電力電子技術(shù)-總復(fù)習

1電力電子技術(shù)基礎(chǔ)總復(fù)習教材：《電力電子技術(shù)》

西安交通大學王兆安黃俊主編總復(fù)習-2目錄緒論第1章電力電子器件第2章整流電路第3章直流斬波電路第4章交流電力控制電路和交交變頻電路第5章逆變電路第6章PWM控制技術(shù)第7章軟開關(guān)技術(shù)第8章組合變流電路

總復(fù)習-3

緒論電力電子技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)即變流技術(shù)）使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)。是研究電能變換原理及功率變換裝置的綜合性學科，包括電壓、電流、頻率和波形變換，涉及電子學、自動控制原理和計算機技術(shù)等學科。本質(zhì)上就是研究大功率可控電源的技術(shù)。

電力電子技術(shù)與信息電子技術(shù)的主要不同就是效率問題。大功率電力電子裝置效率應(yīng)高于85%。信息電子主要著眼點在于信號轉(zhuǎn)換，電子器件大都工作在放大區(qū)；電力電子著眼于電能變換，電力電子器件工作在開關(guān)區(qū)。總復(fù)習-4

緒論電力電子技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)即變流技術(shù)）周期性高頻開關(guān)型電路（PWM)是提高電力電子電路工作效率的關(guān)鍵。高頻電路還能大大降低變壓器的體積，從而有利于提高功率密度，降低成本。高頻化使得開關(guān)過程和開關(guān)損耗的控制變得更加重要，同時高頻電磁噪聲的抑制（EMI）也成為關(guān)鍵問題。電力電子技術(shù)的發(fā)展方向是高頻、高效、高功率密度和智能化，最終使人們進入電能變換和頻率變換更加自由的時代，并充分發(fā)揮其節(jié)能、降耗和提高裝置工作性能的作用?？倧?fù)習-5

電力電子應(yīng)用技術(shù)即是變流技術(shù)

實現(xiàn)電力變換的技術(shù)稱為變流技術(shù)實現(xiàn)電力變換的裝置稱為功率變換器

實現(xiàn)功率變換器的電路稱為

電力電子電路電力變換

四大類①

交流－直流②

直流－交流③

直流－直流④

交流－交流交流交流直流直流逆變調(diào)壓、變頻、變相、交流電力控制直流斬波整流緒論總復(fù)習-6

變流技術(shù)是利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換，

①

AC/DC基本整流電路利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換

同一種電路拓撲結(jié)構(gòu)，不同的輸入，不同的控制規(guī)律，可實現(xiàn)不同的輸出緒論總復(fù)習-7利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換②DC/AC基本逆變電路

變流技術(shù)利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換緒論總復(fù)習-8利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換③DC/DC直流降壓電路

變流技術(shù)利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換緒論總復(fù)習-9④AC/AC直接變頻、變壓電路利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換

變流技術(shù)利用開關(guān)器件實現(xiàn)電力變換緒論總復(fù)習-10緒論和其他課程的關(guān)系：電路電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)電力拖動自動控制系統(tǒng)課程學習要求：掌握典型電力半導(dǎo)體器件的運行特性和應(yīng)用技術(shù)；掌握典型電力電子變換器的主電路

