電力電子技術教學大綱

泰州學院

教案

2023?2023學年第二學期

Q學院（系、部）_______________________________

教研室（試驗室）電氣工程教研室

課程名稱電力電子技術

授課班級_______________________________

主講教師_______________________________

職稱_______________________________

使用教材《電力電子技術》王兆安主編

OXXXXXXX

二。一七年一月

電力電子技術課程教案

第1講

課程類別理論則實訓課口試驗課口習題課口其他口2

女外

講課題目

1緒論

教學目的、規(guī)定

1.掌握電力電子技術的基本概念、學科地位、基本內容；

2.理解電力電子技術的發(fā)展史；

3.理解電力電子技術口勺應用、電力電子技術的發(fā)展前景；

4.理解本教材的內容。

教學重點及難點

重點：電力電子器件的分類，電能的4種變換形式。

難點：無

措施及手

教學過程

段

導入：電力電子技術的應用案例。多媒體

新授：

1基本概念

1.1什么是電力電子技術

舉例講解

電力電子技術：使用電力電子器件對電能進行變換和控制的1技術目前電力電子器

件均用半導體制成，故也稱電力半導體器件。電力電子技術變換的“電力”可大到數(shù)百

MW甚至GW,也可小到數(shù)W甚至mW級。

電子技術一般即指信息電子技術，廣義而言，也包括電力電子技術。

1.2兩大分支

（1）電力電子器件制造技術

電力電子技術的基礎，理論基礎是半導體物理。

（2）變流技術（電力電子器件應用技術）

用電力電子器件構成電力變換電路和對其進行控制的技術，以及構成電力電子裝

置和電力電子系統(tǒng)的技術。電力電子技術的J關鍵，理論基礎是電路理論。

電力變換四大類：交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流

1.3與有關學科的關系

>電力電子學（PowerEleclronics）名稱60年代出現(xiàn)；

>1974年，美國B勺WNewcll用倒三角形對電力電子學進行了描述，被全世界普

遍接受。

（1）與電子學（信息電子學）的關系

>都分為器件和應用兩大分支；

>器件的材料、工藝基本相似，采用微電子技術：

>應用的理論基礎、分析措施、分析軟件也基本相似；

>信息電子電路H勺器件可工作在開關狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)；電力電子電

路的器件一般只工作在開關狀態(tài)；

（2）與電力學（電氣工程）的關系

>電力電子技術廣泛用于電氣工程中：高壓直流輸電、靜止無功賠償、電力機

車牽引、交直流電力傳、電解、電鍍、電加熱、高性能交直流電源；

>國內外均把電力電子技術歸為電氣工程的一種分支，電力電子技術是電氣工

程學科中最為活躍的一種分支。

<3）與控制理論（自動化技術）的關系

>電力電子技術是弱電控制強電的I技術，是弱電和強電時接口；控制理論是這

種接口的有力紐帶；

>電力電子裝置是自動化技術的基礎元件和重要支撐技術。

（4）地位和未來

電力電子技術和運動控制一起，和計算機技術共同成為未來科學技術的兩大支柱。

電力電子技術是一門嶄新日勺技術，二十一世紀仍將以迅猛的速度發(fā)展。

2電力電子技術的發(fā)展史

>一般工業(yè)：交直流電機、電化學工業(yè)、冶金工業(yè)；

>交通運送：電氣化鐵道、電動汽車、航空、航海；

>電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功賠償；

>電子裝置電源：為信息電子裝置提供動力；

>家用電器：“節(jié)能燈”、變頻空調；

>其他：UPS、航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置。

3電力電子技術的應用

>電源技術：電力電子裝置提供應負載H勺是多種不一樣的電源；

>節(jié)能技術：電力電子技術對節(jié)省電能有重要意義，尤其在大型風機、水泵采

用變頻調速，在使用量十分龐大啊照明電源等方血。

作業(yè)和思索題:

教學反思:

