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1、第1章绪论1电力电子技术定义：是使用电力电子器 件对电能进行变换和控制的技术，是应用 于电力领域的电子技术，主要用于电力变 换。2电力变换的种类(1) 交流变直流AC-DC：整流(2) 直流变交流DC-AC：逆变(3) 直流变直流DC-DC： 一般通过直流斩 波电路实现(4) 交流变交流AC-AC： 一般称作交流电 力控制3电力电子技术分类：分为电力电子器件制造技术和变流技术。第2章电力电子器件1电力电子器件与主电路的关系(1) 主电路：指能够直接承担电能变换 或控制任务的电路。(2) 电力电子器件：指应用于主电路中, 能够实现电能变换或控制的电子器件。2电力电子器件一般都工作于开关状态， 以
2、减小本身损耗。3电力电子系统基本组成与工作原理(1) 一般由主电路、控制电路、检测电 路、驭动电路、保护电路等组成。(2) 检测主电路中的信号并送入控制电 路，根据这些信号并按照系统工作要求形 成电力电子器件的工作信号。(3) 控制信号通过驱动电路去控制主电 路中电力电子器件的导通或关断。(4) 同时，在主电路和控制电路中附加 一些保护电路，以保证系统正常可靠运4电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类(1) 半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子 器件。如SCR晶闸管。(2) 全控型器件：通过控制信号既可以 控制其导通，乂可以控制其关断的电力电 子器件。如 G
3、TO、GTR、MOSFET 和 TGBT。(3) 不可控器件：不能用控制信号来控 制其通断的电力电子器件。如电力二极 管。根据驱动信号的性质分类(1) 电流型器件：通过从控制端注入或 抽出电流的方式来实现导通或关断的电 力电子器件。如SCR、GTO、GTRo（2）电压型器件：通过在控制端和公共 端之间施加定电压信号的方式来实现 导通或关断的电力电子器件。如40SFET、 IGBTo根据器件内部载流子参与导电的情况分类（1）单极型器件：内部由一种载流子参 与导电的器件。如MOSFETo（2）双极型器件：由电子和空穴两种载 流子参数导电的器件。如SCR、GTO、GTRo（3）复合型器件：有单极型器
4、件和双极 型器件集成混合而成的器件。如IGBTo5半控型器件一晶闸管SCR将器件Nl、P2半导体取倾斜截面，则晶 闸管变成V1-PNP和V2-NPN两个晶体管。晶闸管的导通工作原理（1）当AK间加正向电压巧，晶闸管不能 导通，主耍是中间存在反向PN结。（2）当GK间加止向电压丸，NPN晶体管 基极存在驱动电流心，NPN晶体管导通， 产生集电极电流匚2。（3）集电极电流2构成PNP的基极驱动 电流，PNP导通，进一步放大产生PNP集 电极电流4。（4）心与心构成NPN的驭动电流继续 上述过程，形成强烈的负反馈，这样NPN 和PNP两个晶体管完全饱和，晶闸管导通o23143晶闸管是半控型器件的原因
5、（1）品闸管导通后撤掉外部门极电流心，但是NPN基极仍然存在电流，由PNP集电 极电流4供给，电流已经形成强烈正反 馈，因此晶闸管继续维持导通。（2）因此，晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其关断。2314.4晶闸管的关断工作原理满足下面条件，品闸管才能关断：（1）去掉AK间止向电压;（2） AK间加反向电压;（3）设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。2. 3. 2.1.1晶闸管正常工作时的静态特（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门 极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。（3）晶闸管一旦导通，门极就
6、失去控制 作用，不论门极触发电流是否还存在，晶 闸管都保持导通。（4）若要使已导通的晶闸管关断，只能 利用外加电压和外电路的作用使流过晶 闸管的电流降到接近于零的某一数值以 下。2. 4.1.1 GTO 的结构（1）GT0与普通晶闸管的相同点：是PNPN 四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和 门极。（2）GTO与普通晶闸管的不同点：GTO是 一种多元的功率集成器件，其内部包含数 十个甚至数百个供阳极的小GTO元，这些 GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一 起，正是这种特殊结构才能实现门极关断 作用。2. 4. 1. 2 GTO的静态特性（1）当GTO承受反向电压时，不论门极 是否有触发电流，
7、晶闸管都不会导通。（2）当GTO承受正向电压时，仅在门极 有触发电流的情况下晶闸管才能导通。（3）GT0导通后，若门极施加反向驱动电 流，则GTO关断，也即可以通过门极电流 控制GTO导通和关断。（4）通过AK间施加反向电压同样可以保 证GTO关断。2. 4.3电力场效应晶体管MOSFET（1）电力MOSFET是用栅极电压来控制漏 极电流的，因此它是电压型器件。（3）当s大于某一电压值野时，栅极下 P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从 而使P型半导体反型成N型半导体，形成 反型层。2. 4. 4绝缘栅双极晶体管IGBT（1）GTR和GTO是双极型电流驱动器件， 其优点是通流能力强，耐压及耐电流
