电力电子开关器件的辅助电路
电力电子技术复习题
电⼒电⼦技术复习题电⼒电⼦技术复习题1、晶闸管是三端器件，三个引出电极分别是：______极、______极和______极。
2、单相半波可控整流电路中，控制⾓α的最⼤移相范围是__________。
3、对于同⼀个晶闸管，其维持电流IH _______擎住电流IL（数值⼤⼩关系）。
4、在GTR和IGBT两种⾃关断器件中，属于电压驱动的器件是_____，属于电流驱动的器件是___。
5、在输⼊相同幅度的交流电压和相同控制⾓的条件下，三相可控整流电路与单相可控整流电路⽐较，三相可控整流电路可获得__________的输出电压。
6、为了使电⼒晶体管安全、可靠地运⾏，驱动电路和主电路应该实⾏_________。
7、把交流电能转换成直流电能称整流，把⼀种直流电能转换成另⼀种直流电能称_________，⽽把直流电能转换成交流电能称_________。
8、可关断晶闸管（GTO）的电流关断增益βoff 的定义式为βoff=___________，其值越______越好。
9、单相全控桥式整流⼤电感负载电路中，晶闸管的导通⾓θ=___________。
10、将直流电能转换为交流电能，并把交流电能直接提供给交流⽤电负载的逆变电路称为___________逆变器。
11、对于普通晶闸管，在没有门极触发脉冲的情况下，有两种因素会使其导通，⼀是过⾼，⼆是_______________。
12、晶闸管⼀旦导通，门极就失去了控制作⽤，故晶闸管为器件。
能保持晶闸管导通的最⼩电流称为。
13、电压型单相桥式逆变电路中，与开关管反并联的⼆极管起着___________和防⽌开关器件承受反压的作⽤。
14、电⼒电⼦电路中为了实现主电路与控制电路的隔离，常采⽤的隔离⽅法有_________隔离和_________隔离。
15、单相半波可控整流电路中，从晶闸管开始导通到关断之间的⾓度称为__________。
16、正弦脉宽调制(SPWM)的载波信号波形⼀般是_________波，基准信号波形为_________波。
电力机车控制-SS4改电力机车辅助电路
谢 谢！
由劈相机启动继电器283AK 监测劈相机发电相电压（由 导线279、280引入）以间接 反映劈相机的转速，控制启 动电阻回路的开断。283AK 的工作电源（DC110V）从 导线531经533KT常开联锁 由导线281引入。
图1劈相机启动电路
劈相机1MG启动过程：按下主司机台上的劈相机按键，启动接 触器213KM闭合，启动电阻263R投入；劈相机电源接触器201KM 闭合，劈相机1MG开始分相启动。这时劈相机启动继电器283AK 检测劈相机发电相电压来间接反映劈相机转速，当劈相机转速达 到约0.9nN，其发电相电压接近于比较电压（额定网压该值为 220V下，网压由导线202、206引入），启动继电器283AK动作， 使启动接触器213KM打开，断开启动电阻（263R）回路，劈相机 启动完成。同时533KT常开联锁开断了导线531与281通路，使 283AK失去工作电源处于闭置状态。
1.电力机车主要辅助设备 辅助电路中的辅助设备是为了保证机车主电路正常工作和实现
各种辅助功能而设置的，主要有：分相设备—为三相异步电机提供 三相电；空气压缩机—产生压缩空气，用以进行制动和驱动部分电 空电器；通风机组—用以冷却牵引电机、硅整流机组、主变压器、 平波电抗器、制动电阻等电器设备。
2.辅助电路组成 辅助电路通常分为单－相供电系统、三相负载电路、单相负载 电路和保护线路。
线路转换：将劈相机故障转换开关242QS打向“2”位，把283AK 监测劈相机发电相电压的引线转接到3MA的第三相上。同时必须将闸 刀开关296QS倒向启动电容位253C（因启动电阻不能启动通风机）。
启动过程：仍由启动继电器283AK控制，启动完成后213KM打开， 切除起动电容253C。在网压不低于22kV时，其它辅机可投入运行。
电力电子试题及答案及电力电子器件及其驱动电路实验报告
一、填空题：（本题共7小题，每空1分，共20分）
1、请在正确的空格内标出下面元件的简称：
电力晶体管GTR；可关断晶闸管GTO；功率场效应晶体管MOSFET；绝缘栅双极型晶体管IGBT；IGBT是MOSFET和GTR的复合管。
