1、電力電子技術緒 論1 電力電子技術定義：是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，是應用于電力領域的電子技術，主要用于電力變換。2 電力變換的種類（1）交流變直流AC-DC：整流（2）直流變交流DC-AC：逆變（3）直流變直流DC-DC：一般通過直流斬波電路實現，也叫斬波電路（4）交流變交流AC-AC：可以是電壓或電力的變換，一般稱作交流電力控制3 電力電子技術分類：分為電力電子器件制造技術和變流技術。4、相控方式;對晶閘管的電路的控制方式主要是相控方式5、斬方式：與晶閘管電路的相位控制方式對應，采用全空性器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調制方式。相對于相控方式可稱之為斬空方式。第1章

2、電力電子器件一、電力電子器件概述1 電力電子器件與主電路的關系（1）主電路：電力電子系統中指能夠直接承擔電能變換或控制任務的電路。（2）電力電子器件：指應用于主電路中，能夠實現電能變換或控制的電子器件。廣義可分為電真空器件和半導體器件。2 電力電子器件一般特征：1、處理的電功率小至毫瓦級大至兆瓦級。2、都工作于開關狀態，以減小本身損耗。3、由電力電子電路來控制。4、安有散熱器3 電力電子系統基本組成與工作原理（1）一般由主電路、控制電路、檢測電路、驅動電路、保護電路等組成。（2）檢測主電路中的信號并送入控制電路，根據這些信號并按照系統工作要求形成電力電子器件的工作信號。（3）控制信號通過驅動電

3、路去控制主電路中電力電子器件的導通或關斷。（4）同時，在主電路和控制電路中附加一些保護電路，以保證系統正常可靠運行。4 電力電子器件的分類根據控制信號所控制的程度分類（1）半控型器件：通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷的電力電子器件。如SCR晶閘管。（2）全控型器件：通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷的電力電子器件。如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。（3）不可控器件：不能用控制信號來控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。根據驅動信號的性質分類（1）電流驅動型器件：通過從控制端注入或抽出電流的方式來實現導通或關斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR。（2）電壓驅

4、動型器件：通過在控制端和公共端之間施加一定電壓信號的方式來實現導通或關斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。根據器件內部載流子參與導電的情況分類（1）單極型器件：內部由一種載流子參與導電的器件。如MOSFET。（2）雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參數導電的器件。如SCR、GTO、GTR。（3）復合型器件：有單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。如IGBT。二、不可控器件-電力二極管電氣符號工作原理：單向導電性-正向導通，反向截止，反向擊穿靜態特性（伏安特性）：正向、反向動態特性：導通過程、關斷過程三、半控型器件晶閘管SCR電氣符號晶閘管的關斷工作原理承受正向電壓時，僅在門極有觸發

5、電流的情況下晶閘管才能開通。承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。滿足下面條件，晶閘管才能關斷：（1）去掉AK間正向電壓；（2）AK間加反向電壓；（3）設法使流過晶閘管的電流降低到接近于零的某一數值以下。晶閘管正常工作時的靜態基本特性（1）當晶閘管承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。（2）當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下晶閘管才能導通。（3）晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發電流是否還存在，晶閘管都保持導通。（4）若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數值以下。晶閘管

6、動態基本特性開通過程關斷過程主要參數電壓定額、電流定額三、全控型器件1、門極可關斷晶閘管GTO電氣符號工作原理GTO的靜態特性（1）當GTO承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，晶閘管都不會導通。（2）當GTO承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下晶閘管才能導通。（3）GTO導通后，若門極施加反向驅動電流，則GTO關斷，也即可以通過門極電流控制GTO導通和關斷。（4）通過AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關斷。GTO的動態特性：開通過程、關斷過程2、電力晶體管GTR電氣符號工作原理靜態特性：動態特性：開通過程、關斷過程3、電力場效應晶體管MOSFET電氣符號工作原理靜態特性：轉移特性；

7、伏安特性（輸出特性）動態特性：開通過程、關斷過程注意：（1）電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它是電壓型器件。4、絕緣柵雙極晶體管IGBT電氣符號工作原理靜態特性：轉移特性；伏安特性（輸出特性）動態特性：開通過程、關斷過程注意：（1）GTR和GTO是雙極型電流驅動器件，其優點是通流能力強，耐壓及耐電流等級高，但不足是開關速度低，所需驅動功率大，驅動電路復雜。（2）電力MOSFET是單極型電壓驅動器件，其優點是開關速度快、所需驅動功率小，驅動電路簡單。（3）此為復合型器件：將上述兩者器件相互取長補短結合而成，綜合兩者優點。（4）絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種復合型器件，由GTR和

8、MOSFET兩個器件復合而成，具有GTR和MOSFET兩者的優點，具有良好的特性。第2章 整流電路（1）整流電路定義：將交流電能變成直流電能供給直流用電設備的變流裝置。2、整流電路主要分類方法有：按組成的器件可分為不可控、半空、全控三種；按電路結構分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數分為單相電路和多相電路，按變壓器二次電流方向是單向雙向可分為單拍電路和雙拍電路。2.1.1 單相半波可控整流電路（1）幾個定義觸發角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起，到施加觸發脈沖為止的電角度，稱為觸發角或控制角。“半波”整流：改變觸發時刻，和波形隨之改變，直流輸出電壓為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，其波形只在