拓撲結(jié)構(gòu)、電路原理、工作波形、控制要求；掌握常用的電力電子變換電路的分析方法；了解電力電子變換器的應(yīng)用領(lǐng)域；了解電力電子變換器的電路仿真軟件如MATLAB、PSPICE、PSIM等的應(yīng)用；電力電子學是一門實踐性很強的專業(yè)課程，應(yīng)主動對待實驗，培養(yǎng)實際工作能力。電機拖動基礎(chǔ)++自動控制原理總復(fù)習-11課程考核分為三部分：期末閉卷考試（50%)、平時考勤實驗(20%)、專題研究報告(30%)電力電子技術(shù)自主學習-電力電子技術(shù)專題研究自主選擇一個課題或自擬一課題（不能同一題目），3個同學一組，分工合作完成方案設(shè)計、電路設(shè)計及參數(shù)設(shè)計、仿真研究（或電路原理圖設(shè)計及印刷電路板設(shè)計）內(nèi)容應(yīng)與電力電子技術(shù)有關(guān)。要求同大學生電子競賽要求，應(yīng)有性能指標設(shè)計。有書面報告并作好PPT,組織專題討論會。選擇比較優(yōu)秀的課題作為進一步實驗研究。緒論總復(fù)習-12專題1-三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計專題3－三相正弦波變頻電源專題4－DC-DCPWM升降壓(Cuk)變換電路設(shè)計專題5－DC-DC變換器應(yīng)用—直流電機速度控制專題6－DC-DC單端反激式變換電路設(shè)計專題7－DC-DC單端正激式變換電路設(shè)計專題8－DC-ACSPWM單相全橋逆變電路設(shè)計專題9－智能功率模塊（IPM）變頻調(diào)速電路設(shè)計專題10－變頻器光電隔離驅(qū)動電路設(shè)計專題11－電力電子電路閉環(huán)控制（穩(wěn)態(tài)和動態(tài)分析）專題12－電力電子電路閉環(huán)動態(tài)特性專題13－晶閘管整流電路諧波和功率因數(shù)分析專題14－移相全橋零電壓開關(guān)電路實驗專題15－電力電子電路濾波器設(shè)計專題16－電力電子電路功率因數(shù)分析專題17－電力電子電路中信號的頻譜分析總復(fù)習-13專題18-變頻器電路原理圖設(shè)計專題19－帶功率因數(shù)校正（PFC）的整流電路設(shè)計專題20－諧振軟開關(guān)電路實驗專題21-單相交流電源自動穩(wěn)壓器專題22-24V交流單相在線式不間斷電源電路設(shè)計專題23-三相交流在線式不間斷電源電路設(shè)計專題24-逆變器電路及其數(shù)字控制專題25-三電平逆變電路及其數(shù)字控制專題26-光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置專題27-PWM整流器分析與控制專題28-雙PWM變換器分析與控制專題29-三相晶閘管交交變頻電路諧波分析專題30-矩陣變換器分析與控制專題31-PWM控制芯片及外圍電路設(shè)計專題32-電動汽車充電電路設(shè)計專題33-非接觸充電電路設(shè)計總復(fù)習-14專題1-三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計專題3－DC-DCPWM升降壓(Cuk)變換電路設(shè)計專題4－DC-DC變換器應(yīng)用—直流電機速度控制專題5－DC-DC單端反激式變換電路設(shè)計專題6－DC-DC單端正激式變換電路設(shè)計專題7－電力電子電路濾波器設(shè)計專題8-

單相交直交變頻電路的實驗研究專題9－直流斬波電路(設(shè)計性)的實驗研究（sepicchopper、zetachopper）專題10-斬控式交流調(diào)壓電路的實驗研究專題11-PWM整流器分析與控制專題12-鋸齒波移相觸發(fā)電路的實驗研究（維修）專題13-電動汽車充電電路設(shè)計專題14逆變器電路及其驅(qū)動電路設(shè)計專題15-非接觸充電電路設(shè)計專題16-24V交流單相在線式不間斷電源電路設(shè)計專題17-三相交流在線式不間斷電源電路設(shè)計總復(fù)習-15研究課題姓名開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計鋸齒波移相觸發(fā)電路的實驗研究（維修）羅小慧謝麗梁俊明佘玉兒陳愛娣三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制逆變器及其驅(qū)動電路設(shè)計吳建國張俞張樊侯云明專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計DC-DC單端反激式變換電路設(shè)計陳基偉梁文君甘智華林斯揚鐘航宇黃晨龍

