電力電子技術電力電子技術的定義電力電子技術是一門

作者：范興榮電力電子技術第一部分一、電力電子技術的定義電力電子技術是一門利用電力電子器件、電路理論和控制技術對電能進行處理、控制和變換的學科，是現(xiàn)代電子學的一個重要分支，也是電工技術的分支之一。電力電子技術是應用于電力領域的電子技術。具體地說，就是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術。二、電力電子技術的研究內容電力電子技術的研究內容：1、電力電子器件2、變流技術3、控制技術或者說，電力電子技術的研究內容：電子學、電力學、控制理論三、與其它學科的關系1、與微電子學的關系三個相同點：（1）都分為電子器件和電子電路兩大分支，二者同根同源（2）兩類器件制造技術的理論基礎相同；（3）制造工藝也基本相同。兩個不同點：（1）應用目的不同——前者用于電力變換，后者用于信息處理；（2）工作狀態(tài)不同——在微電子技術中，器件既可以處于放大狀態(tài)，也可以處于開關狀態(tài)；而在電力電子技術中為避免功率損耗過大，電力電子器件總是工作在開關狀態(tài)。2、與電力學(電氣工程)的關系廣泛用于電氣工程中；（1）電力電子技術（2）國內外均把電力電子技術為歸電氣工程的一個分支；（3）電力電子技術是電氣工程學科中最為活躍的一個分支。3、與控制理論的關系（1）控制理論廣泛用于電力電子系統(tǒng)中；（2）電力電子技術是弱電控制強電的技術，是弱電和強電的接口,控制理論是這種接口第1頁共45頁作者：范興榮的有力紐帶；（3）電力電子裝置是自動化技術的基礎元件和重要支撐技術。四、電力電子技術的發(fā)展歷史美國通用電氣公司研制出第一個工業(yè)用的普通晶閘管，標志電力電子技術的誕生1、傳統(tǒng)電力電子技術電力電子器件以半控型的晶閘管為主，變流電路以相控電路為主，控制電路以模擬電路為主。2、現(xiàn)代電力電子技術現(xiàn)代電力電子技術在器件、電路及其控制技術方面與傳統(tǒng)電力電子技術相比主要有如下特點：A、集成化B、高頻化C、全控化D、控制電路弱電化E、控制技術數字化3、電力電子技術的發(fā)展展望科學家預言，電力電子技術和運動控制一起，將和計算機技術共同成為未來科學技術的兩大支柱。第二部分1、電力電子器件1.1、電力電子技術概述（1）基本概念A、在電氣設備或電力被稱為主電B、電力電子器件是指可直接用于處理電能的主電或者控制的電子（2）同微電子一般特征A、能處理電功率的能力，一般都遠大于處理信息的電子B、電力電子一般都工作在開關狀態(tài)。C、電力電子器件往往需要由信息電子電系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或者控制任務的電路路。路中，實現(xiàn)電能的變換器件。器件相比的器件。器件路來控制。第2頁共45頁D、電力電子器件自身的功率損耗遠大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。（3）應用電力電子器件系統(tǒng)組成電力電子器件一般是由控制電路、驅動電路和以電力電子器件為核心的主電路組成一個系統(tǒng)。在主電路和控制電路連接的路徑上，以及主電路與檢測電路的連接上，一般需要進行電氣隔離，而通過其他手段如光、磁等來傳遞信號（4）電力電子器件的分類按照電力電子器件能夠被控制電路信號所控制的程度，可以將電力電子器件分為以下3類:A、不可控型器件——不能用控制信號來控制其通斷。這類器件主要是指晶閘管及其大部分派生器件，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。B、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。主要是電力二極管，器件的導通和關斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。C、全控型器件——通過控制信號既可控制其導通可又控制其關斷，又稱自關斷器件。目前常用的是絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）、電力場效應晶體管（電力MOSFET）和門極可關斷晶閘管（GTO）。第3頁共45頁（1）外形——螺栓型和平板型兩種封裝（2）結構C、反向重復峰值電壓URRM——對電力二極管所能重復施加的反向最高峰值電壓。使用時，應當留有兩倍的裕量D、最高工作結溫TJM——結溫是指管芯PN結的平均溫度，用TJ表示。TJM是指在PN結不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度。TJM通常在125~175C范圍之內。1.3、半控型器件——晶閘管（SCR）和平板型兩種封裝（1）A、外形——螺栓型B、結構第4頁共45頁C、電氣圖形符號（2）導通的條件、關斷的條件A、使晶閘管導通的條件是：晶閘管承受正向陽極電壓，并在門極施加觸發(fā)電流（脈沖）。即uAK>0且uGK>0。其他可能導通的情況，參見（3）誤導通的情況。B、關斷的條件：，可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，即降到維持電流以下，便可使導通的晶閘管關斷。