8、等级 高，但不足是开关速度低，所需驱动功率 大，驱动电路复杂。（2）电力MOSFET是单极型电压驭动器件, 其优点是开关速度快、所需驱动功率小， 驱动电路简单。（3）复合型器件：将上述两者器件相互 取长补短结合而成，综合两者优点。(4)绝缘栅双极晶体管IGBT是一种复合 型器件，由GTR和MOSFET两个器件复合 而成，具有GTR和MOSFET两者的优点， 具有良好的特性。(1) IGBT是三端器件，具有栅极G、集 电极C和发射极E。(2) IGBT由MOSFET和GTR组合而成。第3章整流电路(1)整流电路定义：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。整流电路。3.1.1.3电力电
9、子电路的基本特点及分 析方法(1) 电力电子器件为非线性特性，因此 电力电子电路是非线性电路。(2) 电力电子器件通常工作于通态或断 态状态，当忽略器件的开通过程和关断过 程时，可以将器件理想化，看作理想开关, 即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。3.1.1单相半波可控整流电路3.1. 2单相桥式全控整流电路3.1.2.1带电阻负载的工作情况(1)单相桥式全控(4)触发角从晶闸管开始承受止向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。(7)几个定义“半波”整流：改变触发时刻，心和i 波形随之改变，直流输出电压心为极性不 变但瞬时值变化的脉动直流
10、，其波形只在整流电路带电阻负载时的原理图 由4个晶闸管(VT1 VTJ组成单相桥 式全控整流电路。 VTi和VTj组成一对桥臂，VT2和VT3 组成一对桥臂。“2正半周内出现，因此称“半波”整流。 单相半波可控整流电路：如上半波整(2)单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图流，同时电路中采用了可控器件晶闸管, 且交流输入为单相，因此为单相半波可控（）仅：VT, VTi未触发导通，呈现断态,贝|J = 0 = 0 = 0 o1VT1 +wVT4 =w2、 WVT1 = 11VT4 =yw2a兀：在a角度时,给VTi和VT4加触发脉冲，此时a点电压高于b点，VTi和VTi承受正向电压，因此可靠导
11、, Lt VT = VT4 = 0 o电流从且点经VTi、R、VTi流冋b点。b)c)d)的T3 = 0 o比肘M点电压高于8点，、总旻止向电压，因此可童时，给VL和Vh加触VI；阳极为&点，阴极为b点；VTd阳极为&点，阴极为b点；因此VT = wVT4 =u2 电流从b点经VT,、R、V流回b点。d =ll2，2 =-/d （3）全波整流在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此该电路为全波整流。（4）直流输出电压平均值严丄仮/2抽如（如，、切2 1+皿092 12竺兀 b-7122Z/d=/2，/2=/d，形状与电压相同。U 2 1 + cos a电源q过零点,VTi和VT”承受
12、反向电压而关断，VT| =VT4 =*2（负半周）。（5）负载直流电流平均值冬=2屁 2 1 + COS 09R 欣 2R 2同吋，VT?和VT,未触发导通，因0 匕心=0、= 0 b = o （龙+仅）2/r :承受最大反向电压：屁2触发角的移相范围:Q = o时，5=0.9；a = 180时，5=0。因此移相范围为180（6）晶闸管参数计算 承受最大正向电压：|（V2f/2）晶闸管电流平均值：VTi、VT占VL、 Vh轮流导电，因此晶闸管电流平均值只有 输出直流电流平均值的一半，GP 亦=如=0.45牛呼。3.1. 2. 2带阻感负载的工作情况(1) 单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理
13、图Oo虽然二次电压“2已经过零点变负， 但因大电感的存在使VT和VT“持 续导通。和VTi承受正向电压，因此可靠导(2)单相桥式全控整流电路带阻感负载时的波形图分析时，假设电路已经工作于稳态下。假设负载电感很大，负载电流不能突 变，使负载电流心连续且波形近似为一 水平线。 a 冗：在。角度时，给VTi和VTq加触发 脉冲，此吋a点电压高于b点，VT| 电流从a点经VR、L、R、VT漩冋 b 点，wj = 2 心为“水平线吶4 d =，2。 VT2 和 VT3 为断态,/VT2 3=o7F (7T+ G):VT2和Vh加触发脉冲，此时b点 电压高于a点，VT和VT,承受正 向电压，因此可靠导通，
14、U VTo = “ VT3 = 0 0由于VL和VTs的导通，使VTi和VL承受反向电压而关断吶,4 =0oVT.阳极为a点，阴极为b点；Vh 阳极为a点，阴极为b点；因此wVTj 4 =U2 电流从b点经V、I八R、VT2流 回 b 点，wd =-2。 id 为水平线，VT2 3 =d =-，2。 2/r (2/t + g):负载时的原理图 当负载为蓄电池、直流电动机的电枢（忽略其中的电感）等时，负载可看成一 个直流电压源，即反电动势负载。正常情 况下，负载电压心最低为电动势E。 负载侧只有Q瞬时值的绝对值大于反 电动势，即h|时，才有晶闸管承受正 电压，有导通的可能。虽然二次电压Q已经过零点变正,（2）单相桥式全控整流电路带反电动势但因大电感的存在使VL和V%持负载时的波形图续导通。wVT2 = 11VT3 =，“VT14 = w2， wd =-w2，VT23 =id =_，2f 11 / 11 / 1|-A 1 1 ?d_r!O1! m1d在Q角厶度时,(3)直流输出电压平均值1 严+G (2yU 7=”22 sin md(ef) = c