研究課題姓名電力電子電路濾波器設(shè)計賴詔南曾鎮(zhèn)海余波歐陽煥彬三相晶閘管整流電路數(shù)字觸發(fā)控制黃景維練中華蔡文豪包應(yīng)星-電動汽車充電電路設(shè)計單相交直交變頻電路的實驗研究馮俊杰李高強黎智揚黃李成專題2－開關(guān)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計DC-DC單端正激式變換電路設(shè)計陳雅麟謝文思蔡洽泳肖徽揚研究課題姓名專題32-電動汽車充電電路設(shè)計包興李凱彬郭予燦藍興世馮立佳專題16－電力電子電路功率因數(shù)分析斬控式交流調(diào)壓電路的實驗研究楊肇科魏智超何權(quán)輝李源河專題31-PWM控制芯片及外圍電路設(shè)計直流斬波電路(設(shè)計性)的實驗研究（sepicchopper、zetachopper）張鎮(zhèn)麟嚴海東李郁翔趙英棟總復(fù)習-16專題姓名1.PWM升降壓（Cuk）變換電路設(shè)計直流斬波電路(設(shè)計性)的實驗研究（sepicchopper、zetachopper）呂耀輝蔡楸煜黃志文黃佳勝劉梓杰2.非接觸充電電路設(shè)計曾家杰范進鋒麥淑貞馮雅莉張瑩3.電力電子電路濾波器設(shè)計郝福龍張稚聲周樹佳崔穎林濤4.三相PWM變換器分析與控制單相交直交變頻電路的實驗研究馮展釗鄭潤山陳沛?zhèn)S家輝5.單相PWM整流器分析與控制歐慶德鄧國順李燦忠肖曉彬?qū)ｎ}姓名6PWM變換器直流電機速度控制譚宜釗李功基賴月海李耿城7.大功率整流電源觸發(fā)器的研究巫禮杰潘海亮石博陳浩茹朱偉敏8.晶閘管整流電路諧波和功率因數(shù)分析單相交直交變頻電路的實驗研究石國鵬何偉何瀟敏焦杰橋賴立生9.PWM控制芯片及外圍電路設(shè)計斬控式交流調(diào)壓電路的實驗研究梁毅郭劉偉坪陳眀帥黃仁茂彭志浩10.

電力電子電路功率因數(shù)分析IGBT驅(qū)動電路實驗研究賀文波蘇少偉朱豪明梁國浩葉偉東總復(fù)習-17電阻是能量損耗器件，電阻在電力電子電路中存在于負載和寄生參數(shù)中，例如，電源的等效電阻，電感、變壓器和電機中的線圈電阻，導(dǎo)線電阻，電容的等效電阻以及聯(lián)結(jié)時的接觸電阻等。電阻的大小與電流的頻率無關(guān)，但導(dǎo)體中的線電阻與頻率有關(guān)，隨著流過電阻的電流頻率增大，線電阻增大。具有趨膚效應(yīng)，解決趨膚效應(yīng)的辦法就是采用多線頭導(dǎo)體。電阻串聯(lián)和并聯(lián)的方法可以推廣到整個電力電子元件和電路。如電力電子元件串聯(lián)可以承受更高的電壓，并聯(lián)可以流更大的電流。通過串聯(lián)或并聯(lián)還可改善電力電子電路的性能，改善輸出電壓或電流的波形如降低電壓或電流脈動率，改善功率因數(shù)等。電力電子電路中的電阻電力電子器件總復(fù)習-18電感是儲能器件，高頻開關(guān)電路中還應(yīng)考慮寄生電感的對器件及電路的影響。負載、導(dǎo)線、變壓器和電機的漏感都可視為寄生電感。電感的電壓電流關(guān)系為：大電感具有維持動態(tài)電流不變的能力：串聯(lián)大電感的電源可視為恒流源。電感電流的突然變化會導(dǎo)致電感兩端產(chǎn)生很高的電壓，也影響到電路中相關(guān)的元件。電感中電流不會瞬間跳變，即電感中電流是連續(xù)的。因此，在電力電子開關(guān)兩端須反并聯(lián)一個續(xù)流二極管電感常用于限制開關(guān)過程中瞬間過電流，還可用于維持并聯(lián)支路之間電流平衡。電力電子電路中的電感連接１電力電子器件總復(fù)習-19電容也是儲能器件，高頻開關(guān)電路中須考慮寄生電容的作用，變壓器中的匝間和層間，二極管、晶體管、晶閘管中的PN結(jié)都存在寄生電容。電容的電壓電流關(guān)系為：即恒流源向電容充電時，電容兩端電壓線性增加。并聯(lián)大電容可維持動態(tài)電壓不變，電容兩端的電壓是連續(xù)的。

