 14、直流—直流变流电路，包括 直接直流变流电路 电路和 间接直流变流电路 。（是否有交流环节） 15、直流斩波电路只能实现直流 电压大小 或者极性反转的作用。 ☆6种斩波电路：电压大小变换：降压斩波电路（buck 变换器)、升压斩波电路、 Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路、Zeta 斩波电路 升压斩波电路输出电压的计算公式 U= 1E β=1- ɑ 。 降压斩波电路输出电压计算公式： U=ɑE ɑ=占空比，E=电源电压 ☆直流斩波电路的三种控制方式是PWM 、 频率调制型 、 混合型 。 16、交流电力控制电路包括 交流调压电路 ，即在没半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路， 调功电路 即以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路， 交流电力电子开关即控制串入电路中晶闸管根据需要接通或断开的电路。
电力电子技术复习总结(王兆安)
电力电子技术复习题1 第1章电力电子器件 1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。 2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。 3.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__。 4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、 _双极型器件_ 、_复合型器件_三类。 5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。 6.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_。 7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。 8.晶闸管的基本工作特性可概括为 __正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。 9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L__大于__IH。 10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。 11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。 12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。 13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。 14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。 15.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。 16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。 17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。
电力电子技术重点
单相半波可控整流电路 带电阻负载的工作情况 直流输出电压平均值 ?+=+== π α α απωωπ 2 cos 145.0)cos 1(22)(sin 2212 22U U t td U U d 流过晶闸管的电流平均值IdT 和有效值IT 分别为 d dT I I π α π2-=d d T I t d I I π α πωπ π α2)(212-= = ? 续流二极管的电流平均值IdDR 和有效值IDR 分别为 d dDR I I π α π2+= d d DR I t d I I π α πωπ α ππ 2)(2122+= = ?+ 其移相围为180，其承受的最大正反向电压均为u2的峰 值即22U 单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。 单相桥式全控整流电路 带电阻负载的工作情况 全波整流 在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此该电路为全波整流。
直流输出电压平均值 2cos 19.02cos 122)(sin 212 22d α απωωππ α +=+= = ? U U t td U U 负载直流电流平均值 2 cos 19.02cos 122R 22d d α απ+=+==R U R U U I I 2＝I d 晶闸管参数计算 ① 承受最大正向电压：)2(21 2U ② 承受最大反向电压： 2 2U ③ 触发角的移相围：0=α时，2d 9.0U U =；o 180=α时，0d =U 。因此移相围为o 180。 ④ 晶闸管电流平均值： 2cos 145 .021 2d dVT α+==R U I I 。 （5）流过晶闸管的电流有效值为：IVT ＝Id ∕2 （6）晶闸管的额定电压=(2~3)×最大反向电压 （7）晶闸管的额定电流=(1.5~2)×电流的有效值∕1.57 单相桥式全控整流电路 带阻感负载 直流输出电压平均值 α απ ωωπα πα cos 9.0cos 22)(sin 2122 2d U U t td U U == = ? + 触发角的移相围 0=α时，2d 9.0U U =；o 90=α时，0d =U 。因此移相围为o 90。
电力电子技术(王兆安第五版)答案
电力电子技术答案（第五版） 2-1 与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电 压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 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 管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 要使晶闸管由导通变为关断， 可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大 值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 2-5 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少? 解：额定电流I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m135 .3294767.0≈≈I A, ≈≈ b) I m2, 90.2326741.0A I ≈≈ I d2A I m 56.1265434.02≈≈
电子电力课后习题答案(王兆安第五版)
电子电力课后习题答案（王兆安 第五版） 机械工业出版社 第一章 电力电子器件 1.1 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正相阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或者U AK >0且U GK >0 1.2 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晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。 1.3 图1－43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。 解：a) I d1=Im 2717.0)122(2Im )(sin Im 21 4≈+= ?πωπ π π t I 1=Im 4767.021 432Im )()sin (Im 21 4 2≈+= ? π?π ππ wt d t b) I d2=Im 5434.0)122(2Im )(sin Im 1 4 =+= ? wt d t ππ ?π I 2=Im 6741.021 432Im 2)()sin (Im 14 2≈+= ? π?π π π wt d t c) I d3=? = 20 Im 41)(Im 21 π ωπ t d I 3=Im 21)(Im 21 20 2= ? t d ωπ π 1.4.上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶阐管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少?这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?
