电力电子技术(徐德鸿,马皓,汪槱生)第2章第2节课
《电力电子技术》PPT 第2章
图2-12 射极接地NPN型晶体管的静特性
图2-13 射极接地型晶体管电路图
小型晶体管最主要功能是作为线性放大器来使用，而功率 晶体管的主要是用于开关，充分发挥其功耗小、无触点的 优点。 图2-15为双极型晶体管的开关动特性。该特性对其它器件如 MOSFET、IGBT、SCR、GTO均适用。因为，它们都要考 虑电荷蓄积时间造成开关时间滞后的问题，不同的元件只 是滞后时间大小不同而已。图中输入信号为基极电流，输 出波形是指集电极电流与时间的关系。
图2-22 IGBT兼有BJT和MOS的优点
由图2-24（a）的IGBT的等效电路可见，IGBT是 以BJT为主导元件、MOS为驱动元件的达林顿结 构器件。其电路图符号如图2-24（b）所示。
图2-22 IGBT等效电路
2.2.4 晶闸管 1 普通晶闸管
晶闸管是四层（PNPN）三端（AKG）器件。A是阳极， K为阴极，G为门极。它有三个PN结J1、J2、J3。在一 般情况下，由于器件存在着反向PN结，因而，无论是承 受正压还是反压，器件均不能导通。
下面再解释一下图2-8（c），如果在PN结上 加与图2-7相反极性的电压，则在结合面上电 位壁垒将大大提高，该结合面仿佛变成了一 个电容器，使得电流不可能再流通。当然， 严格的说，也有接近0的微安级漏电流流过， 此电流称为反向电流。
2.2.3 电力晶体管
电力晶体管根据产生主电流载流子不同分为双极 型和单极型两类。前者载流子为空穴和电子，后 者只是电子（或空穴）。 单极型晶体管是在控制极加上电压形成电场，进行 电流控制。这类晶体管又称场效应晶体管（field effect transistor）简称FET，在后面章节还要详述。
2.4 电力电子器件的模块化
模块是在单个元件基础上发展起来的新器件， 它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的 进行接线后，封装成一个块状整体。90年代已 经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中 小功率器件均模块化。其优点是外部接线简单， 抗干扰能力增强。
电力电子课后答案(整理版)
电力电子技术课后习题答案 第2章 电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK >0且u GK >0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可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，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
3. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I 1、I 2、I 3。
π4π4π25π4a)b)c)图1-43图1-43 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πmI (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =2m I π2123+≈0.898 I m c) I d3=π21⎰2)(πωt d I m =0.25I mI 3 =⎰202)(21πωπt d I m =0.5I m4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I≈329.35， I d1≈0.2717 I m1≈89.48b) I m2≈6741.0I≈232.90, I d2≈0.5434 I m2≈126.56c) I m3=2 I = 314, I d3=41I m3=78.55. GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 答：GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，由P 1N 1P 2和N 1P 2N 2构成两个晶体管V 1、V 2,分别具有共基极电流增益1α和2α，由普通晶闸管的分析可得，1α+2α=1是器件临界导通的条件。
《电力电子技术》浣喜明姚为正高等教育出版社课后答案doc
《电力电子技术》浣喜明姚为正高等教育出版社课后答案doc第 2 章 思考题与习题2、1 晶闸管的导通条件就是什么? 导通后流过晶闸管的电流与负载上的电压由什么决定?答:晶闸管的导通条件就是:晶闸管阳极与阳极间施加正向电压,并在门极与阳极间施加 正向触发电压与电流(或脉冲)。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定,负载上电压由输入阳极电压U A 决定。
2、2 晶闸管的关断条件就是什么? 如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小 由什么决定?答:晶闸管的关断条件就是:要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态,可采用阳极电 压反向使阳极电流I A 减小,I A 下降到维持电流I H 以下时,晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断,其两端电压大小由电源电压U A 决定。