并聯(lián)大電容的電源可視為恒壓源。電容兩端電壓的突然變化，會導(dǎo)致非常大的電流。電容和單向開關(guān)不能并接在一起，無論何時需要這種連接，開關(guān)斷開時，必須提供阻塞二極管與電容串接在一起，防止萬一開關(guān)閉合形成短路。周期性的激勵包含電容的電路，一個周期內(nèi)流出和流入電容的平均電壓為零。如果流出流入電容的平均電流非零，那么電容電壓將泵升到無窮大。電容常用來限制開關(guān)過程中瞬間過電壓。還可用于串聯(lián)電路的動態(tài)均壓。電力電子電路中的電容連接１電力電子器件總復(fù)習-20電力電子電路中的變壓器LC電路常構(gòu)成諧振電路。串聯(lián)諧振電路電流最大。并聯(lián)諧振電路總電流最小。LC電路可構(gòu)成開關(guān)電路的無源濾波器，濾去高頻分量。LC諧振電路常用來構(gòu)成軟開關(guān)電路。變壓器只能用于傳輸交流信號或交流電能。直流電壓不能通過變壓器傳輸。如果有直流分量流過變壓器繞組會造成磁飽和，導(dǎo)致發(fā)熱甚至燒壞。變壓器是通過磁耦合把電能或電信號從一個電路傳輸?shù)搅硪浑娐罚灰呺娐泛透边呺娐凡还驳?，則原副邊繞組信號電氣隔離。變壓器到但傳輸過程中電壓或電流波形的頻率不會改變，當然，能量守恒定律適用于變壓器。變壓器可以變壓也可作為變換器到負載的阻抗匹配器件。變壓器不能改變頻率。變壓器的體積和重量與頻率成反比。高頻化可減小N，S參數(shù)值,從而減小了變壓器的體積和重量；還可減小濾波器的參數(shù),從而有效的降低電力電子裝置的體積和重量。１電力電子器件總復(fù)習-21１電力電子器件

電力電子器件是在電力電子電路中是作為可控開關(guān)來用。電力電子器件是一種半導(dǎo)體開關(guān)，實際上是一種單向單極開關(guān)。它不是理想開關(guān)，存在開關(guān)時間和開關(guān)暫態(tài)過程。開關(guān)時間也限制了電力電子器件的開關(guān)頻率。最受關(guān)注的是電力電子器件的可控性、開關(guān)時間、開關(guān)過程中的特性、開關(guān)元件的最高耐壓值和最大電流值。按照器件能夠被控制的程度，分為三類：

半控型器件通過控制信號控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。

全控型器件通過控制信號控制其導(dǎo)通又控制其關(guān)斷。

不可控器件不能用控制信號來控制通斷，不需驅(qū)動電路。

按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：

電流驅(qū)動型驅(qū)動功率大。

電壓驅(qū)動型驅(qū)動功率小?？倧?fù)習-22

電力電子器件電力電子器件分類“樹”

單極型：

電力MOSFET（電力場效應(yīng)晶體管）

SIT（靜電感應(yīng)晶體管）

雙極型：

電力二極管晶閘管（

SCR

）

GTO

（門極可關(guān)斷晶閘管）

GTR（電力晶體管）

SITH（靜電感應(yīng)晶閘管）

IRIAC（雙向晶閘管）

RCT（逆導(dǎo)晶閘管）

LTT（光控晶閘管）

混合型：

IGBT（絕緣柵雙極晶體管）

MCT（MOS控制晶閘管）

電力電子器件類型歸納總復(fù)習-23二極管是不可控開關(guān)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦允顾蔀閱蜗蜷_關(guān)。PN結(jié)有電容效應(yīng)，影響開關(guān)頻率。二極管開通時間很短；但關(guān)斷前有大的反向電流，伴隨有明顯的反向電壓過沖。并且需要一個反向恢復(fù)時間trr