簡單的說就是使通過晶閘管的電流小于維持電流C、使晶閘管關斷方法：a、去掉陽極正向電壓b、給陽極加反向電壓c、降低正向陽極電壓,使通過晶閘管的電流小于維持電流（3）誤導通的情況a、陽極電壓升高至相當高的數值造成雪崩效應dudtb、陽極電壓上升率過高，中間結電容產生位移電流c、結溫較高，漏電流增大d、光觸發(fā)（4）主要參數A、額定電壓UTN通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定第5頁共45頁作者：范興榮電壓。實際選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為實際工作電路中可能承受到的正向阻斷重復峰值電壓UDRM和反向重復峰值電壓URRM的最大峰值電壓,再取2～3倍的安全裕量。B、額定電流I（參見第三部分）T(AV)晶閘管在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。C、維持電流IH維持電流IH是指使晶閘管維持導通所必需的最小電流。一般為幾十到幾百毫安，與結溫有關，結溫越高，則IH越小。D、擎住電流IL擎住電流IL是晶閘管剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導通所需的最小電流。對同一晶閘管來，說通常IL約為IH的2～4倍。E、通態(tài)平均電壓UT(AV)當晶閘管流過正弦半波的額定電流平均值和穩(wěn)定的額定結溫時，元件陽極與陰極之間電壓降的平均值。dudtF、斷態(tài)電壓臨界上升率指在額定結溫和門極開路的情況下，不導致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉換的外加電壓最大上升率。電壓上升率過大，使充電電流足夠大，就會使晶閘管誤導通。didtG、通態(tài)電流臨界上升率指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞。H、額定結溫Tjm晶閘管在正常工作時所允許的最高結溫（器件內部）。（5）派生器件快速晶閘管（FST）—快速晶閘管、高頻晶閘管第6頁共45頁雙向晶閘管（TRIAC）逆導晶閘管（RCT）光控晶閘管（LTT）1.4、全控型器件（1）電力晶優(yōu)點——耐高壓、大電流、開關時間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬體管（GTR，BJT）缺點——二次擊穿、驅動功率大結構及電氣圖形符號：（基極b、集電極c和發(fā)射極e）電力電子電路中GTR工作在開關狀態(tài)工作在截止區(qū)或飽和區(qū)。但開關過程中，即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時，經過放大區(qū)第7頁共45頁（2）電力場效應晶體管(PowerMOSFET)電力場效應晶體管(PowerMOSFET)分為結型和絕緣柵型。通常主要指絕緣柵型場效應晶體管。結型電力場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（SIT）特點——用柵源電壓來控制漏極電流結構及電氣圖形符號：（柵極G、漏極D和源極S）靜態(tài)特性：截止區(qū)（GTR的截止區(qū)）飽和區(qū)（GTR的放大區(qū)）非飽和區(qū)（GTR的飽和區(qū)）電力場效應晶體管(PowerMOSFET)工作在開關狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉換。（3）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）結構及電氣圖形符號：（柵極G、集電極C和發(fā)射極E）第8頁共45頁靜態(tài)特性：正向阻斷區(qū)（GTR的截止區(qū)）有源區(qū)（GTR的放大區(qū)）飽和區(qū)（GTR的飽和區(qū)）IGBT工作在開關狀態(tài)，即在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)之間來回轉換。注：以上全控型器件的輸出特性和主要參數參見P——P21311.5、電力電子器件的驅動驅動電路：GTO和GTR是電流驅動型器件驅動電路：電力MOSFET和IGBT是電壓驅動型器件1.6、晶閘管變流裝置的保護電路電流驅動型器件的電壓驅動型器件的通常有五種保護電路：dudtdi保護、保護和門極保護dt過電流保護、過電壓保護、1.7、緩沖電路緩沖電路又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的過電壓、di過電流和，降低電力電子開關器件的開關應力，將開關過程dtdudt或者軟化，減小器件的開關損耗并對器件給予可靠的保護，維護系統(tǒng)安全運行。緩沖電路可分為關斷緩沖電路、開通緩沖電路和復合緩沖電路。1.8、串聯(lián)與并聯(lián)運行第9頁共45頁晶閘管的串聯(lián)：多個器件串聯(lián)以承擔較大的電壓晶閘管的并聯(lián)：多個器件并聯(lián)來承擔較大的電流注：本節(jié)重點：主電路和電力電子器件的基本概念。電力電子器件的分類和電氣圖形符號。