9、正半周內出現，因此稱“半波”整流。 單相半波可控整流電路：如上半波整流，同時電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，因此為單相半波可控整流電路。2、工作原理波形圖：輸出電壓（1）帶電阻情況：=0.45 范圍是（2）帶阻感負載時;3、 電力電子電路的基本特點及分析方法（1）電力電子器件為非線性特性，因此電力電子電路是非線性電路。（2）電力電子器件通常工作于通態或斷態狀態，當忽略器件的開通過程和關斷過程時，可以將器件理想化，看作理想開關，即通態時認為開關閉合，其阻抗為零；斷態時認為開關斷開，其阻抗為無窮大。2.1.2 單相橋式全控整流電路1 帶電阻負載的工作情況（1）單相橋式全控整流電路帶電

10、阻負載時的波形圖（2）全波整流在交流電源的正負半周都有整流輸出電流流過負載，因此該電路為全波整流。（3）直流輸出電壓平均值（4）負載直流電流平均值（5）晶閘管參數計算 承受最大正向電壓： 承受最大反向電壓： 觸發角的移相范圍：。 晶閘管電流平均值：VT1 、VT4與VT2 、VT3輪流導電，因此晶閘管電流平均值只有輸出直流電流平均值的一半，即。2 帶阻感負載的工作情況（1）單相橋式全控整流電路帶阻感負載時的原理圖（2）直流輸出電壓平均值（3）觸發角的移相范圍（4）晶閘管承受電壓：正向：；反向： 單相全波可控整流電路工作原理工作特點：（與橋式全控相比） 單相橋式半控整流電路工作原理工作特點：2.

11、2 三相可控整流電路2.2.1 三相半波可控整流電路1、電阻負載（1）三相半波不可控整流電路帶電阻負載時的波形圖 按照上述過程如此循環導通，每個二極管導通。 自然換向點：在相電壓的交點、處，出現二極管換相，即電流由一個二極管向另一個二極管轉移，這些交點為自然換向點。（2）三相半波可控整流電路帶電阻負載時的波形圖（）（）（）自然換向點：對于三相半波可控整流電路而言，自然換向點是各相晶閘管能觸發導通的最早時刻（即開始承受正向電壓），該時刻為各晶閘管觸發角的起點，即。（3）三相半波可控整流電路帶電阻負載不同觸發角工作時的情況總結 當時，負載電流處于連續狀態，各相導電。 當時，負載電流處于連續和斷續的

12、臨界狀態，各相仍導電。 當時，負載電流處于斷續狀態，直到時，整流輸出電壓為零。 結合上述分析，三相半波可控整流電路帶電阻負載時角的移相范圍為，其中經歷了負載電流連續和斷續的工作過程。（4）數值計算時，整流電壓平均值（負載電流連續）：ll 當時，最大，。時，整流電壓平均值（負載電流斷續）：ll 當時，最小，。 負載電流平均值：。 晶閘管承受的最大反向電壓：為變壓器二次側線電壓的峰值， 晶閘管承受的最大正向電壓：如a相，二次側a相電壓與晶閘管正向電壓之和為負載整流輸出電壓，由于最小為0，因此晶閘管最大正向電壓。2、阻感負載（1）三相半波可控整流電路帶阻感負載時的波形圖（）（）（）（2）三相半波可控

13、整流電路帶阻感負載不同觸發角工作時的情況總結 阻感負載狀態下，由于大電感的存在，使負載電流始終處于連續狀態，各相導電。 當時，負載電壓波形將出現負的部分，并隨著觸發角的增大，使負的部分增多。 當時，負載電壓波形中正負面積相等，平均值為0。 結合上述分析，三相半波可控整流電路帶阻感負載時角的移相范圍為。（3）數值計算 整流電壓平均值（負載電流始終連續）：。 晶閘管承受的最大正反向電壓：為變壓器二次側線電壓的峰值，2.2.2 三相橋式全控整流電路1、帶電阻負載時的工作情況（1）三相半波可控整流電路帶電阻負載時的波形圖（）（）（）（）（2）工作情況總結1 對于共陰極組的3個晶閘管來說，陽極所接交流電

14、壓值最高的一個導通；對于共陽極組的3個晶閘管來說，陰極所接交流電壓值最低的一個導通。 每個時刻均需2個晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，其中1個晶閘管是共陰極組的，1個是共陽極組的，且不能為同1相的晶閘管。 對觸發脈沖的要求：6個晶閘管的脈沖按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的順序，相位依次差。 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差，共陽極組VT2、VT4、VT6的脈沖依次差。 同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差。 整流輸出電壓一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈沖整流電路。（3）工作情況總結2當時，波形均連續，對于電