2、晶闸管对触发脉冲的要求是要有足够的触发功率、触发脉冲前沿要陡幅值要高和触发脉冲要与晶闸管阳极电压同步。
ton=1.8us，ts=1.8us，tf=1.2us
（2）电阻、电感性负载时的开关特性测试
除了将主回器部分由电阻负载改为电阻、电感性负载以外（即将“1”与“22”断开而将“2”与“22”相连)，其余接线与测试方法同上。
ton=2.1us，ts=10.0us，tf=2.5us
2．不同基极电流时的开关特性测试
2．不同基极电流时的开关特性测试。
3．有与没有基极反压时的开关过程比较。
4．并联冲电路性能测试。
5．串联冲电路性能测试。
6．二极管的反向恢复特性测试。
三．实验线路
四．实验设备和仪器
1．MCL-07电力电子实验箱中的GTR与PWM波形发生器部分
2．双踪示波器
3．万用表
4．教学实验台主控制屏
五．实验方法
GTR ：1
PWM：1
GTR：6
PWM：2
GTR：3
GTR：5
GTR：9
GTR：7
GTR：8
GTR：11
GTR：18
主回路：4
GTR：15
GTR：16
GTR：19
GTR：29
GTR：21
GTR：22
主回路：1
用示波器观察，基极驱动信号ib（“19”与“18”之间）及集电极电流ic（“21”与“18”之间）波形，记录开通时间ton，存贮时间ts、下降时间tf。
电力电子技术中的开关器件有哪些
电力电子技术中的开关器件有哪些电力电子技术是指利用电力器件进行能量转换和信号处理的技术领域。
开关器件在电力电子技术中起着至关重要的作用，它们具有开关能力，可以控制电路通断，实现能量转换和信号处理功能。
在电力电子技术中常用的开关器件包括晶体管、功率MOSFET、IGBT和二极管等。
下面将分别介绍这些开关器件的工作原理和应用。
一、晶体管晶体管是一种基于半导体材料的开关器件，分为NPN型和PNP型两种。
晶体管工作的基本原理是通过控制输入信号的电流或电压，来控制输出信号的增益和功率。
晶体管具有高速开关和放大功能，广泛应用于电力电子技术中的各种电路中，如放大器、振荡器、计算机逻辑电路等。
二、功率MOSFET功率MOSFET是一种金属氧化物半导体场效应管，具有低电阻、高开关速度和低功耗等特点。
功率MOSFET的工作原理是通过控制栅极电压来改变沟道中的电阻，从而实现对信号的放大或开关控制。
功率MOSFET广泛应用于直流-直流转换器、交流-直流变换器、电机驱动器等电力电子系统中。
三、IGBTIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种集晶体管和MOSFET于一体的开关器件。
它结合了晶体管和MOSFET的优点，具有高电压承受能力和低导通压降的特点。
IGBT的工作原理是通过控制栅极电压来控制基极和集电极之间的结，实现对电流的开关和放大。
IGBT广泛应用于交流电机驱动、电网功率变换、无线电发射器等领域。
四、二极管二极管是一种最简单的开关器件，它由P型和N型半导体材料组成。
二极管具有电压导通和整流功效，其工作原理是通过施加正向电压，使电流从P区域流向N区域，实现通断控制。
二极管广泛应用于电源、整流、保护电路等。
以上是电力电子技术中常见的开关器件，它们的工作原理和应用领域各有特点，通过合理选择和配置，可以实现各种电力电子系统的功能和性能要求。
在实际应用中，需要根据具体需求和设计条件来选择合适的开关器件，以提高系统效率、稳定性和可靠性。
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
逆变电路的工作原理
逆变电路的工作原理
这里以最简单的单相桥式逆变电路为例来说明逆变的基本工作原理，基本电路图如下：
S1~S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。
当开关S1、S4 闭合，S2、S3 断开时，负载电压uo为正；当开关S1、S4 断开，S2、S3 闭合时，uo为负，这样就把直流电变成了交流电，电路波形如下：
改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。