電力電子技術課程教案

第2講

課程類別理論課實訓課口試驗課口習題課口其他口2

N女拜

講課題目

2.1電力電子器件概述

2.2不控型器件一電力二極管

教學目的、規(guī)定

1.掌握電力電子器件的概念和特性；

2.熟悉應用電力電子器件日勺系統(tǒng)構成；

3.理解電力電子器件的分類；

4.掌握電力二極管的工作特性。

教學重點及難點

重點：器件的工作原理、基本特性、重要參數(shù)以及選擇和使用中應注意的某些問題。

難點：基本特性及電力電子器件的1兩個基本規(guī)定。

措施及手

教學過程

段

導入：

復習回憶。

新授：

1.1電力電子器件概述

1.1.1電力電子器件的概念和特性

>主電路(MainPowerCircuit)——電氣設備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的

變換或控制任務的電路。

>電力電子器件(PowerElectronicDevice)-----可直接用于處理電能日勺主電路

中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。

>廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導體器件兩類。

>兩類中，自20世紀50年代以來，真空管僅在頻率很高(如微波)口勺大功率

高頻電源中還在使用，而電力半導體器件已取代了汞弧整流器(MercuryArc

Rectifier),閘流管(Thyratron)等電真空器件，成為絕對主力。因此，電力

電子器件目前也往往專指電力半導體器件。

>電力半導體器件所采用H勺重要材料仍然是硅。

>同處理信息的電子器件相比，電力電子器件H勺一般特性：

1)處理電功率日勺能力小至亳瓦級，大至兆瓦級；

2)電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)；

3)電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制；

4)不僅在器件封裝二講究散熱設計，在其工作時一般都要安裝散熱器。

1.1.2應用電力電子器件的系統(tǒng)構成

電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅動電路和以電力電子器件為關鍵的主電路構成。

A按照器件可以被控制電路信號所控制日勺程度，分為如下三類：

A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，如晶閘管；

A全控型器件；通過控制信號既可控制其導通又可控制其美斷，又稱自關斷器件，

包括絕緣柵雙極晶體管IGBT、電力場效應晶體管MOSFET以及門極可關斷晶閘管GTO；

A不可控器件：不能用控制信號來控制其通斷，因此也就不需要驅動電路，如電

力二極管。

（2）按照驅動電路加在器件控制端和公共端之間信號的性質，分為兩類：

A電流驅動型：通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導通或者關斷的控制；

》電壓驅動型：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(xiàn)導通

或者關斷的控制。

（3）按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的狀況分為三類：

》單極型器件：山一種載流于參與導電的器件；

A雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件；

》復合型器件：由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。

1.2不可控器件一電力二極管

1.2.1PN結與電力二極管的工作原理

PN結的單向導電性：二極管的基本原理就在于PN結的單向導電性這?重要特性。

導致電力二極管和信息電子電路中的一般二極管區(qū)別的某些原因：

A正向導通時要流過很大日勺電流；

A引線和焊接電阻的壓降等均有明顯的影響；

?承受的J電流變化率d〃dz較大；

A為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也導致正向壓降較大。

1.2.2電力二極管H勺基木特性

（1）靜態(tài)特性：伏安特性

當電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓So），正向電流才開始明顯

增長，處在穩(wěn)定導通狀態(tài)。與正向電流丘對應的J電力二極管兩端日勺電壓3即為其正向電

壓降。當電力一極管承受反向電壓時,只有少子引起的微小而數(shù)值恒定II勺反向漏電流。

（2）動態(tài)特性：因結電容日勺存在，三種狀態(tài)之間的轉換必然有一種過渡過程，此過程

中的電壓一電流特性是隨時間變化口勺。

（3）開關特性：反應通態(tài)和斷態(tài)之間的轉換過程。

電力二極管口勺正向壓降先出現(xiàn)一種過沖UFP，通過一段時間才趨于靠近穩(wěn)態(tài)壓降的

某個值（如2V）o這一動態(tài)過程時間被稱為正向恢復時間"尸

1.2.3電力二極管的重要參數(shù)