2、3 温度升高时,晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压与反 向击穿电压如何变化？答:温度升高时,晶闸管的触发电流随温度升高而减小,正反向漏电流随温度升高而增 大,维持电流I H 会减小,正向转折电压与反向击穿电压随温度升高而减小。
2、4 晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答:非正常导通方式有:(1) I g =0,阳极电压升高至相当高的数值;(1) 阳极电压上升率 du/dt 过高;(3) 结温过高。
2、5 请简述晶闸管的关断时间定义。
答:晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即 t q= t rr + t gr 。
2、6 试说明晶闸管有哪些派生器件？ 答:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
2、7 请简述光控晶闸管的有关特征。
答:光控晶闸管就是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管,在光的照射下,光电二极管电流增加,此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。
主要用于高压大功率场合。
2、8 型号为KP100-3,维持电流I H =4mA 的晶闸管,使用在图题 1、8 所示电路中就是否合理, 为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题 1、8答:(a )因为I A =100V 50K Ω = 2mA < I H,所以不合理。
电力电子技术第二章201909
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施主杂质
电力电子技术
2.2.1 PN结原理
P型半导体 （空穴型半导体：多数载流子-空穴；少数载流子-电子）） （空穴
型半导体） 在本征半导体中掺入三价的元素（硼）
空穴 (多数载流子）
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受主 杂质
电力电子技术
对控制电路的信号进行适当功率放大，这就是电 力电子器件的驱动电路(Driving Circuit）
电力电子技术
2.1.1 电力电子器件的特点
4）电力电子器件工作时常需配置缓冲和保护电路
• 电力电子器件的过压、过流能力较弱 • 开关过程中电压、电流会发生急剧变化 •为了增强可靠性通常需要缓冲电路抑制电压电流变化率 • 保护电路用于防止电压和电流超过器件极限值
晶体管 晶闸管
双极型电力晶体管(GTR) 电力场效应晶体管(PMOSFET)
绝缘栅双极电力晶体管(IGBT)
静电感应型晶体管(SIT)
门极可关断晶闸管(GTO) 场控晶闸管(MCT) 静电感应型晶闸管(SITH)
电力电子技术
2.1.2 电力电子器件的分类
2、按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质， 分为两类：
空穴—共价键中的空位
电力电子技术知识点知识讲解
电力电子技术知识点《电力电子技术》课程知识点分布（供学生平时课程学习、复习用，●为重点）第一章绪论1.电力电子技术：信息电子技术----信息处理，包括：模拟电子技术、数字电子技术电力电子技术----电力的变换与控制2. ●电力电子技术是实现电能转换和控制，能进行电压电流的变换、频率的变换及相数的变换。
第二章电力电子器件1.电力电子器件分类：不可控器件：电力二极管可控器件：全控器件----门极可关断晶闸管GTO→电力晶体管GTR→场效应管电力PMOSFET→绝缘栅双极晶体管IGBT→及其他器件☆半控器件----晶闸管●阳极A阴极K 门极G2.晶闸管1）●导通：当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触电电流的情况晶闸管才能开通。
●关断：外加电压和外电路作用是流过晶闸管的电流降到接近于零●导通条件：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流●维持导通条件：阳极电流大于维持电流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。
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会开通。
当晶闸管导通，门极失去作用。