解：额定电流I T(AV)=100A 的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算结果知 a) I m1 35 .3294767.0≈≈ I A, I d1≈0.2717I m1≈89.48A b) I m2 , 90.2326741.0A I ≈≈ I d2A I m 56.1265434.02≈≈ c) I m3=2I=314 I d3=5 .7841 3=m I 1.5.GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不能? 答：GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶阐管的分析可得， 121=+αα是器件临界导通的条件。121＞ αα+两个等效晶体管过饱和而导通；121＜αα+不能维持饱和导通而关断。 GTO 之所以能够自行关断，而普通晶闸管不能，是因为GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同： l)GTO 在设计时2α较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO 关断； 2)GTO 导通时21αα+的更接近于l ，普通晶闸管5.121≥+αα，而GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件； 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。 1.6.如何防止电力MOSFET 因静电感应应起的损坏? 答：电力MOSFET 的栅极绝缘层很薄弱，容易被击穿而损坏。MOSFET 的输入电容是低泄漏电容，当栅极开路时极易受静电干扰而充上超过±20的击穿电压，所以为防止MOSFET 因静电感应而引起的损坏，应注意以下几点： ①一般在不用时将其三个电极短接； ②装配时人体、工作台、电烙铁必须接地，测试时所有仪器外壳必
电力电子技术(王兆安)复习重点
第一章电力电子器件 交流（AC—AC）。 常用电力电子器件、电路图形文字符号和分类： 二、晶闸管的导通条件：阳极正向电压、门极正向触发电流. 三、晶闸管关断条件是：晶闸管阳极电流小于维持电流。 导通后晶闸管电流由外电路决定 实现方法：加反向阳极电压。 3、晶闸管额定电流是指：晶闸管在环境温度40和规定的冷却状态下，稳定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 4、I T(AV)与其有效值I VT 的关系是I T(AV) =I VT /1.57 5、晶闸管对触发电路脉冲的要求是：1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通 2）触发脉冲应有足够的幅度3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极电压，电流和功率额定且在门极伏安特性的可靠触发区域之内4）应有良好的抗干扰性能，温度稳定性与主电路的电气隔离。 第二章：整流电路 1、单相桥式全控整流电路结构组成： A．纯电阻负载：α的移相范围0~180o，U d 和I d 的计算公式， 要求能画出在α角下的U d ，I d 及变压器二次测电流的波形(参图3-5); B．阻感负载：R+大电感L下，α的移相范围0~90o，U d 和I d 计算公式 要求能画出在α角下的U d ,I d ，U vt1 及I 2 的波形(参图3-6); 2、三相半波可控整流电路：α=0 o的位置是三相电源自然换相点A）纯电阻负载α的移相范围0~150 o B）阻感负载（R＋极大电感L）①α的移相范围0~90 o②U d I d I vt 计算公式 ③参图3-17 能画出在α角下能U d I d I vt 的波形（Id电流波形可认为近似恒定） 3、三相桥式全控整流电路的工作特点： A）能画出三相全控电阻负载整流电路，并标出电源相序及VT器件的编号。 B）纯电阻负载α的移相范围0~120 o C）阻感负载R＋L（极大）的移相范围0~90 o U d I d I dvt I vt 的计算及晶闸管额定电流I t（AV） 及额定电压U tn 的确定 D）三相桥式全控整流电路的工作特点： 1）每个时刻均需要两个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴极组的，一个共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。