电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同；阻感负载时，io 相位滞后于uo，波形也不同。
以上便是逆变(DC-AC)的基本工作原理，有单相的，也有三相的；对于所用开关器件的不同，逆变的相关参数也会有所不同，但是基
本的工作原理是不会变的。
缓冲电路
当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法连接。
பைடு நூலகம்
一、电力电子器件的保护措施
• （２） 过电压保护措施
二、缓冲电路
• 缓冲电路（一种开关辅助电路）， 是为避免器件流过过 大的电流和在其上出现过高的电压或为错开同时出现的电 压、电流的峰值区而设置的，将开关损耗由器件本身转移 至缓冲电路， 减小器件在开关过程中产生的过电压、过 电流、过热、du／dt 和di／dt ， 以确保器件安全、可 靠运行。
一电力电子器件的保护措施过电压保护措施二缓冲电路缓冲电路一种开关辅助电路是为避免器件流过过大的电流和在其上出现过高的电压或为错开同时出现的电压电流的峰值区而设置的将开关损耗由器件本身转移至缓冲电路减小器件在开关过程中产生的过电压过电流过热dudt和didt以确保器件安全可靠运行
任务2、电力电子器件的保护及缓冲措施
二、缓冲电路
• １、缓冲电路的基本类型与结构 • 1）基本类型:开通缓冲和关断缓冲 • 2)基本设计思路 • 在器件开通时使电流缓升； 关断 时使电压缓升，减小开关过程中的 功率损耗。 • 2、开通缓冲电路
二、缓冲电路
3、关断缓冲电路：RCD充放电式、RCD钳位式
二、缓冲电路
4、复合缓冲电路
三、电力电子器件的串、并联
一、电力电子器件的保护措施
• １、过电流保护 • 2）过电流的产生 • 造成电力电子器件过电流的重要原因：电网电压波动太大、 管子损坏、缺相、过载等。 • 2）过电流保护措施 • 电力电子装置可能采用的几种过电流保护措施
一、电力电子器件的保护措施
一、电力电子器件的保护措施
辅助开关工作原理
辅助开关工作原理辅助开关是电气控制系统中的重要组成部分，它在电路中起着承载和传递信号的作用。
了解辅助开关的工作原理对于电气工程师和技术人员来说至关重要。
本文将详细介绍辅助开关的工作原理，帮助读者更好地理解其在电路中的作用。
辅助开关是一种用来控制主开关的开启和关闭的设备。
它通常由触点、继电器和其他电气元件组成。
当主开关处于闭合状态时，辅助开关可以通过触点传递信号，控制其他设备的运行状态。
当主开关处于断开状态时，辅助开关也可以通过触点传递信号，实现对其他设备的控制。
辅助开关的工作原理主要是通过触点的开闭来实现信号的传递。
当触点闭合时，电路中的信号可以传递到其他设备，从而实现对其的控制。
而当触点断开时，信号无法传递，其他设备也无法受到控制。
这种通过触点开闭来实现信号传递的方式，是辅助开关工作的基本原理。
除了触点，继电器也是辅助开关工作的重要组成部分。
继电器可以通过控制电磁吸合和释放来实现触点的开闭。
当继电器被激活时，触点闭合，信号可以传递；而当继电器失去激活时，触点断开，信号无法传递。
继电器的作用在于控制触点的状态，从而实现对信号的传递和控制。
在电路中，辅助开关通常被用于控制电动机、灯光、加热器等设备的运行状态。
通过合理设置辅助开关的位置和触点状态，可以实现对这些设备的精确控制。
同时，辅助开关还可以用于监控电路中的运行状态，一旦出现故障或异常，可以及时传递信号，实现对电路的保护和控制。
总的来说，辅助开关的工作原理是通过触点的开闭和继电器的控制来实现信号的传递和控制。
它在电气控制系统中起着至关重要的作用，帮助实现对设备的精确控制和电路的安全运行。
对于电气工程师和技术人员来说，了解辅助开关的工作原理是至关重要的，可以帮助他们更好地设计和维护电路系统。
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移相脉冲，其脉冲宽度由时间常数R9C3决 定。
功率放大单元实现脉冲分选并进行功率
放大，在器件的1脚和15脚输出相位差
180o的两个驱动脉冲。
6
