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1、根据驱动信号的性质分类第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
2、般都工作于 开关状态， 以减小本身损耗。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、驱动电路、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 行。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。女口 SCR晶闸管。（2）全控型器件：通过控制信号既可以 控制其导通，又可以控制其
3、关断的电力电 子器件。女口 GTO、GTR、MOSFET 禾口 IGBT。（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。女口 电力二极 管。（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、GTR。（2）电压型器件：通过在控制端和公共 端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。如 MOSFET、IGBT。根据器件部载流子参与导电的情况分类（1 ）单极型器件：部由一种载流子参与 导电的器件。女口 MOSFET。（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、GTR。（3）复合型器件
4、：有单极型器件和双极 型器件集成混合而成的器件。如IGBT。5半控型器件一晶闸管SCR将器件N1、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Ea，晶闸管不 能导通，主要是中间存在反向 PN结。（2）当GK间加正向电压Eg，NPN晶体 管基极存在驱动电流Ig，NPN晶体管导 通，产生集电极电流Ic2。（3）集电极电流Ic2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lei。（4）Iei与IG构成NPN的驱动电流，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
5、闸 管导通。23143晶闸管是半控型器件的原因（1 ）晶闸管导通后撤掉外部门极电流Ig， 但是NPN基极仍然存在电流，由PNP集 电极电流Ie1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。23144 晶闸管的关断工作原理 满足下面条件，晶闸管才能关断：（1 ）去掉AK间正向电压；（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性（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
6、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。241.1 GTO的结构（1）GTO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 ）
7、当GTO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）GTO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Ugs大于某一电压值Ut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
8、极型电流驱动器 件，其优点是通流能力强，耐压及耐电流 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是单极型电压驱动器 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
9、流用电设备的变流装置。3.1.1单相半波可控整流电路（4）触发角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，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，Ud和id 波形随之改变，直流输出电压ud为极性不 变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在U2正半周出现，因此称“半波”整流。 单相半波可控整流电路：如上半波整 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 整流电路。3.1.1.3电力电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，
10、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。 由4个晶闸管（VT1 VT 4）组成单相 桥式全控整流电路。 VT1禾口 VT4组成一对桥臂，VT2禾口 VT3 组成一对桥臂。（2 ）单相桥式全控整流电路带电阻负载 时的波形图rt叫v : 在（）角度时，给VT2和VT3加1一j触发脉冲，此时b点电压高于a点,VI1J靠导通，uvt23承受正向电压，因此可UVT 3VTi阳极为a阴极为b点;VTiVT4未触发导通，呈现断态,VT4阳极为a则 Ud 0、id 0、i2U VT1Uvt4U2， u VT1
11、在角度时，给VTiiu VT42 U2。因此 U VT1U VT4电流从b点经b点。和VT4加触发U2。阴极为b点;VT3、R、VT2 流回脉冲，此时a点电压高于b点， VTi和VT4承受正向电压，因此可 靠导通， U VT1 UVT 40。电流从a点经VTi、R、VT4流回b点。Ud U2， i2 id，形状与电压相同。UdU2， i2 id。（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U d 丄 2U2Sin td（ t） 2 2U 2 1 cos 0.9U2COS2 2电源U2过零点，VTi和VT4承受反 向电压而关断，UV
12、Ti uVT42 U2 （负半周）。同时，VT2和VT3未触发导通，因此匕 Ud 0、 id 0、 i 2 0。（5）负载直流电流平均值Id単2创21迹0.9兰匚空RR2R2（6 ）晶闸管参数计算承受最大正向电压：C 2U 2)2承受最大反向电压：.2U 2触发角的移相围：0 时，Ud 0.9U2 ；180时，Ud 0。因此移相围为180。晶闸管电流平均值： VTi、VT4与VT2、VT3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，即I dVT2id0.45U 2 1-R-cos2):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图（2）单相桥
13、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id连续且波形近似为一水平线。 :在角度时，给VT1和VT4加触发脉冲，此时a点电压高于b点，VT1和VT4承受正向电压，因此可靠导通， u VT1 UVT40。电流从a点经V、L、R、VT4流回b点，Ud U2。id 为一水平线，iVT1,4 id i2。VT2 禾口 VT3 为断态，iVT23 0虽然二次电压U2已经过零点变负， 但因大电感的存在使 VTi和VT4 持续导通。u VT1 UVT4 0， ud u2， iVT1 4 i d i 2，iVT2,30。)22社7
14、匸在(VT2和VT3加触发脉冲，此时b点电压高于a点，VT2和VT3承受正向电压，因此可靠导通，因此可靠导通,u VT2 UVT 30 O由于VT2禾口 VT3的导通，使 VT1 和VT4承受反向电压而关断 ivT1,4 0。VTi阳极为a点，阴极为 b点；VT4阳极为a点，阴极为b 点；因此 uVT1,4 U2。电流从b点经VT3、L、R、VT2流回b点，Ud U2。i d 为水平线，ivT2,3 id i 2。 2 （2 ）:虽然二次电压U2已经过零点变正， 但因大电感的存在使 VT2和VT3 持续导通。u VT2 uVT30， u VT1,4 u2， Ud U2，i VT 2,3 id i2， i VT1,4 0。（3）直流输出电压平均值1厂27 2U 2U d. 2U 2 sin td （ t）cos 0.9U 2 cos（4 ）触发角的移相围0 时，Ud 0.9U2 ；90 时，U
