第2章電力電子器件

■電力電子器件的概念◆電力電子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于處理電能的主電路中，實現電能的變換或控制的電子器件。■PN結正偏時呈現低阻狀態，反偏時呈現狀態，這就是PN結的單向導電性。第2章電力電子器件

■電力電子器件的特征

◆所能處理電功率的大小，也就是其承受電壓和電流的能力，是其最重要的參數，一般都遠大于處理信息的電子器件。◆自身的功率損耗通常仍遠大于信息電子器件，在其工作時一般都需要安裝散熱器。◆為了減小本身的損耗，提高效率，一般都工作在開關狀態。◆由信息電子電路來控制

,而且需要驅動電路。■按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度◆不可控器件

?電力二極管（PowerDiode）?不能用控制信號來控制其通斷。◆半控型器件?晶閘管（Thyristor）?通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷；?器件的關斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。◆全控型器件?GTO、GTR、P-MOSFET、

IGBT?通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關斷。電力電子器件的分類電力電子器件的分類■按照驅動信號的性質（電力二極管除外

）◆電流驅動型

?晶閘管、GTO、GTR?通過從控制端注入或者抽出電流來實現導通或者關斷的控制。◆電壓驅動型?P-MOSFET、IGBT；?僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現導通或者關斷的控制。■按照驅動信號的波形（電力二極管除外

）◆脈沖觸發型

?晶閘管、GTO?通過在控制端施加一個電壓或電流的脈沖信號來實現器件的開通或者關斷的控制。

◆電平控制型

?GTR、P-MOSFET、IGBT?必須通過持續在控制端和公共端之間施加一定電平的電壓或電流信號來使器件開通并維持在導通狀態或者關斷并維持在阻斷狀態。

電力電子器件的分類以下電力電子器件的中文全稱和英文簡稱各為什么？（a）中文全稱：晶閘管；英文簡稱：SCR（b）中文全稱：門極可關斷晶閘管；英文簡稱：GTO（c）中文全稱：電力晶體管；英文簡稱：GTR（d）中文全稱：電力場效應晶體管；英文簡稱：P-MOSFET（e）中文全稱：絕緣柵雙極晶體管；英文簡稱：IGBT晶閘管正常工作時的特性

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。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。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存在，晶閘管都保持導通。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。晶閘管的主要參數

■維持電流IH：在室溫下且門極開路時，晶閘管中的電流從較大的通態電流開始下降，當降至剛好使晶閘管維持導通所必需的最小電流。■擎住電流IL：晶閘管剛從斷態轉入通態并移除觸發信號后，能維持導通所需的最小電流。要使晶閘管觸發導通，必須使陽極電流上升到擎住電流以上。■對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的2～4倍。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點第9章電力電子器件應用的共性問題

■驅動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口。■驅動電路的基本任務◆將信息電子電路傳來的控制信號按照控制目標的要求，轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號。?對半控型器件只需提供開通控制信號；?對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號。◆驅動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環節。?一般采用光隔離或磁隔離。四種變換電路

■交流-直流（AC-DC）的變換又稱為整流，它是把交流電變換為直流電的過程。■直流-交流（DC-AC）的變換又稱為逆變，它是把直流電轉變成交流電的過程。■直流-直流變流電路（DC-DCConverter）的功能是將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電。■交流-交流(AC-AC)變流電路：把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路。四種變換電路

■簡述單相半波可控整流電路帶電阻負載時的工作原理并畫出ud和uVT的波形（P44），簡述單相橋式全控整流電路帶電阻負載時的工作原理并畫出ud、uVT1,4和i2的波形（P47）。（二取一）■簡述降壓斬波電路（電流連續時）的工作原理并畫出uo和io的波形（P120），簡述升壓斬波電路（L和C值很大）的工作原理并畫出io的波形（P123）。（二取一）第3章整流電路

■整流電路的分類

◆按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。◆按電路結構可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（多相電路又以三相電路為主）。◆按變壓器二次側電流的方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。◆按控制方式可分為相位控制（相控）整流電路和斬波控制（斬控）整流電路。第3章整流電路

◆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止的電角度稱為觸發延遲角，也稱觸發角或控制角。◆導通角（）：晶閘管在一個電源周期中處于通態的電角度稱為導通角。◆相控方式：通過控制觸發脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。幾個重要的基本概念：第3章整流電路