晶閘管、電力晶體管和IGBT的工作原理、開關特性、主要參數以及在選擇和使用中應注意的事項。2、變流技術2.1、交流變直流整流電路（1）單相可控整流電路主要介紹單相橋式全控整流電路基本概念：①控制角α——從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度。②導通角③移相——改變④移相范圍——輸出電壓平均值大于0所對應的⑤換流（換相）——電流從一對橋臂轉換到另外一對橋臂。θ——晶閘管在一個周期中處于通態(tài)的電角度。α的大小，即改變觸發(fā)脈沖出的現(xiàn)時刻。α變化范圍。第10頁共45頁⑥相控變流裝置——通過控制觸發(fā)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，這樣的變流裝置簡稱相控變流裝置。電阻負載電路及波形基本數量關系整流輸出電壓平均值Ud1cos0.9U122U1cosU2Utd(wt)222d22故，α角的移相范圍為0～180oo輸出電流的平均值Idd0.9U1cosIU2RR2d第11頁共45頁流過晶閘管的電流平均值IdTU1cosI1I0.4522R2dTd流過晶閘管的電流有效值IT12U22sintdt1U22R21sin2I2RT晶閘管承受的最大正向電壓UFM2UFMU22晶閘管承受的最大反向電壓URMU2URM2晶閘管的額定電壓UTNU232UTN2晶閘管的額定電流ITAV1.52IIT1.57TAV整流電路的功率因數cos1sin2PI2RcosRSUI222電感性負載第12頁共45頁基本數量關系輸出電壓平均值Ud122Ucos0.9Ucos2UsintdtUd222故的移相范圍為，均為1800o～90o。晶閘管導通角θ與a無關輸出電流平均值IdIUd0.9UcosR2d流過晶閘管的電流平均值IdTI1I0.45Ucos2dTd2流過晶閘管的電流有效值IT1II2Td晶閘管承受的最大正向電壓UFMU2UFM2晶閘管承受的最大反向電壓URMU2URM2第13頁共45頁晶閘管的額定電壓UTAVUTAV232U2晶閘管的額定電流ITAV1.52IIT1.57TAVcos整流電路的功率因數PI2RUIUcosSUIUIUd0.9cosdd22222（2）三相可控整流電路主要介紹三相橋式全控整流電路電阻負載電路及波形第14頁共45頁第15頁共45頁電感負載電路及波形第16頁共45頁第17頁共45頁第18頁共45頁備注：三相橋式全控整流電路接反電動勢阻感負載時，在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算I時有所不同，接反電動勢阻感負載時的I為ddIUE。dRd基本數量關系即600）輸出電壓平均值U（連續(xù)時d第19頁共45頁作者：范興榮2U16Usintd(t)2.34Ucos3d223360帶電阻負載且時，整流電壓平均值U0d6Usintd(t)2.34U1cos(U1)23d233輸出電流平均值IdIUdRd如果是反電勢負載帶平波電抗器，則輸出電流IdIUEdRd其中，R和E分別是負載中的電阻和反電動勢的值。流過晶閘管的電流有效值ITI1I3Td晶閘管承受的最大正向電壓UFMU6UFM2晶閘管承受的最大反向電壓URMU6URM2晶閘管的額定電壓UTAV236UTAV2U三相橋式全控整流電路的特點A、2管同時導通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。B、U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d流電路。（3）有源逆變電路基本概念第20頁共45頁逆變（Invertion）——將直流電能轉變成交流電能，是整流的逆過程路——把直流電能逆變成交流電能的電路。有源逆變——將直流變輸出端與交流電網相連。無源逆變——將直流變。逆變電為交流之后，為交流之后，輸出端與負載相連對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。單相全波電路的整流和逆變產生逆變的條件：第一，要有直流電動勢源，其極性必須和晶閘管的導通方向一致，其值應大于變流電路直流第二，要求晶閘管的控制角僅僅是控制角不同側的平均電壓。U，使d為負值。2逆變和整流的區(qū)別：三相橋構成的有源逆變電路第21頁共45頁三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形基本數量關系：輸出電壓平均值UdU2.34Ucos1.35Ucosd22L輸出直流電流的平均值IdIUE|E||U|dRMMdRd每個晶閘管導通2p/3，故流過晶閘管的電流有效值為：II0.577Id3VTd第22頁共45頁作者：范興榮從交流電源送到直流側負載的有功功率為：PRIEIM2ddd當逆變工作時，由于E為負值，故P為負值，表示功率有直流電源送到交流電源。Md4在三相橋式電路中，每個周期內流經電源的線電流的導通角為，是每個晶閘管導通32角的兩倍。故變壓器二次側線電流的有效值為：32I2II0.816I32VTdd逆變失?。孀冾嵏玻┑母拍钅孀冞\行時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內阻很小，形成很大的短路電流。這種情況下稱為逆變失敗或稱為逆變顛覆。