●主要参数：额定电压、额定电流的计算，元件选择第三章●整流电路1.电路分类：单相----单相半波可控整流电路单相整流电路、桥式（全控、半控）、单相全波可控整流电路单相桥式（全控、半控）整流电路三相----半波、●桥式（●全控、半控）2.负载：电阻、电感、●电感+电阻、电容、●反电势3.电路结构不同、负载不同→●输出波形不同→●电压计算公式不同→→单相电路1.●变压器的作用：变压、隔离、抑制高次谐波（三相、原副边→星/三角形接法）2.●不同负载下，整流输出电压波形特点1）电阻→电压、电流波形相同2）电感→电压电流不相同、电流不连续，存在续流问题3）反电势→停止导电角3.●二极管的续流作用1）防止整流输出电压下降2）防止失控4.●保持电流连续→●串续流电抗器，●计算公式5.电压、电流波形绘制，电压、电流参数计算公式→→三相电路1.共阴极接法、共阳极接法2.触发角ā的确定3.宽脉冲、双窄脉冲4.●电压、电流波形绘制→●电压、电流参数计算公式5.变压器漏抗对整流电流的影响→●换相重叠角产生原因→计算方法6.整流电路的谐波和功率因数→→●逆变电路1.●逆变条件→●电路极性→●逆变波形2.●逆变失败原因→器件→触发电路→交流电源→换向裕量3.●防止逆变失败的措施4.●最小逆变角的确定→→触发电路1.●触发电路组成2.工作原理3.触发电路定相第四章逆变电路1.●逆变电路分类：把直流变成交流电称为逆变，当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变2.●换流方式分类：器件（利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流）→电网（由电网提供换流电压称为电网换流，不是用于没有交流电网的无源逆变电路）→负载（有负载提供换流电压称为负载换流）→强迫（设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反压电流的换流方式叫强迫换流，强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也叫电容换流）3.电压型逆变电路：单相、三相4.电流型逆变电路：单相、三相第五章直流-直流变换电路斩波电路→●降压斩波：●工作原理、●计算方法→●升压斩波：●工作原理、●计算方法第六章交流-交流变换电路1.●交流-交流变换电路：→●交流调压电路→●交流调功电路2.交-交变频电路：单相、●三相交-交变频电路→公共交流母线进线方式→输出星形联接方式●交-交变频电路的主要特点●优缺点第七章 PWM控制技术1.基本原理：冲量定理PWM→ SPWM2.●控制方式：计数法：调制法：●调制方法：→●异步调制：→●同步调制：3.●采样方式：→●自然采样：→●规则采样：第八章软开关技术1.软开关与硬软开关2.●零电压开关与零电流开关●零电压开通●零电流关断3.●软开关分类：准谐振电路、零开关PWM电路、零转换PWM电路4.典型的软开关电路5.●软开关技术的发展与趋势第九章电力电子器件应用及共性问题1.器件驱动：电气隔离●晶闸管触发电路典型的触发电路2.器件的保护:→●过电压产生及过电压保护→●过电流产生及过电流保护→●缓冲电路----又称吸收电路3.器件的串、并联串联→解决均压问题→静态、动态并联→解决均流问题→静态、动态第十章电力电子器件应用1.V-M系统中应用→V-M系统的机械特性：●电流连续→机械特性为一组平行线；●电流断续→理想空载转速上升；→机械特性变软；→随着控制角α的增加，进入断续区的电流加大。
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VT1、VD1导通
18
二、工作原理
3、当u2为负半周且控制角为α 时，触发VT2导通，负载电流 id经VT2、VD1流通，电感由 释放能量变成储存能量，负 载端电压ud=uba=-u2。
4、 u2电压由负变正过零时，电 感由储存能量变为释放能量， 产生上负下正的自感电动势， 维持电流流通，VT2将继续到 通，同时VD1关断、VD2导通， 负载端电压为0。
负载性质： 电阻性 电感性 反电势性
4
第2章：单相可控整流电路
用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流 电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率 高以及控制灵敏等优点。
§2-1 单相可控整流电路 §2-2 三相可控整流电路
§2-3 带平衡电抗器的双反星型可控整流电路
§2-4 整流电路的换相压降与外特性
晶闸管承受的最大电压为 6U2 。
44
§2-2-3 ：三相桥式半控整流电路
一、阻性负载： a <=60º，负载端电压波形 连续
Ud 1.17U 21 cosa
VT1 VT3 VT5
当α〉60°时，负载端电压波形断续 VD4 VD6 VD2
Ud 1.17U 21 cosa
二、电感性负载： 与单相半控桥式整流电路一样，桥内二极管有续流作用，因
qT qD 180
VT2、VD1导通
VT2、VD2导通
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结论
1.晶闸管在触发时刻换 流，二极管在电源电 压过零时刻换流。
2.对于单向半控桥感性 负载，负载端的电压 波形如右图。
根据波形得
Ud=0.9U2(1+cosα)/2
20
结论
3.单相半控桥感性负载， 负载端电压波形与阻 性负载完全相同，即 单相半控桥感性负载 本身具有续流作用。
电力电子技术课件l2
Id
Ud R
流过每个晶闸管的平均电流IdV为
I dV
1 3
I
d
流过每个晶闸管电流的有效值为
IV
U2 Rd
1
2
2
3
3 2
cos
2
0°≤α≤30°
第2章 三相相控整流电路
IV
U2 Rd
1
2
5
6
3 4
cos
2
1 4
sin
2
0°≤α≤150°
（4） 从图2-1(f)可看出，晶闸管所承受的最大反向电压为
不再符合前面的计算公式。
第2章 三相相控整流电路
2.1.4 共阳极整流电路 图2-6(a)所示电路为将三只晶闸管阳极连接在一起