在多数晶闸管变流装置中，所产生的脉冲要经光耦或 变压器隔离后加到晶闸管门极和阴极之间。
U
R12 R11
U CC
R22 R21
SCR RG1
RG2
SCR
U CC
)
CGDuDS ts
3. 功率MOSFET栅极驱动电路
18
按驱动电路和器件连接方式分为直接驱动和间接驱动两类。
按驱动电路构成有分立元件驱动电路和集成驱动电路。 （1）双电源光耦隔离直接驱动电路
U
U CC
V1 RG
MOSFET
V2 R
U CC
驱动信号高电平经光耦后传入直接驱动电路，通过比较器 整形输出低电平，则V2截止，V1导通，+UCC经栅极驱动电阻 RG对功率MOSFET栅极电容充电，使其导通。
11
2.1.3 电力晶体管 基极驱动电路
（电流驱动全控型） +
基极驱动电路对 器件工作时集电极电 VCC 压上升率du/dt、集 电极电流上升率di/dt、 饱和压降和开关损耗 等有着直接影响。
过驱动可以降低饱和 压降，减小开通损耗， 但对关断不利，使关 断时间延长，损耗增大。
1. 理想基极电流波形
C3
R9
11 12 脉冲形成单元
锯齿波发生器
3
4
R5
C2 R6
15V
功率 1 放大 单元
功率 放大 单元 15 9 13 14 R7
UP UK R8
5
KC04工作各点波形
UT
O
t
UT1
O
U4
t
O
U9
t
O t
U11
O
U12
t
O t
U1
O
U15
t
O t
在UT和-15V电源作用下同步单元产生同 步脉冲。
列直插式塑封芯片。
与锯齿波同步触发 电路相似，由同步单
正弦波 同步电压
UT
15V 16
元、锯齿波形成单元、R1
移相控制单元
移相单元、脉冲形成
单元和功率放大单元 R2
8
组成。 C1
由一个KJ04构成的 触发电路可输出两个
同步单元
7 5
相位差180°的触发 脉冲，用来控制晶闸
R3 15V
R4
管变流装置的上下各一只晶闸管。
3
2. 触发电路的类型 晶闸管门极触发电路有移相控制和垂直控制两种方法： 移相控制——通过改变控制脉冲产生的时间来改变晶闸管 的导通角。 垂直控制——将移相信号和控制信号叠加，通过改变控制信 号的大小来改变晶闸管导通角。 触发电路中触发脉冲可以用模拟电路或数字电路来产生，目 前应用广泛的： 专用集成触发电路——模拟式触发电路的单片集成，具有 移相线性度好，性能稳定可靠，体积小，温漂小等优点。
U R2
R1 V
U CC
抗饱和
R3 R6
R8
C2
R5
V1
V2
C1 R4
V3 R7
VD1 VD2
VD3
GTR RB
U CC
14
（1）GTR基极隔离驱动电路
驱动信号经光耦隔离后送入功率放大驱动电路，功放采 用推拉式互补输出。
当驱动信号高电平时 光耦导通，正电源+UCC经R3、R5使V1、V2导通，经R8、V2为 GTR提供正向基极电流，使GTR导通。
目前多用单片机系统设计，原理如图。
同步电压 UT
相位同步 输入电路
移相控制电压
UK
控制信号
UP
输入电路
偏移电压
单 片 机 系 统 89C51
隔离电路
触发脉冲功放
SCR1 G—K极
隔离电路
触发脉冲功放
SCRn G—K极
2.1.2 门极可关断晶闸管门极驱动电路（电流驱动型）
GTO的开通控制与普通晶闸管相似。
R1
VD1 VS1 C1
T1 VD2 VD3
开通 V1
GTO RG1
RG2
R2
T2
VD4
C2
关断 V2
VT R3
12
GTR开通时
IB
——基极驱动电流前沿的短时
过冲，对加速开通有利，但导
通后应使其工作于准饱和状态， O
t
以减少关断时载流子的复合时间。
关断时
——提供瞬时的反向基极电流能加速关断过程。关断后，发 射结维持一定的负偏压可以防止噪声信号引起的误触发，提 高GTR的du/dt耐量。
数字式触发电路——将数字逻辑电路和微处理器用于产生 移相触发脉冲，其硬件电路大大简化，触发脉冲一致性好， 触发角的分辨率高，并可提高触发器的灵活性和稳定性。
4
3. 集成化触发电路
集成化触发器体积小、性能好、功耗低、可靠性高，目 前国内常用的有KC 和KJ两个系列。
例如，KC04集成触发器为16脚双
第2章 电力电子开关器件的辅助电路
要保证用于电力系统或电力设备主电路中的各种开关器