。影響二極管開關(guān)速度的主要因素是反向恢復(fù)時間trr

。

5μs以上稱普通二極管(整流二極管），開關(guān)頻率在1kHz以下，但電流和反向電壓很高，

5μs以下，數(shù)百ns的稱快速二極管。10～40ns為肖特基二極管。額定電流為正弦半波的平均值，器件工作按發(fā)熱有效值計算。因此需換算到平均值來選擇二極管。１電力電子器件總復(fù)習-24晶閘管晶閘管內(nèi)部可等效為２級三極管模型。正反饋原理和制造特點使之成為半控性開關(guān)。普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒。選擇電壓和電流等級時同二極管。晶閘管對du/dt和di/dt敏感。關(guān)斷過程中應(yīng)采取電路限制。晶閘管的派生器件：快速晶閘管數(shù)10s，高頻晶閘管10s左右.雙向晶閘管可看作是一對反并聯(lián)聯(lián)接的晶閘管。但它用有效值來表示其額定電流值。逆導(dǎo)晶閘管反并聯(lián)二極管的集成。光控晶閘管，利用光照信號觸發(fā)晶閘管?？杀ＷC主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。從而大大提高了開關(guān)的可靠性，在高壓大功率中應(yīng)用廣泛。晶閘管陽極正向電壓下，控制門極觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生時刻就可控制晶閘管的導(dǎo)通。反向陽極電壓是晶閘管關(guān)斷的必要條件，但真正關(guān)斷須電流低于維持電流時。這是分析晶閘管電路的基礎(chǔ)?？倧?fù)習-25

常用全控型器件符號門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）門極G陽極A陰極K電力晶體管(

GTR

)發(fā)射極e基極b集電極c絕緣柵雙極晶體管（IGBT）發(fā)射極E柵極G集電極C電力場效應(yīng)晶體管（電力MOSFET

）P溝道N溝道柵極G漏極D源極SDGS總復(fù)習-26全控型器件

全控型器件指即可控制開通又能控制關(guān)斷。以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。絕緣柵雙極晶體管（IGBT）可視為GTR和MOS管的復(fù)合器件。GTO和GTR為電流驅(qū)動型，而MOS和IGBT為電壓驅(qū)動型。GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時飽和程度較淺；GTO關(guān)斷過程與門極負脈沖電流波形的幅值和波形有關(guān)。幅值越大，前沿越陡，時間越短；門極負脈沖的后沿緩減，且保持適當負電壓，則可縮短尾部時間。電流關(guān)斷增益off一般很小，只有5左右，是GTO的主要缺點。GTR與小功率晶體管基本原理一樣。區(qū)別是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。一般采用共發(fā)射極接法，單管GTR的值較小只為10左右。GTR的開關(guān)時間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。GTR存在二次擊穿現(xiàn)象和最高電壓UceM、集電極最大電流IcM、最大耗散功率PcM、二次擊穿臨界線構(gòu)成的限定安全工作區(qū)?？倧?fù)習-27全控型器件電力場效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵N溝道增強型MOS管。驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關(guān)時間在10-100ns之間，開關(guān)頻率100kHz以上，是開關(guān)速度最快的。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR，但電流容量小，耐壓低，功率不超過10kW

。MOSFET的開關(guān)速度和柵極輸入電容Cin充放電有很大關(guān)系。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。IGBT是GTR與MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOS驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。開關(guān)速度低于電力MOSFET，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。存在由一個N-PN+晶體管和作為主開關(guān)器件的P+N-P晶體管組成寄生晶閘管。若動態(tài)或穩(wěn)態(tài)電流過大或duCE/dt過大或溫度過高，寄生晶閘管將開通，失去電流控制作用。稱為掣住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)。為避免IGBT發(fā)生擎住現(xiàn)象:1．設(shè)計電路時應(yīng)保證IGBT中的電流不超過IDM值；2．用加大門極電阻RG的辦法延長IGBT的關(guān)斷時間，減小重加dVDS/dt。3．器件制造廠家也在IGBT的工藝與結(jié)構(gòu)上想方設(shè)法盡可能提高IDM值，盡量避免產(chǎn)生擎住效應(yīng)。總復(fù)習-28常用電力電子器件性能對比可控性驅(qū)動信號額定電壓、電流工作頻率飽和壓降二極管不可控無