的三相半波可控整流电路，称为共阳极接法。这种接 法可将散热器连在一起， 但三个触发电源必须相互绝 缘。共阳极接法中，晶闸管只能在相电压的负半周工 作，其阴极电位为负且有触发脉冲时导通，换相总是 换到阴极电位更负的那一相去。
第2章 三相相控整流电路
（2） 由于每相导电情况相同，故只需在1/3周期内求取 电路输出电压的平均值， 即一个周期内电路输出的平均值。
当α≤30°时，电流电压连续，输出直流电压平均值Ud为
Ud
1
2 / 3
5 6 6
2U2 sintd (t) 1.17U2 cos 0°≤α≤30°
式中U2φ为变压器次级相电压有效值。
第2章 三相相控整流电路
由上分析可知：
（1） 控制角α=0°时，输出电压最大；α增大， 输出电压
减小； 当α=150°时， 输出电压为零， 所以最大移相范围为
150°。当α≤30°时，电流（压）连续， 每相晶闸管的导通角θ
电力电子技术(第二版)第2章答案
第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试运算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承担的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承担的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承担的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承担最大反向电压及输出电压和电流波形的情形：（1） 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承担的最大电压为222U 。
电力电子技术_第2章_电力电子器件
电力二极管的伏安特性
正压较小时：耗 尽层变窄
正压为门槛 电压时，耗 尽层消失
2.3.2 电力二极管的基本特性 2.2.2 电力二极管的基本特性
2.
动态特性(Dynamic Characteristic)
动态特性——因结电容的存在，零偏置、正向偏置、反向偏置 等状态之间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电压—电 流特性是随时间变化的。
E
LD VD RN VF
电压过冲物理机制主要有两个：
a.阻性机制： 电导调制作用。I↑ → N-区的有效电 阻↓ →管压降也降低，形成峰值UFP。 b.感性机制：正向电流→内部电感上压降，且电流变 化率越高，电压过冲越大。
u i UFP iF
2V
uF t fr
+ + + · + · + + · + · +· + · + · + · + · + · + + · + · +· + · + + · ·
V 1 L V 2 R
控 制 电 路
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
16
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度分类 ◆半控型器件 ☞晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞关断完全是由其承受的电压和电流决定的。 ◆全控型器件
☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。
O U UTO TH
UF
U
2.2.2 电力二极管的基本特性
2.3.2 电力二极管的基本特性
《电力电子技术第二》课后习题及解答
《电力电子技术》习题及解答第1章思考题与习题1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A决定。
1.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A减小，I A下降到维持电流I H以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A决定。
1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？答：非正常导通方式有：(1) I g =0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。
1.5请简述晶闸管的关断时间定义。
答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
1.6试说明晶闸管有哪些派生器件？答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
1.7请简述光控晶闸管的有关特征。
答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。
主要用于高压大功率场合。
1.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题1.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答：（a ）因为H A I mA K V I <=Ω=250100，所以不合理。
电力电子技术课件 第2章
控制方式：相位控制 触发角 输出直流电压平均值
1
第2章
相控整流电路