（1）正向平均電流，F(xiàn)（AV）

在指定的管殼溫度（簡稱克溫，用化表達）和散熱條件下，其容許流過日勺最大工

頻正弦半波電流H勺平均值。

（2）正向壓降UF

指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應的正向壓降。

（3）反向反復峰值電壓URRM

指對電力二極管所能反復施加口勺反向最高峰值電壓，一般是其雪崩擊穿電壓UB的

2/3,使用時，往往按照電路中電力二極管也許承受的反向最高峰值電壓的兩倍來選定。

（4）最高工作結溫7）M

結溫是指管芯PN結的平均溫度，川7）表達，最高工作結溫7加是指在PN結不致?lián)p壞

的前提下所能承受的最高平均溫度，TKi一般在125-175笛范圍之內。

（5）反向恢復時間加

5=加+"，關斷過程中，電流降到0起到恢復反向阻斷能力止的時間。

（6）浪涌電流/FSM

指電力二極管所能承受最大II勺持續(xù)一種或幾種工頻周期的過電流。

1.2.4電力二極管的重要類型

A—?般二極管（GeneralPurposeDiode）

A快恢復二極管（FastRecoveryDiode—FRD）

A肖特基二極管

作業(yè)和思索題:

教學反思:

電力電子技術課程教案

第3講

課程類別理論課實訓課口試驗課口習題課口其他口2

N女拜

講課題目

2.3半控型器件一品閘管

教學目的、規(guī)定

1.掌握晶閘管的工作原理、參數(shù)確實定和型號的選擇，熟悉其基本特性，理解晶閘管的派生器件；

2.熟悉可關斷晶閘管（GTO）的構造和工作原理，理解有關特性和參數(shù)。

教學重點及難點

重點：晶閘管的額定電流、額定電壓參數(shù)，品閘管的額定電流計算，GTO的工作原理；

難點：晶閘管口勺額定電流計算和型號選擇，幾種重要參數(shù)日勺理解；

措施及手

教學過程

段

導入；多媒體、

復習回憶：舉例

I.二極管的導通原理是什么？錄像

2.功率二極管的額定電流怎樣計算？

3.功率二極管的伏安特性相比較有什么特點？

新授：

1.3半控型器件一晶閘管

晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管,又稱可控硅整流器（SiliconControlled

Rectifier——SCR）,1956年美國貝爾試驗室（BellLab）發(fā)明了晶閘管，1957年美國通

用電氣企業(yè)（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產品，1958年商業(yè)化，開辟了電力電子技術迅

速發(fā)展和廣泛應用的嶄新時代，20世紀80年代以來，開始被性能更好的全控型器件取

代，能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量口勺場所具有重要地位。

晶閘管的構造與工作原理

下外形有螺栓型和平板型兩種封裝，

》引出陽極A、陰極K和門極（控制端）G三個聯(lián)接端，

＞對于螺栓型封裝，一般螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝以便，平板型

封裝的晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間。

M)b)c)

工作原理：

Ici=aiIA+ICBOI:Iu2=a2k+ICBO2：

IK=IA+IG：IA=ICI+IC2O

a）b）

＞式中和分別是晶體管V|和V2/、J共基極電流增益；，CBO1和，CBO2分別是V］和V?

口勺共基極漏電流”由以上式（1-1）-（1-4）可得

I_%,G+/CBO1+‘CBO2

41一（q+%）

》晶體管H勺特性是:在低發(fā)射極電流下a是很小的，而當發(fā)射極電流建立起來之后，

a迅速增大。

》阻斷狀態(tài)：50,0+痣很小，流過晶閘管的漏電流稍不小于兩個晶體管漏電流

之和。

A開通（門極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致內+⑦趨近于1

n勺話，流過晶閘管口勺電流〃（陽極電流）將趨近丁?無窮大，實現(xiàn)飽和導通。人實際由外

電路決定。

其他幾種也許導通的狀況：

A陽極電壓升高至相稱高口勺數(shù)值導致雪崩效應；

A陽極電壓上升率d〃處過高；

A結溫較高；

A光直接照射硅片，即光觸發(fā)。光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕

緣而應用于高壓電力設備中之外，其他都因不易控制而難以應用于實踐，稱為光控晶

閘管（LighlTriggeredThyristorLTT）

下只有門極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段。

晶閘管正常工作時的特性總結：

A承受反向電壓時，不管門極與否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導通；

A承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流日勺狀況下晶閘管才能開通；

A晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用。

要使要閘管關斷，只能使晶閘管H勺電流降到靠近于零H勺某?數(shù)值如下。

晶閘管的基本特性

（1）正向特性

/G=0時，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)；正

向電壓超過正向轉折電壓Ug,則漏電流急劇增大，器件開通；伴隨門極電流幅值的增

大，正向轉折電壓減少。

（2）反向特性。

反向阻斷狀態(tài)時，只有極小的反向漏電流流過；當反向電壓到達反向擊穿電壓后，

也許導致晶閘管發(fā)熱損壞。

晶閘管的重要參數(shù)