最大有高有低小晶閘管半控脈沖電流（開通）最大最低小GTO全控正、負脈沖電流大較低中GTR全控正(負)電流中中小電力MOSFET全控正(負)電壓小最高大IGBT全控正電壓較大較高較小

１電力電子器件總復(fù)習-29器件優(yōu)點缺點應(yīng)用領(lǐng)域GTR耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低開關(guān)速度低，電流驅(qū)動型需要驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在2次擊穿問題UPS、空調(diào)等中小功率中頻場合GTO電壓、電流容量很大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強電流關(guān)斷增益小，關(guān)斷時門極負脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低高壓直流輸電、高壓靜止無功補償、高壓電機驅(qū)動、電力機車地鐵等高壓大功率場合。MOSFET開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，工作頻率高，門極輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，沒有2次擊穿電流容量小，耐壓低，通態(tài)損耗較大，一般適合于高頻小功率場合開關(guān)電源、日用電氣、民用軍用高頻電子產(chǎn)品IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，通態(tài)壓降低，電壓、電流容量較高。門極輸入阻抗高，驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單開關(guān)速度不及電力MOSFET，電壓、電流容量不及GTO。電機調(diào)速，逆變器、變頻器等中等功率、中等頻率的場合，已取代GTR。應(yīng)用最廣泛的電力電子器件。

１電力電子器件總復(fù)習-30電力電子器件允許的開關(guān)頻率與允許功率范圍及主要應(yīng)用領(lǐng)域１電力電子器件總復(fù)習-31電力電子器件驅(qū)動電路

驅(qū)動電路是主電路與控制電路之間的接口。驅(qū)動電路產(chǎn)生理想的信號波形并進行功率放大還兼有電氣隔離、保護功能。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。不同的電力電子器件驅(qū)動特點不同。常采用集成驅(qū)動芯片。電氣隔離有光耦隔離或變壓器（磁）隔離２種?？刂齐娐窓z測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2保護電路１電力電子器件總復(fù)習-32tIIMt1t2t3t4圖１-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖流波形晶閘管的觸發(fā)電路要求：產(chǎn)生可控的移相脈沖；移相脈沖與主電源同步；α角恒定,有一定的移相范圍。OttOuGiG圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形GTO驅(qū)動電路通常包括開通驅(qū)動電路、關(guān)斷驅(qū)動電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。電力電子器件驅(qū)動電路１電力電子器件總復(fù)習-33GTR屬電流驅(qū)動型器件。開通驅(qū)動電流應(yīng)使GTR處于準飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使之不進入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷時，施加一定的負基極電流有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（6V左右）的負偏壓。tOib

圖1-30理想的GTR基極驅(qū)動電流波形電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動型器件。為快速建立驅(qū)動電壓，要求驅(qū)動電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動電壓一般10～15V，使IGBT開通的驅(qū)動電壓一般15～20V。關(guān)斷時施加一定幅值的負驅(qū)動電壓（一般取-5～-15V）有利于減小關(guān)斷時間和關(guān)斷損耗。由于是容性輸入阻抗，要保證有一條低阻抗值的放電回路。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。電力電子器件驅(qū)動電路總復(fù)習-34電力電子電路的過電壓保護圖1-34過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路

電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。１電力電子器件總復(fù)習-35電力電子電路的過電流保護負載觸發(fā)電路開關(guān)電路過電流繼電器交流斷路器動作電流整定值短路器電流檢測電子保護電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器