逆變時允許采用的最小βmin角應等于min其中，δ為晶閘管的關斷時間tq折合的電角度,γ為換相重角疊,θ’為安全裕量角。晶閘管的關斷時間tq可達200～300μs，折算成電角度δ約為4°～5°。而重角疊γ是隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。（4）相控變流裝置的觸發(fā)電路注：本節(jié)重點：重點掌握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；重點掌握產生有源逆變的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計算2.2、直流變直流直流斬波電路（DCChopper）、逆變失敗及最小逆變角的限制。直流斬波電路的功能：將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{電壓的直流電，也為直流—直流變換器（DC/DCConverter）。直流斬波電路一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡话ㄖ绷鳌涣鳌绷?。?3頁共45頁電路種類:6種基本斬波電路：降壓（BUCK）斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路（1）斬波控制原理、升壓（BOOST）斬波電路、升降壓斬波電路。最基本的斬波電路及其波形工作周期Tttonoff導通比(工作輸出電壓平均值為輸出電壓有效值為率、占空比）tonT1onudttonE0EtU0TT011EUTudt220T0若認為斬波器是無損的，則輸入功率應與輸出功率相等，即1Tuidt1RE2Ru20dtTPiT0T00第24頁共45頁從直流電源側看的等效電阻為REEREiI0R根據對輸出電壓平均值進行調制的方式不同，斬波電路可有三種控制方式：A、保持開關導通周期T不變，調或脈沖調寬型。B、保持開關導通時間t不變，節(jié)開關導通時間t稱為脈沖寬度調制（PWM）on改變開關周期T，稱為頻率調制或調頻型。onC、t和T都可調，使占空比改變，稱為混合型。on（2）BUCK斬波電路電流連續(xù)時的波形電流斷續(xù)時的波形數量關系電流連續(xù)第25頁共45頁負載電壓平均值：tontttEonEETUoonoff負載電流平均值：IUEoMRo電流斷續(xù)，U被抬高，一般不希望出現(xiàn)o（3）BOOST斬波電路BOOST斬波電路的波形數量關系：穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：EIt(UE)It1off1onottontoff即UoffETEtoffoT升壓比，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路1。tofft升壓比的倒數記作，即offT第26頁共45頁1和a的關系：11EE故，Uo1注：升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關鍵有兩個原因：一是電感L儲能之后具有使電壓泵升的作用；C可將輸出電壓保持住量僅由負載R消耗，即：二是電容。如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能EIUI1oo輸出電流的平均值Io為：1ERIUoRo電源電流的平均值I1為：1EIUoI2R1Eo（4）復合斬波電路復合斬波電路——降壓斬波電路和升壓斬波電路組合電流可逆斬波電路及其波形：注：第27頁共45頁本節(jié)重點：理解降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理，掌握這兩種電路的電路結構、輸入輸出關系、工作特點以及基本計算（α、T、U）。o2.3、交流變交流交流—交流變流電路：把一種形式的交流電變成另一種形式交流電的電路（AC-AC變換電路）。在AC-AC變換電路中，可以改變相關的電壓、電流、頻率和相數等。只改變電壓、電流或對電路的通斷進行控制，而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路改變頻率的電路稱為變頻電路。變頻電路有交交變頻電路和交直交變頻電路兩種形式。交交變頻電路是直接把一種頻率的交流變成另一種頻率或可變頻率的交流，也稱為直接變頻電路。交直交變頻電路是先把交流整流成直流，再把直流逆變成另一種頻率或可變頻率的交流，這種通過直流中間環(huán)節(jié)的變頻電路也稱為間接變頻電路。圖形描述如下：（1）交流調壓電路電阻負載單相交流調壓電路及其波形第28頁共45頁原理——兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管開通相位的控制就可調節(jié)輸出電壓的有效值。阻感負載單相交流調壓電路及其波形（2）交流調功電路調功電路與調壓電路的比較：相同點：電路形式完全相同不同點：控制方式不同交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周期（過零觸發(fā)）,再斷開幾個周期,通過通斷周波數的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率（2）交交變頻電路交交變頻電路是把電網頻率的交流電直接變換成可調頻率的交流電的變流電路。