1）斷態(tài)反復峰值電壓UDRM

在門極斷路而結溫為額定值時，容許反復加在器件I：日勺正向峰值電壓。

2）反向反復峰值電壓URRM

在門極斷路而結溫為額定值時，容許反復加在器件上U勺反向峰值電壓。

3）通態(tài)（峰值）電壓UT

——晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。

A一般取晶閘管『'JUDRM和URRM中較小H勺標值作為該器件日勺額定電壓；

A選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2?3倍。

4）維持電流IH：使晶閘管維持導通所必需的最小電流。

5）擎住電流II：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，一般h約為IH"勺2?4倍。

6）浪涌電流ITSM：指由「電路異常狀況引起的并使結溫超過額定結溫H勺不反復性最

大正向過載電流。

7）通態(tài)平均電流IT（AV）

使用時應按實際電流與通態(tài)平均電流所導致的發(fā)熱效應相等，即有效值相等的原

則來選用晶閘管。應留一定的裕量，一般取1.5?2倍。

作業(yè)和思索題：P42習題4、5

教學反思；

電力電子技術課程教案

第4講

課時

課程類別理論課N實訓課口試驗課口習題課口其他口2

安排

講課題目

2.4經典全控型器件

教學目的、規(guī)定

1.熟悉可關斷晶閘管（GTO）的構造和工作原理，理解有關特性和參數(shù)；

2.熟悉電力晶體管（GTR）、功率場效應晶體管（P-MOSFET）的J構造和工作原理。

教學重點及難點

重點：熟悉GTR、P-MOSFET,絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的構造及其工作原理；

難點：上述多種器件的導通和關斷過程分析。

措施及手

教學過程

段

導入：多媒體

復習回憶：

1.晶閘管的額定電流怎樣計算？2.晶閘管的重要參數(shù)有哪些？3、與一般晶閘管

相比較，對GTO日勺構造、工作原理進行比較分析。

新授：舉例講解

1.4經典全控型器件

門極可關斷晶閘管（GTO）在20世紀80年代問世，是晶閘管的一種派生器件，標

志電力電子技術進入了一種嶄新時代，經典代表包括門極可關斷晶閘管、電力晶體管、

電力場效應晶體管、絕緣柵雙極晶體管。

門極可關斷晶閘管

（1）重要特點：

A可以通過在門極施加負口勺脈沖電流使其關斷

AGTO的電壓、電流容量較大。

（2）構造：（與一般晶閘管相比）

》相似點：PNPN四層半導體構造，外部引出陽極、陰極和門極。

?不一樣點：GTO是一種多元的J功率集成器件。

（3）工作原理：一般晶閘管同樣，可以用圖所示的雙晶體管模型來分析。

電力晶體管

A電力晶體管（GiantTransistor—GTR,直譯為巨型晶體管）；

A耐高電壓、大電流H勺雙極結型晶體管（BipolarJunctionTransistor----BJT）,英

文有時候也稱為PowerBJTo

A應用：20世紀80年代以來，在中、小功率范圍內取代晶間管，但目前又大多被IGBT

和電力MOSFET取代。

1.GTRI向構造和工作原理

(1)靜態(tài)特性

A共發(fā)射極接法時的經典輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū);

A在電力電子電路中GTR工作在開關狀態(tài)；

(2)動態(tài)特性

A開通過程：延遲時間la和上升時間。，兩者之和為開通時間

?關斷過程：儲存時間&和下降時間tf,兩者之和為關斷時間。

GTR的開關時間在幾微秒以內，比晶閘管和GTO都短諸多。

(3)參數(shù)