同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。

電子電路作為第一保護措施，快速熔斷器僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，

直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，

過電流繼電器整定在過載時動作。圖1-37過電流保護措施及配置位置

保護措施１電力電子器件總復(fù)習-36緩沖電路關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復(fù)合緩沖電路——關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。

緩沖電路(SnubberCircuit)

：

又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過電壓、du/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗?？倧?fù)習-37緩沖電路緩沖電路作用分析無緩沖電路有緩沖電路圖1-38

di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路b)波形ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO

圖1-39關(guān)斷時的負載線b)tuCEiCOdidt抑制電路時有有緩沖電路時無緩沖電路時uCEiCdidt抑制電路時無總復(fù)習-38緩沖電路

充放電型RCD緩沖電路，適用于中等容量的場合。圖1-38di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形a)電路RC緩沖電路主要用于小容量器件；放電阻止型RCD緩沖電路用于中或大容量器件。圖1-40另外兩種常用的緩沖電路RC吸收電路放電阻止型RCD吸收電路總復(fù)習-39電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)當單個器件額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)。串聯(lián)時應(yīng)注意解決均壓問題：如因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓不等造成的靜態(tài)不均壓或由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的動態(tài)不均壓。靜態(tài)均壓措施：選用參數(shù)和特性盡量一致的器件。采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多。動態(tài)均壓措施：選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件。用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓。門極強脈沖觸發(fā)可顯著減小器件開通時間的差異。當單個器件額定電流小于要求時可以并聯(lián)。并聯(lián)時應(yīng)注意解決因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電流不均問題。均流措施：挑選特性參數(shù)盡量一致的器件。采用均流電抗器。用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流。當需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接。１電力電子器件總復(fù)習-40

電力MOSFET并聯(lián)運行的特點:Ron有正溫度系數(shù)，有電流自均衡能力，容易并聯(lián)。注意選用參數(shù)盡量相近的器件并聯(lián)。電路走線和布局應(yīng)盡量對稱?？稍谠礃O電路中串入小電感，起到均流電抗器的作用。IGBT并聯(lián)運行的特點:在1/2或1/3額定電流以下區(qū)段，通態(tài)壓降有負溫度系數(shù)。在以上的區(qū)段則具有正溫度系數(shù)。并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力，易于并聯(lián)。電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)１電力電子器件總復(fù)習-41

２晶閘管整流電路

重點掌握：根據(jù)晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷條件進行電路分析的思想，分段線性電路分析的基本思想。單相全控橋式整流電路和三相全控橋式整流電路的原理分析與計算、各種負載對整流電路工作情況的影響。重點掌握感性負載下單相電路的計算，掌握三相電路的波形分析。重點了解電容濾波的不可控整流電路的工作特點。了解諧波的概念、各種整流電路諧波情況的定性分析，功率因數(shù)分析的特點、各種整流電路的功率因數(shù)分析。重點掌握晶閘管相控整流電路具有功率因數(shù)低和諧波分量大的缺點。了解變壓器漏抗對整流電路的影響，建立換相壓降、重疊角等概念，了解換相重疊角與漏感和負載電流及移相控制角的關(guān)系。

總復(fù)習-42重點掌握可控整流電路的有源逆變工作狀態(tài)，掌握產(chǎn)生有源逆變的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計算、逆變失敗及最小逆變角的限制等。大功率可控整流電路的接線形式及特點，熟悉雙反星形可控整流電路的工作情況，建立整流電路多重化的概念。

２晶閘管整流電路總復(fù)習-43

３直流斬波電路本章是本課程的另一個重點掌握內(nèi)容。重點理解降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理，掌握電路的輸入輸出電壓和電流的推導(dǎo)方法、電路解析方法、工作特點。掌握橋式可逆斬波電路的原理和雙極、單極及單極受限式的PWM控制方法。重點了解直流傳動和開關(guān)電源是斬波電路應(yīng)用領(lǐng)域。重點了解帶變壓器隔離的直流直流變流電路。重點了解反激電路、正激電路、半橋電路、全橋電路及推挽電路的電路圖及應(yīng)用特點。了解其它幾種基本電路的電路原理。了解多相多重斬波電路?？倧?fù)習-44電路優(yōu)點缺點功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單難以達到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計算機設(shè)備、消費電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵磁，容易達到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計算機電源等推挽變壓器雙向勵磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動簡單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源表5-1各種不同的間接直流變流電路的比較