注：本節(jié)重點：移相調壓和調功電路原理2.4、直流變交流逆變電路（1）基本概念逆變的概念逆變——與整流相對應，將直流電變成交流電。交流側接電網，為有源逆變。交流側接負載，為無源逆變。逆變與變頻變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。第30頁共45頁交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。（3）逆變器基本工作原理逆變電路及波形逆變電路最基本的工作原理——改變兩組開關切換頻率，可改變輸出交流電頻率。改變輸入直流電平的大小可改變交流電的幅值。（3）換流方式換流：變流電路在工作過程中不斷發(fā)生電流從一個支路向另一個支路轉移，這就是換流?？偣灿兴姆N換流方式器件換流Devicecommutation利用全控型器件的自關斷能力進行換流。在采用IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。電網換流Linecommutation電網提供換流電壓的換流方式。將負的電網電壓施加在欲關斷的晶閘管上即可使其關斷。不需要器件具有門極可關斷能力，但不適用于沒有交流電網的無源逆變電路。負載換流Loadcommutation由負載提供換流電壓的換流方式。負載電流的相位超前于負載電壓的場，合都第31頁共45頁可實現(xiàn)負載換流，即電容性負載都可實現(xiàn)負載換流。強迫換流Forcedcommutation設置附加的換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反壓或反電流的換流方式稱為強迫換流。通常利用附加電容上所儲存的能量來實現(xiàn)，因此也稱為電容換流。（4）電壓型逆變電路直流側是電壓源的稱為電壓型逆變電路直流側是電流源的稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的特點：A、直流側為電壓源或B、輸出電壓為C、阻感負載通道，逆變并聯(lián)大電容，直流側電壓基本無脈動。矩形波，輸出電流因負載阻抗不同而不同。時需提供無功功率。為了給交流側向直流側反饋的無功能量提供橋各臂并聯(lián)反饋二極管。單相全橋逆變電路的移相調壓方式三相電壓型逆變電路電路及波形第32頁共45頁基本工作方式——180°導電方式A、每個橋臂導電180°，同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度相差120°。B、任一瞬間有三個橋臂同時導通。C、每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流。本節(jié)重點：基本概念、換流方式、單相全橋電壓型無源逆變電路、三相電壓型逆變電路（180o導電方式）工作原理與波形分析3、控制技術PWM控制技術（1）基本概念、PWM控制的基本原理第33頁共45頁（2）PWM逆變電路及其控制方法PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實際應用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。產生PWM波形的常用方法——計算法、調制法和跟蹤控制法調制法:結合IGBT單相橋式電壓型逆變電路進行說明,把希望輸出的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波。單極性PWM控制方式波形雙極性PWM控制方式第34頁共45頁晶閘管額定電流涉及的兩個問題工頻正弦半波電流平均值、電流有效值I和電流最大值I三者的關系：IT(AV)Tm單相工頻半波電流1I(Isint)2d(t)Im22Tm0第35頁共45頁作者：范興榮1Isintd(t)ImI2T(AV)m0各種有直流分量的電流波形，其電流波形的有效值I與平均值I之比，稱為這種電流的d波形系數，用Kf表示。因此，正弦半波電流的波形系數為：IKf1.57TI2T(AV)兩類問題：（1）計算與選擇晶閘管的額定電流（2）校核或確定晶閘管的通流能力（1）計算與選擇晶閘管的額定電流——已知晶閘管的實際工作條件（包括流過的電流波形、幅值等），確定所要選用的晶閘管額定電流值。方法：首先從題目的已知條件中，找出實際通過晶閘管的電流波形或有關參數（如電流幅值、觸發(fā)角等），據此算出通過晶閘管的實際電流有效值I，考慮（1.5~2）倍的安全裕量，算得T額定電流為:I(1.5~2)IT1.57T(AV)再根據I值選擇相近電流系列的晶閘管。T(AV)（2）校核或確定晶閘管的通流能力——已知晶閘管的額定電流，根據實際工作情況，計算晶閘管允許通過的電流平均值。方法：由已知晶閘管的額定電流，計算出該管子允許通過的電流有效值。根據實際電流波形求出電流波形系數，算得晶閘管允許的實際電流平均值為:I1.57Id/KT(AV)f習題解析第36頁共45頁第37頁共45頁第38頁共45頁第39頁共45頁第40頁共45頁解答題要覽1．簡述圖3-1a所示的降壓斬波電路工作原理。答：降壓斬波器的原理是：在一個控制周期中，讓V導通一段時間t，由電源onE向L、t，此時電R、M供電，在此期間，u＝E。