1)最高工作電壓

AGTR上電壓超過規(guī)定值時會發(fā)生擊穿；

?擊穿電壓不僅和晶體管自身特性有關，還與外電路接法有關；

xBUcbo>BUcex>BUc?>BUCCr>Blkw。

2)集電極最大耗散功率PcM

A最高工作溫度下容許日勺耗散功率。

》一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時，k迅速增大，只要Ic不超過程度，GTR

一般不會損壞，工作特性也不變。

?二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時，Ic忽然急劇上升，電壓隧然下降，常常立即導致器

件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。

電力場效應晶體管

一般重要指絕緣柵型中歐1Mos型(MelalOxideSemiconductorFET),簡稱電力

MOSFET(PowerMOSFET)。

構造

DD

J

^

J二-

IA

I

-G」-

S

s

道

研p沏

N-

a)b)

截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零；

P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成H勺PN結L反偏，漏源極之間無電流流過。

導電：在柵源極間加正電壓UGS

當UGS不小于UT時，P型半導體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝

道而使PN結Ji消失，漏極和源極導電。

(2)特性

》漏極電流ID和柵源間電壓UGSH勺關系稱為MOSFETH勺轉移特性。

AID較大時,ID與UGS的關系近似線性,曲線的斜率定義為跨導Gf3.

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）

（I）構造和工作原理

》三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E；

AN溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT：

AIGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強的J通流能力；

A簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET構成的達林頓構造，一種由MOSFET

驅動的厚基區(qū)PNP晶體管；

>RN為晶體管基區(qū)內的調制電阻。

A驅動原理與電力MOSFET基本相似，場控器件通斷由柵射極電壓UGE決定：

導通：UGE不小于啟動電壓UGW）時，MOSFET內形成溝道，為晶體管提供基極電

流，IGBT導通；

通態(tài)壓降：電導調制效應使電阻RN減小，使通態(tài)壓降戒小；

關斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內的溝道消失，晶體管的基極

電流被切斷，IGBT關斷。

（2）基本特性

作業(yè)和思索題;

教學反思:

電力電子技術課程教案

第5講

課程類別理論課實訓課口試驗課口習題課口其他口2

N女拜

講課題目

3.1單相可控整流電路

教學目的、規(guī)定

1.掌握單相半波可控整流電路的電路構造、工作原理、波形分析、數(shù)量關系；

2.掌握不一樣負載時，單相橋式全控整流電路的構造、工作原理、波形分析和數(shù)量關系。

教學重點及難點

重點：1.掌握單相半波可控整流電路的工作原理、波形分析和數(shù)最關系；

2.掌握單相橋式全控整流電路的工作原理、波形分析和數(shù)量關系；

難點：1.單相半波可控整流電路的工作原理、波形分析。

2.單相橋式全控整流電路的工作原理、波形分析。

措施及手

教學過程

段

導入；多媒體

復習回憶：

新授：

2.1單相可控整流電路

單相半波可控整流電路（電阻負載）

舉例講解

》變壓器T起變換電壓和電氣隔離H勺作用；

A電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相似:

A基本數(shù)量關系：

Ud=—jV2f/2sin(otd(cot)=-(1+cosa)=0.45U2

VTH勺移相范圍為180。，通過控制觸發(fā)脈沖歐I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。

觸發(fā)延遲角：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，用a

表達，也稱觸發(fā)角或控制角。

導通角：晶閘管在一種電源周期中處在通態(tài)H勺電角度，用。表達。

2.1.2單相半波可控整流電路（阻感負載）

（1）特點:

A電感對電流變化有抗拒作用.使得流過電感的電流不發(fā)生突變：

AVT的移相范圍為180。；

A簡樸，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，導致變壓器鐵芯直流

磁化。

（2）討論負載阻抗角0、觸發(fā)角a、晶閘管導通角。的關系。

?當9過零變負時，VDR導通，ud為零，VT承受反壓關斷；

AL儲存日勺能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程?般稱為續(xù)流，數(shù)量

關系（id近似恒為h）：

7F4-6Z

IdVDR

2兀

2.1.3單相橋式全控整流電路

1.帶電阻負載的工作狀況

b)

M'W0

C)_

04

III⑼

d)

(1)工作原理及波形分析

AVT1和VT4構成一對橋臂，在U2正半周承受電壓u2,得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2

過零時關斷。

AVT2和VT3構成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓川2,得到觸發(fā)脈沖即導通，