件在工作过程中的安全和可靠，必须针对器件的不同性能和
容量设计相应的辅助电路。包括：驱动电路、缓冲电路和保
护电路。性能优良设计合理的辅助电路能使开关器件工作在
较理想的开关状态，减少开关损耗，提高器件工作可靠性。
本章还介绍了电力电子开关器件的串并联技术和散热技
2. 功率MOSFET栅极驱动电流估算
设功率MOSFET栅源极间电容CGS，栅漏极间电容CGD，器件 饱和导通时栅源电压uGS，器件阻断时漏极电压uDS 。
要求器件开通时间为ts时，则开通驱动电流为：IG(on)
(CGS
CGD ts
)uGS
要求器件关断时间t’s为时，则关断驱动电流为：
I G ( off
间接驱动——将驱动电路通过脉冲变压器与GTO门极相连。
10
优点：不需要独立的电源，利用脉冲变压器的阻抗配合， 减小驱动电路中功放元件的电流，同时脉冲变压器还能使 GTO主电路与门极控制电路电隔离。 缺点：门极脉冲波形前沿陡度差，前后沿有电压、电流 寄生振荡，造成GTO开通、关断不可靠。 3. GTO门极驱动电路实例
1. 功率MOSFET栅极驱动设计原则
栅极开通关断的动态过程中需要提供足够的驱动电流； 17
应按其容量大小选择驱动电路输出电阻； 为了使功率MOSFET可靠饱和导通，驱动脉冲电压应 高于管子的开启电压，并在导通过程中保持高电压； 为了防止误导通，提高du/dt耐量，在管子截止时最 好能提供负的栅源电压。
（2）GTO门极驱动信号波形 IGF为开通驱动门极正向直流电流，IGRM为关断驱动门极反向
最大电流。
门极开通信号电流波形和门极关断信号电流波形均要求前 沿较陡、幅度较高、宽度要够、后沿要缓。
9
门极关断电流信号脉冲 电流的幅度较大，IGRM一般 为(1/3-1/5)IATO，与GTO关 断增益有关。
图为脉冲变压器隔离的GTO门极间接驱动开通关断电路。 开通控制电路在开通触发信号作用下使晶体管V1导通，在
脉冲变压器T1副边产生感应电压，经VD2二极管和门极串联电 阻RG1触发GTO导通。
在关断信号作用下，V2导通，在脉冲变压器T2副边产生 反向的感应电压，触发晶闸管VT导通，给GTO门极施加反向 电压，强迫GTO关断。
驱动信号低电平时 V1、V2截止，V3经R7、-UCC导通，将发射结反偏，提供反向 驱动电流使GTR迅速截止。
图中VD1、VD2、VD3构成抗饱和电路，当GTR集电极电压 低时，VD1导通，分走部分基极电流，使GTR工作在临界饱 和状态。
（2）集成基极驱动电路
集成基极驱动电路不但驱动电流波形好，而且还有过流保
UT1低电平作为同步电压的过零标志。 锯齿波发生单元由内部三极管和外部R4、 R5、C2和-15V电源组成，在同步脉冲作用 下，产生锯齿波电压U4。 锯齿波电压经4脚输出，通过电阻R6、R7、 R8和外接的偏移电压UP、移相控制电压UK 叠加后由9脚送入移相控制单元。
外接阻容元件R9、C3与内部三极管组成 脉冲形成单元电路，产生一个宽度固定的
2. 基极驱动电路的设计原则
为使GTR开通时工作在饱和状态，其基极驱动电流IB与 集电极最大电流ICmax满足以下关系：
IB
IC max
13
3. GTR基极驱动电路
GTR基极驱动电路种类很多，有直接驱动、光耦或脉冲变 压器隔离后间接驱动两类。
按驱动电路构成形式可分为分立元件驱动电路、混合微 膜组件驱动电路和专用集成驱动电路。
1. 晶闸管触发电路的基本要求
（1）触发信号通常采用脉冲信号。 （2）触发脉冲要有足够的触发功率。 （3）触发脉冲的移相范围要满足变流装置的要求。一般移相 范围≤180°。 （4）触发脉冲要有一定的宽度和陡度。触发脉冲前沿陡度大 于10V/μs或800mA/μs。 （5）触发脉冲与主电路电源电压保持同步。
MOSFET
6
RG
C1
VS1
VS2
7
10mA
ui
~ 220V
8
C2
1
(a) M57918L内部结构
(b) M57918L应用电路
护、电源电压监测以及过热保护等多种保护功能。
15
例如法国THOMSON公司的UAA4002
U CC 14
RT
RSD
7
11
U CE 13
VCC检测
tomin
-+
5 E
SE 4
输入接口 V—检测
6 R
逻辑处理单元
推迟