然后使V關斷一段時間感L通過二極管VD向oofftonttR和M供電，u＝0。一個周期內的U平均電壓oE。輸出電壓小于電源電壓，oonoff起到降壓的作用。2、簡述圖3-2a所示感L值很大，電容C值也很大。當V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，流基本恒定為I，同時電容C上的電壓向負載R供電，因C值很大，為t。此階段電感L上積蓄的能量為EIt。當V處于斷升壓斬波電路的基本工作原理。答：假設電路中電充電電基本保持輸出電壓1為恒值U。設V處于通態(tài)的時間on01on第41頁共45頁態(tài)時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。設V處于斷態(tài)的時間為t，則在此期間電off(UE)It。當電路工作于穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與感L釋放的能量為01off釋放的能量相等，即：EIt(UE)It1on01off化簡得：ttontTU0offEEtoffoffT式中的1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路。toff3、交流調壓電路和交流調功電路有什么區(qū)別？二者各運用于什么樣的負載？為什么？答：交流調壓電路和交流調功電路的電路形式完全相同，二者的區(qū)別在于控制方式不同。交流調壓電路是在交流電源的每個周期對輸出電壓波形進行控制。而交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數與斷開周波數的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。交流調壓電路廣泛用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟起動，用電系統(tǒng)中，還常用于對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高電大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路器一次電壓。如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調壓電路在器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在器二次側只要用二極管整流就可以了。這體積小、成本低、易于設計制造。交流調功電路常用于電爐溫度這樣時間常數很大的控制對象。由于控制對象的時間常數大，沒有必要對交流電源的每個周期進行頻繁控制。4、簡述無源逆變電路和逆變電路點：答：兩種電路的不同主要是：逆變電路的交流側接電網，即交流側接有電源。也用于異步電動機調速。在供壓小電流或低電壓調節(jié)變壓大變壓變壓樣的電路有源不同有源而無源逆變電路的交流側直接和負載聯(lián)接。5、換流方式各有那幾種？各有什么特點？答：換流方式有4種：器件換流：利用全控器件的自關斷能力進行換流。全控型器件采用此換流方式。第42頁共45頁作者：范興榮電網換流：由電網提供換流電壓，只要把負的電網電壓加在欲換流的器件上即可。負載換流：由負載提供換流電壓，當負載為電容性負載即負載電流超前于負載電壓時，可實現(xiàn)負載換流。強迫換流：設置附加換流電路，給欲關斷的晶閘管強迫施加反向電壓換流稱為強迫換流。通常是利用附加電容上的能量實現(xiàn)，也稱電容換流。晶閘管電路不能采用器件換流，根據電路形式的不同采用電網換流、負載換流和強迫。換流3種方式。6、什么是電壓型逆變電路？什么是電流型逆變電路？二者各有什么特點。答：按照逆變電路直流測電源性質分類，直流側是電壓源的稱為逆變電路稱為電壓型逆變電路，直流側是電流源的逆變電路稱為電流型逆變電路電壓型逆變電路的主要特點是：①直流側為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。②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，并且與負載阻抗角波形和相位負因載阻抗情況的不同阻感負載時需要提供無功功率，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，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極無關。而交流側輸出電流而不同。③當交流側為管。電流型逆變電路的主要特點是：①直流側串聯(lián)有大電感，相當于電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側波形和相位則因負載阻抗情況的不同②電路中開關器件的作用輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓而不同。③當交流側為反饋無功能量時直流電流極管。7、簡述PWM控制的基本原理：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。為因開關器件反并不反向，因