當u2過零時關斷。

(2)數(shù)量關系

2y[2U1+cosa

(21+costz

Ua=—^\[2U2sinotd(cot)=0.9U,

式22

>a的移相范圍為180。。

A向負載輸出的平均電流值為:

U2Cu>1+costzU、1+coscr

，d=d

--------=------------------二-------------------------0.9—------------------

R7rR2R2

A流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的二分之一，即:

U21+COS6Z

—/=0.45

dVT2dR2

A流過晶閘管的電流有效值:

技A.、2々、U、7i-a

-------^smw)-d(m)=1—sin2a-+

R叵R7171

A變壓器二次測電流有效值L與輸出直流電流I有效值相等:

2.帶阻感負載的I工作狀況

（I）工作原理及波形分析

A假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id^l平均值不變；

》假設負載電感很大，負載電流id持續(xù)且波形近似為一水平線；

UA=—j^°\/2U2sincoid（（ot）=^^-U2cosa=0.9U2cosa

（2）數(shù)量關系

A晶閘管移相范圍為90。。

A晶閘管導通用。與a無關，均為180。。電流的平均值和有效值:

=0.707/

9d

作業(yè)和思索題：P97習題1、3

教學反思:

電力電子技術課程教案

第6講

課時

課程類別理論課N實訓課口試驗課口習題深口其他口2

安排

講課題目

3.2三相可控整流電路（三相半波可控整流電路）

教學目的、規(guī)定

1.掌握三相半波可控整流電路的電路構造、工作原理、波形分析?、數(shù)量關系。

教學重點及難點

重點：工作原理、輸出電壓波形、晶閘管電壓波形分析；

難點：三相可控整流電路時，強調自然換流點、觸發(fā)脈沖移相范圍、臨界持續(xù)點等概念。

措施及手

教學過程

段

導入：多媒體

復習回憶：

新授：

2.2三相可控整流電路

舉例講解

A交流測由三相電源供電。

A負載容量較大，或規(guī)定直流電壓脈動較小、輕易濾波“

A基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應用最廣。

T

叫

叫

三相半控整流電路

1.電阻性負載

（1）電路特點

A變壓器二次側接成星形得到零線，而一次側接成三角形防止3次諧波流入電網(wǎng)。

A三個晶閘管分別接入a、b、c三相電以3其陰極埼二接在一一起一共陰極接法。

（2）自然換相點

二極管換相時刻為自然換相點，是各在1晶閘管能蒯!發(fā)導追卅、J最早時刻，將其作為

計算各晶閘管觸發(fā)角a的起點，即。=0。。

(3)整流電壓平均值口勺計算

AaW30。時，負載電流持續(xù)，有:

13疾

Ud=互叵U、sincjt)td(cot)='、U、cosa=1.17U,cosa

2%

3

》〃>30。時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有:

3叵v2TC

U.=1一■V2/7,sin①id(①I)------(7JI+cos(—Fa)=0.6751+cos6+a)

女J丁2萬66

3

(4)負載電流平均值為

(5)晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即

r

%=V2XCU?=V6C2=2.45心

(6)晶閘管陽極與陰極間FI勺最大正向電壓等于變壓器二次相電壓R勺峰值，即

=J2U2

2.電阻性負載

%町

d

R

（1）特點：阻感負載，L值很大，id波形基本平直。

A4W30。時：整流電壓波形與電阻負載時相似。

A>30。時（如〃=60。時時波形如圖2-16所示）。

下〃2過零時，VT1不關斷，直到VT21內脈沖到來，才換流，——〃d波形中出現(xiàn)負的

部分。

Aid波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。

A阻感負載時時移相范圍為90。。

（2）數(shù)量關系

4=4。=1.17力

A變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為

G嘖「0577￡

A晶閘管的I額定電流為

’VT（AV）=]—0.368/d

A?/

A晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值

UFM=URM=2.45%

作業(yè)和思索題：P97習題7

教學反思:

