電力電子技術(shù)重點(diǎn)王兆安第五版打印版

1、第 1 章 緒 論1 電力電子技術(shù)定義： 電力電子技術(shù)定義：是使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)，是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，主要用于電力變換。2 電力變換的種類(lèi) 電力變換的種類(lèi)（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(guò)直流斬波電路實(shí)現(xiàn)（4）交流變交流 AC-AC：一般稱作交流電力控制3 電力電子技術(shù)分類(lèi)： 電力電子技術(shù)分類(lèi)：分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)。第

2、 2 章 電力電子器件 電力電子器件1 電力電子器件與主電路的關(guān)系 電力電子器件與主電路的關(guān)系（1）主電路：指能夠直接承擔(dān)電能變換或控制任務(wù)的電路。（2）電力電子器件：指應(yīng)用于主電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換或控制的電子器件。2 電力電子器件一般都工作于 電力電子器件一般都工作于開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以減小本身?yè)p 狀態(tài)，以減小本身?yè)p耗。 耗。3 電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理 電力電子系統(tǒng)基本組成與工作原理（1）一般由主電路、控制電路、檢測(cè)電路、

3、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等組成。（2）檢測(cè)主電路中的信號(hào)并送入控制電路，根據(jù)這些信號(hào)并按照系統(tǒng)工作要求形成電力電子器件的工作信號(hào)。（3）控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去控制主電路中電力電子器件的導(dǎo)通或關(guān)斷。（4）同時(shí)，在主電路和控制電路中附加一些保護(hù)電路，以保證系統(tǒng)正常可靠運(yùn)行。4 電力電子器件的分類(lèi) 電力電子器件的分類(lèi)根據(jù)控制信號(hào)所控制的程度分類(lèi) 根據(jù)控制信號(hào)所控制的程度分類(lèi)（1）半控型器件：通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。

4、如 SCR 晶閘管。（2） 全控型器件：通過(guò)控制信號(hào)既可以控制其導(dǎo)通，又可以控制其關(guān)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(hào)來(lái)控制其通斷的電力電子器件。如電力二極管。根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)（1）電流型器件：通過(guò)從控制端注入或抽出電流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如 SCR、GTO、GTR。（2）電壓型器件：通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定電壓信號(hào)的

5、方式來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或關(guān)斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的情況分類(lèi) 根據(jù)器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的情況分類(lèi)（1）單極型器件：內(nèi)部由一種載流子參與導(dǎo)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(shù)導(dǎo)電的器件。如 SCR、GTO、GTR。（3）復(fù)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。5 半控型器件 半控型器件—晶閘管 晶閘管 SCR將器件 N1、P2 半導(dǎo)體

6、取傾斜截面，則晶閘管變成 V1-PNP 和 V2-NPN 兩個(gè)晶體管。晶閘管的導(dǎo)通工作原理 晶閘管的導(dǎo)通工作原理（1）當(dāng) AK 間加正向電壓 ，晶閘管不能導(dǎo)通，主要是 A E中間存在反向 PN 結(jié)。（2）當(dāng) GK 間加正向電壓 ，NPN 晶體管基極存在驅(qū) G E動(dòng)電流 ，NPN 晶體管導(dǎo)通，產(chǎn)生集電極電流 。 G I 2 c I（3）集電極電流 構(gòu)成 PNP 的基極驅(qū)動(dòng)電流，PNP 導(dǎo) 2 c I通，進(jìn)一步放大產(chǎn)生 PNP 集電極電流

7、。 1 c I（4） 與 構(gòu)成 NPN 的驅(qū)動(dòng)電流，繼續(xù)上述過(guò)程，形 1 c I G I成強(qiáng)烈的負(fù)反饋，這樣 NPN 和 PNP 兩個(gè)晶體管完全飽和，晶閘管導(dǎo)通。2.3.1.4.3 晶閘管是半控型器件的原因 晶閘管是半控型器件的原因（1）晶閘管導(dǎo)通后撤掉外部門(mén)極電流 ，但是 NPN 基 G I極仍然存在電流，由 PNP 集電極電流 供給，電流已經(jīng) 1 c I形成強(qiáng)烈正反饋，因此晶閘管繼續(xù)維持導(dǎo)通。（2）因此，晶閘管的門(mén)極電流只能觸發(fā)控制