第3章整流電路

■單相半波可控整流電路的特點是簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設備的容量。

■單相全波與單相全控橋的區別?單相全波中變壓器結構較復雜，材料的消耗多。?單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應地，門極驅動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相橋式全控整流電路的2倍。?單相全波導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。第3章整流電路

■三相半波可控整流電路◆主電路結構特點

?為得到零線，變壓器二次側必須接成星形。

?一次側接成三角形，避免3次諧波流入電網。?三個晶閘管按共陰極接法連接，這種接法觸發電路有公共端，連線方便。◆帶電阻負載，

=30

時負載電流處于連續和斷續的臨界狀態，各相仍導電120

第3章整流電路

■三相橋式全控整流電路◆主電路結構

?變壓器一次側接成三角形，二次側接成星形。

?由兩組橋臂構成：共陰極接法和共陽極接法。◆帶電阻負載，

=60

時負載電流處于連續和斷續的臨界狀態，各相仍導電120

◆三相橋式全控整流電路的一些特點

?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，共陰極組的和共陽極組的各1個，且不能為同一相的晶閘管。?對觸發脈沖的要求

√6個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60

。√共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120

，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120

。√同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180

。?整流輸出電壓ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。第3章整流電路

■使整流電路工作于有源逆變的條件

?要有直流電動勢，其極性須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流器直流側的平均電壓。?要求晶閘管的控制角

>

/2，使Ud為負值。兩者必須同時具備才能實現有源逆變。第3章整流電路

◆半控橋或有續流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現負值，也不允許直流側出現負極性的電動勢，故不能實現有源逆變，欲實現有源逆變，只能采用全控電路。■逆變失敗◆逆變失敗的概念

逆變運行時，一旦發生換相失敗，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯，由于逆變電路的內阻很小，形成很大的短路電流，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。第3章整流電路

◆逆變失敗的原因（及采取的措施）?觸發電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。(采用精確可靠的觸發電路)?晶閘管發生故障，該斷時不斷，或該通時不通。（使用性能良好的晶閘管）?交流電源缺相或突然消失。（保證交流電源的質量）?換相的裕量角不足，引起換相失敗。（留出充足的換相的裕量角）第3章整流電路

第3章整流電路

第3章習題3-5和3-6（二選一）（某些已知條件的數值可能會與原題不同）

第4章逆變電路

■逆變電路的分類（補充）◆按輸出相數：分為單相和三相逆變電路。◆按直流電源的性質：分為電壓源型和電流源型逆變電路。◆按交流側是否與電網相接：分為有源和無源逆變電路。■有源逆變與無源逆變◆交流側接電網，即交流側接有電源時，稱為有源逆變。◆交流側直接和負載連接時，稱為無源逆變，本章主要講述無源逆變。■換流——電流從一個支路向另一個支路轉移的過程，也稱為換相。第4章逆變電路

換流方式總結：器件換流——適用于全控型器件。其余三種方式——針對晶閘管。器件換流和強迫換流——屬于自換流。電網換流和負載換流——屬于外部換流。第4章逆變電路

■電壓型逆變電路的特點◆直流側為電壓源，或并聯大電容，相當于電壓源。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，輸出電流波形和相位因負載阻抗不同而不同。◆阻感負載時需提供無功功率，直流側電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯反饋二極管。第4章逆變電路

■電流型逆變電路主要特點◆直流側串大電感，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。◆交流輸出電流為矩形波，與負載阻抗角無關，輸出電壓波形和相位因負載不同而不同。◆直流側電感起緩沖無功能量的作用，不必給開關器件反并聯二極管。■電流型逆變電路中，采用半控型器件的電路仍應用較多，換流方式有負載換流、強迫換流。第5章直流直流變流電路

直接直流變流電路也稱斬波電路（DCChopper）。

直流斬波電路（直接直流變流電路）的種類基本斬波電路：降壓（Buck)斬波電路、升壓(Boost)斬波電路、升降壓斬波電路(Buck-Boost)、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。其中，降壓（Buck)斬波電路、升壓(Boost)斬波電路是最基本的斬波電路。復合斬波電路：不同結構的基本斬波電路組合(如電流可逆斬波電路、橋式可逆斬波電路等)。多相多重斬波電路：相同結構的基本斬波電路組合（如由三個降壓斬波電路并聯形成三相三重斬波電路）。第6章交流交流變流電路■交流-交流變換電路可以分為直接方式（即無中間直流環節）和間接方式（有中間直流環節）兩種。■直接方式

◆交流電力控制電路：只改變電壓、電流