電力電子技術課程教案

第7講

課時

課程類別理論課N實訓課口試驗課口習題涕口其他口

安排

講課題目

3.2三相可控整流電路（三相橋式全控整流電路）

教學目的、規(guī)定

1.掌握三相橋式全控整流電路的電路構造、工作原理、波形分析、數(shù)量關系。

教學重點及難點

重點：工作原理、輸出電壓波形、晶閘管電壓波形分析；

難點：三相可控整流電路時，強調自然換流點、觸發(fā)脈沖移相范圍、臨界持續(xù)點等概念。

教學過程

導入：多媒體

復習回憶：

新授：

2.2.2三相全控整流電路

三相橋是應用最為廣泛的整流電路。舉例講解

ft

2砸

i.帶電阻負載時的工作狀況

A當aW60。時，ud波形均持續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀同樣，也持續(xù)。

a=0°：

也

81

st

(Ot

A當a>60。時，ud波形每60。中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值波形圖:

a=90°：

帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角R勺移相范圍是120°

對觸發(fā)脈沖的規(guī)定：

/

>?VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT60'J次序，相位依次差6()。；

A共陰極組VT|、VT3、VT5的脈沖依次差120。，共陽極組VTj、VTs、VT?也依次差

120°；同一相的上下兩個橋臂,即V，與VT4,VT3與VT6,VTs與VTz，脈沖相差180。；

Aud一周期脈動6次，每次脈動的波形都同樣，故該電路為6脈波整流電路；

A需保證同步導通的2個晶閘管均有脈沖。

2.阻感負載時的|工作狀況

(1)aW60。時

波形持續(xù)，工作狀況與帶電阻負載時十分相似。各晶閘管的通斷狀況、輸出

整流電壓〃d波形、晶閘管承受的電壓波形。

A區(qū)別在于：得到口勺負載電流id波形不一樣。當電感足夠大的時候，汨的波形可

近似為一條水平線。

(2)a>60。時

A阻感負載時的工作狀況與電阻負載時不一樣；

A電阻負載時，〃d波形不會出現(xiàn)負的部分；

A阻感負載時，“d波形會出現(xiàn)負的部分；

A帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路日勺a角移相范圍為90。。

。=90°

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~0r^<XM—XM—XM—XM—xMt

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4、

義/T\\/\

定量分析：

?當整流輸出電壓持續(xù)時(即帶阻感負載時，或帶電阻負載aW60。時)的平均值為:

V6C72sincotd{cot)=2.34C/2cosez

A帶電阻負載且〃>60。時，整流電壓平均值為:

sin(Dtd{cut)=2.34^721+cos(----ba)

輸出電流平均值為：3U/R

A當整流變壓器為采用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側電流有效值為:

人二七11(,,丁2+("、2^[2

作業(yè)和思索題：P97習題7、13

教學反思：

電力電子技術課程教案

第8講

課

時

課程類別理論課刊實訓課口試驗課口習題課口其他口2

安

排

講課題目

3.3變壓器漏感對整流電路R勺影響

教學目的、規(guī)定

1.掌握變壓器漏感對整流電路的影響及換相壓降的計算

教學重點及難點

重點：換相過程中口勺換相重疊角概念、換相期間的整流電壓和換相壓降、重疊角的計算；

難點：重疊角11勺產生，換相期間整流電壓、換相壓降和重疊角的計算。

措

施

及

教學過程

手

段

多

導入：

媒

復習回憶。

體

新授：

2.3變壓器漏感對整流電路的影響

考慮包括變壓器漏感在內的交流側電感口勺影響，該漏感可用一種集中的電感￡B表達，現(xiàn)以

三相半波為例，然后將其結論推廣。

舉

例

講

解

(1)VT1換相至VT21內過程：

因a、b兩相均有漏感，故由、小均不能突變。于是VT1和VT2同步導通，相稱于將a、b兩相

短路，在兩相構成㈣可路中產生環(huán)流水；永=也是逐漸增大時而ia=/d-/k是逐漸減小丹當水增大

到等于/d時，h=0,VT1關斷，換流過程結束。

(2)換相重疊角——換相過程持續(xù)的時間，用電角度7'表達。

?換相過程中，整流電壓⑷為同步導通的兩個晶閘管所對應的兩個相電壓的平均值:

「dz『dzu..+u.

=u+Lr>k—=w_Lnk—=--------

d°B”卜hf由2

A換相壓降一與不考慮變壓器漏感時相比，〃d平均值減少的多少。

?a+y+—(J/

△4=擊匚不防-〃m(血)=5/