３直流斬波電路總復(fù)習-45重點理解４種換流方式（如何使器件關(guān)斷）：器件換流、電網(wǎng)換流、強迫換流和負載換流。器件換流是利用全控型器件IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等的自關(guān)斷能力進行換流。半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷。電網(wǎng)換流是將負的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上即可使其關(guān)斷。交流電網(wǎng)的無源逆變電路必須采取強迫換流或負載換方式。強迫換流是設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流使其換流。有直接耦合式電感耦合式２種。負載換流適合電流型無源逆變電路。它是在感性負載上并聯(lián)電容使整個負載工作在接近并聯(lián)諧振狀態(tài)而略呈容性。利用負載電流的相位超前于負載電壓而換流。電壓波形為正弦波而電流為方波。

４逆變電路總復(fù)習-46重點掌握掌握有源逆變和無源逆變的區(qū)別。掌握無源逆變電路的分類。逆變電路分為電壓型逆變電路和電流型逆變電路。直流側(cè)并聯(lián)大電容的為電壓型逆變器，而直流側(cè)串聯(lián)大電感的為電流型逆變器。可分為單相逆變器和三相逆變器。重點掌握三相電壓型逆變電路六拍逆變器180°導(dǎo)電方式的換流方式，導(dǎo)通順序，等效電路，據(jù)此計算相電壓和線電壓的值從而進行波形分析。了解串聯(lián)二極管式晶閘管逆變電路，了解多重逆變電路和多電平逆變電路是為了輸出逼近正弦波，降低諧波。了解逆變電路是交流電機調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心電路。

４逆變電路總復(fù)習-47５PWM控制技術(shù)

重點理解利用面積等效原理用一系列等幅不等寬的脈沖（PWM）來代替一個正弦半波，從而理解正弦波PWM逆變技術(shù)的計算法和調(diào)制法。了解PWM逆變電路可以克服晶閘管六拍方波逆變電路的缺點可以逼近正弦波。重點掌握調(diào)制法及其規(guī)則采樣法原理和公式推導(dǎo)。掌握異步調(diào)制和同步調(diào)制對諧波的影響。了解提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)的意義和方法。了解PWM逆變電路的多重化可更好地逼近正弦波從而降低諧波?？倧?fù)習-48５PWM控制技術(shù)

了解PWM逆變電路３種目標控制：正弦波電壓、正弦波電流和圓形磁鏈的電壓空間矢量PWM。了解PWM跟蹤的滯環(huán)比較方式、三角波比較方式和定時比較方式。理解PWM整流技術(shù)實際是采用輸入電感和正弦波PWM控制技術(shù)來克服晶閘管相控整流技術(shù)的諧波豐富和功率因數(shù)低的缺點?？梢钥刂戚斎腚娏髋c輸入電網(wǎng)電壓在任意相位。從而可實現(xiàn)單位功率因數(shù)整流器和無功補償。PWM整流電路有直接電流控制和間接電流控制方法。其實質(zhì)是構(gòu)成電壓和電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。

總復(fù)習-49①

交流-交流變流電路的分類及其基本概念；②單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負載和阻感負載時的工作原理和電路特性；③三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理；④交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的基本概念；⑤晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)成、工作原理和輸入輸出特性；⑥各種交流-交流變流電路的主要應(yīng)用；⑦矩陣式交交變頻電路的基本概念。６交流電力控制電路和交交變頻電路本章內(nèi)容為了解內(nèi)容。總復(fù)習-50７軟開關(guān)技術(shù)重點理解軟開關(guān)技術(shù)通過在電路中引入諧振，改善了開關(guān)的開關(guān)條件，較好解決了硬開關(guān)電路的開關(guān)損耗和噪聲問題。掌握軟開關(guān)技術(shù)可以分為零電壓和零電流兩大類。按照其出