15、阻負載，波形與波形的形狀一樣，保持連續。當時，負載電流將出現斷續狀態。當時，整流輸出電壓波形全為零，因此帶電阻負載時的三相橋式全控整流電路角的移相范圍是。2、帶阻感負載時的工作情況（1）三相半波可控整流電路帶電阻負載時的波形圖（）（）（）（）當時，波形均連續，其工作情況與帶電阻負載時非常相似，各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣；區別在于對于電阻負載，波形與波形的形狀一樣，而阻感負載，由于電感作用使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大時，負載電流的波形可近似為一條水平線。當時，阻感負載時的工作情況與電阻負載不同，電阻負載時波形不會出現負的部分，而阻感負載時，由于電

16、感L的作用，波形會出現負的部分。角的移相范圍是903、三相橋式全控整流電路的定量分析（1）帶電阻負載時的平均值特點：時，整流輸出電壓連續；時，整流輸出電壓斷續。 整流電壓平均值計算公式：以所處的線電壓波形為背景，周期為。 輸出電流平均值計算公式：。2.3變壓器漏感對整流電路的影響（補）（了解）1、工作原理2、工作特點2.4電容濾波的不可控整流電路（補）1、電容濾波的單相橋式不可控整流電路（理解）2、電容濾波的三相橋式不可控整流電路（了解）（2）電感L充電時，電容C可將輸出電壓保持住。第3章 直流-直流變流電路（1）直流-直流變流電路（DC-DC）定義：將一種直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直

17、流電的裝置。（2）常見的直流-直流變流電路為直流斬波電路。包括：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、CUK斬波電路、Sepic波電路和Zeta斬波電路。（3）基本直流斬波電路為：降壓斬波電路和升壓斬波電路。 降壓斬波電路降壓斬波電路：輸出到負載的電壓平均值U0最大為E，減小占空比，U0隨之減小。1、降壓斬波電路圖2、工作原理3、公式（1）負載電壓平均值：，其中為占空比。（2）電感L極大時，負載電流平均值：。#斬波電路的三種控制方式：1）保持開關周期T不變，調節開關導通時間,稱為脈沖寬度調制。2）保持開關導通時間不變，改變開關周期T，稱為頻率調制或調頻型。3）,和T都可調，使占空比改變，

18、稱為混合型。總結（1）通過改變降壓斬波電路的占空比大小，就可以改變輸出負載電壓的平均值。3.1.2 升壓斬波電路 1、升壓斬波電路圖2、工作原理3、公式（2）輸出電壓平均值：=，因此。（3）輸出電流平均值：。總結升壓斬波電路能夠保證輸出電壓高于電源電壓的原因（1）電感L放電時，其儲存的能量具有使電壓泵升的作用（2）電容C可將輸出電壓保持住.。3.1.3 升降壓斬波電路（理解）1、升降壓斬波電路圖2、工作原理3、公式CUK斬波電路、Sepic波電路和Zeta斬波電路（了解）第4章 交流-交流變流電路4.1 交流調壓電路1、單相交流調壓電路（1）電阻負載工作原理公式計算（負載電壓、負載電流及功率因

19、素）角的移相范圍是（2）阻感負載工作原理穩態時角的移相范圍是（3）斬控式交流調壓電路工作原理2、三相交流調壓電路（了解）4.2交流調功電路1、交流調功電路定義工作原理2、交流電力電子開關特點應用4.3交交變頻電路1、單相交交變頻電路工作原理2、三相交交變頻電路（了解）第5章 逆變電路（1）逆變定義：將直流電能變成交流電能。（2）有源逆變：逆變電路的交流輸出側接在電網上。（3）無源逆變：逆變電路的交流輸出側直接和負載相連。5.1換流方式1、換流方式分類器件換流、電網換流、負載換流、強迫換流。電壓換流：給晶閘管加上反向電壓使其關斷 電流換流：先使晶閘管電流減為零，然后通過反并聯二極管使其加上反向電

20、壓。5.2電壓型逆變電路（1）逆變電路分類：根據直流側電源性質可以分為電壓（源）型逆變電路和電流（源）型逆變電路。（2）電壓（源）型逆變電路VSI：直流側為電壓源。（3）電流（源）型逆變電路CSI：直流側為電流源。1、單相逆變半橋逆變（工作原理、工作波形）全橋逆變（工作原理、工作波形）2、三相逆變工作原理工作特點3、電壓型逆變電路特點 直流側為電壓源，或并聯有大電容。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗。 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側為阻感負載時，需要提供無功功率，直流側電容起緩

21、沖無功能量的作用。 圖中逆變橋各臂都并聯反饋二極管，為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道。5.3電流型逆變電路1、單相電流型逆變電路（理解）工作原理工作特點2、三相電流型逆變電路（了解）工作原理工作特點3、電流型逆變電路的特點： 直流側串聯大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現高阻抗。 電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。交流側輸出電壓波形和相位則因負載阻抗情況的不同而不同。 當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩沖無功能量的作用。第6章 PWM控制技術PWM控制定義：即脈沖寬度控制技術，它是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的波形，其中包含波形的形狀和幅值。6.1PWM控制的基本原理1、面積等效原理2、PWM基本思想2、PWM分類6.2PWM逆變