8、其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。2.3.1.4.4 晶閘管的關(guān)斷工作原理 晶閘管的關(guān)斷工作原理滿足下面條件，晶閘管才能關(guān)斷：（1）去掉 AK 間正向電壓；（2）AK 間加反向電壓；（3）設(shè)法使流過(guò)晶閘管的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下。2.3.2.1.1 晶閘管正常工作時(shí)的靜態(tài)特性 晶閘管正常工作時(shí)的靜態(tài)特性（1）當(dāng)晶閘管承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（2）當(dāng)晶閘管承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才

9、能導(dǎo)通。（3）晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用，不論門(mén)極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導(dǎo)通。（4）若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。2.4.1.1 GTO 的結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)（1）GTO 與普通晶閘管的相同點(diǎn)：是 PNPN 四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門(mén)極。（2）GTO 與普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO 是一種多元的功率集成器件，其內(nèi)部包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)供陽(yáng)極的小

10、GTO 元，這些 GTO 元的陰極和門(mén)極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起，正是這種特殊結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)門(mén)極關(guān)斷作用。2.4.1.2 GTO 的靜態(tài)特性 的靜態(tài)特性正向電壓，因此可靠導(dǎo)通， 。 0 3 VT VT2 ? ? u u? VT1 陽(yáng)極為 a 點(diǎn)，陰極為 b 點(diǎn)；VT4 陽(yáng)極為 a點(diǎn)，陰極為 b 點(diǎn)；因此 。 2 VT VT 4 1 u u u ? ?? 電流從 b 點(diǎn)經(jīng) VT3 、R、VT2 流回 b 點(diǎn)。? ， 。 2 d u u ? ?

11、d 2 i i ? ?（3）全波整流 ）全波整流在交流電源的正負(fù)半周都有整流輸出電流流過(guò)負(fù)載，因此該電路為全波整流。（4）直流輸出電壓平均值 ）直流輸出電壓平均值2cos 1 9 . 0 2cos 1 2 2 ) ( sin 2 1222 d? ?? ? ? ???? ? ? ? ? ? U U t td U U（5）負(fù)載直流電流平均值 ）負(fù)載直流電流平均值2cos 1 9 . 0 2cos 1 2 2R2 2 dd? ??? ? ?

12、? ? RURU U I（6）晶閘管參數(shù)計(jì)算 ）晶閘管參數(shù)計(jì)算① 承受最大正向電壓： ) 2 ( 212 U② 承受最大反向電壓： 2 2U③ 觸發(fā)角的移相范圍： 時(shí)， ； 0 ? ? 2 d 9 . 0 U U ?時(shí)， 。因此移相范圍為 。 o 180 ? ? 0 d ? U o 180④ 晶閘管電流平均值：VT1 、VT4 與 VT2 、VT3 輪流導(dǎo)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 。 2cos 1 45

13、 . 0 21 2d dVT? ? ? ? RU I I3.1.2.2 帶阻感負(fù)載的工作情況 帶阻感負(fù)載的工作情況（1）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的原理圖 ）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的原理圖（2）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的波形圖 ）單相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載時(shí)的波形圖? 分析時(shí)，假設(shè)電路已經(jīng)工作于穩(wěn)態(tài)下。? 假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流不能突變，使負(fù)載電流 連續(xù)且波形近似為一水平線。 d i① ： ? ? ~?

14、 在 角度時(shí)，給 VT1 和 VT4 加觸發(fā)脈沖，此時(shí) ?a 點(diǎn)電壓高于 b 點(diǎn)，VT1 和 VT4 承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通， 。 0 4 1 VT VT ? ? u u? 電流從 a 點(diǎn)經(jīng) VT1 、L、R、VT4 流回 b 點(diǎn)，。 2 d u u ?? 為一水平線， 。 d i 2 d VT 1,4 i i i ? ?? VT2 和 VT3 為斷態(tài)， 0 2,3 VT ? i② ： ) ( ~ ? ? ? ?? 雖然二次電

15、壓 已經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變負(fù)，但因大電感 2 u的存在使 VT1 和 VT4 持續(xù)導(dǎo)通。? ， ， ， 0 4 1 VT VT ? ? u u 2 d u u ? 2 d VT 1,4 i i i ? ?。 0 2,3 VT ? i③ ： ? ? ? 2 ~ ) ( ?? 在 角度時(shí)，給 VT2 和 VT3 加觸發(fā)脈 ) ( ? ? ?沖，此時(shí) b 點(diǎn)電壓高于 a 點(diǎn)，VT2 和 VT3 承受正向電壓，因此可靠導(dǎo)通， 。 0 3 VT VT