整流电路的分类：
按器件组成：不可控、半控、全控 按电网、交流电相数：单相、三相、多相
按接线方式：半波、全波
2
第2章
相控整流电路
整流电路形式繁杂，重点掌握：
电路拓扑
控制策略
工作原理、波形分析
数量关系
3
第2章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
平均值Ud越接近零，输出的直流电流平均值也越小。
18
为避免Ud太小，在整流电路的负载两端并联续流二极管
T a) u1 u2 VT id uVT iVD ud
R
L
VDR R u2 b) O ud c) O id d) O i VT e) O iVD f) O uVT g) O
R
t1
t
t
Id
3) α<ωt<α+θ区域
t
0
t
16
1 1 1 Ud u2d(t ) 2π uR d(t ) 2π uLd(t ) 2π
1 L 0 uL d(t ) 2π 0 di 0 2π
Ud UR
电感元件的一个重要特性：在稳态条件下，电感两端 的电压平均值恒等于零。换言之，在一个周期内，电 感储存的能量等于释放的能量。
sin 2 IVT I 2 2 4
晶闸管在工作中可能承受的最大正、反向电压为电源 电压的峰值
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变压器二次侧有功功率、视在功率、功率因数
P I R UI
电力电子技术(徐德鸿,马皓,汪槱生主编)PPT模板
演讲人 202X-11-11
前言
前言
第1章 电力电子器件
第1章 电 力电子器件
01 １ . １ 电 力 电 子 器
件概述
03 １ . ３ 功 率 二 极 管
02 １ . ２ 基 本 特 性 与
工作环境
04 １ . ４ 电 力 晶 体 管
05 １ .５ 功 率
９.５ 电力电 子技术在电力 系统中的应用
0 6
９.６ 新能源 发电
第9章 电力电子 应用技术
９.７ 谐波抑制和电能质量控制 ９.８ 电磁兼容 习题与思考题
参考文献
参考文献
感谢聆听
第3章 直流-直流变换电路的 动态模型与控制
３.１ 开关周期平均与小信号线 性化动态模型 ３.２ 统一电路模型 ３.３ 调制器的模型 ３.４ 闭环控制与稳定性 习题与思考题
第4章 直流-交流变换技术
第4章 直流-交流变换技术
单击此处添加标题
单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。根 据需要可酌情增减文字，以便 观者准确的理解您传达的思想。
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４.９ 逆变器的控 制
4
４.１０ 逆变器输 出滤波器的设计
第4章 直流-交流 变换技术
习题与思考题
第5章 交流-直流变换技术
第5章 交流直流变换技术
0 1 ５．１ 电感滤波的不控整流电路 0 2 ５．２ 电感滤波的晶闸管可控整流
和有源逆变电路
0 3 ５．３ 电容滤波的不控整流电路 0 4 ５．４ 整流电路的谐波和功率因数 0 5 ５．５ PWM整流电路及其控制方
４.６ 三相 SPWM逆变
电路
４.４ 单相 SPWM逆变
电路
电力电子技术(第二版)第2章答案
电力电子技术(第二版)第2章答案第2章 可控整流器与有源逆变器习题解答2-1 具有续流二极管的单相半波可控整流电路，电感性负载，电阻为5Ω,电感为0.2H ，电源电压2U 为220V ，直流平均电流为10A ，试计算晶闸管和续流二极管的电流有效值，并指出其电压定额。
解：由直流输出电压平均值d U 的关系式：2cos 145.02α+=U U d 已知直流平均电流d I 为10A ，故得：A R I U d d 50510=⨯==可以求得控制角α为：0122045.0502145.02cos 2≈-⨯⨯=-=U U d α 则α=90°。
所以，晶闸管的电流有效值求得， ()A I I I t d I I d d d d VT 521222212==-=-==⎰ππππαπωππα 续流二极管的电流有效值为：A I I d VD R 66.82=+=παπ 晶闸管承受的最大正、反向电压均为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，晶闸管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==续流二极管承受的最大反向电压为电源电压的峰值22U U M =，考虑2~3倍安全裕量，续流二极管的额定电压为()()V U U M TN 933~6223113~23~2=⨯==2-2 具有变压器中心抽头的单相双半波可控整流电路如图2-44所示，问该变压器是否存在直流磁化问题。
试说明晶闸管承受的最大反向电压是多少？当负载是电阻或者电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时是否相同。
解：因为单相双半波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况：（1） 以晶闸管 2VT 为例。
当1VT 导通时，晶闸管2VT 通过1VT 与2个变压器二次绕组并联，所以2VT 承受的最大电压为222U 。
《电力电子技术》
z 自2006年起，该奖项升格 为：
IEEE William E. Newell Power Electronics Award
z 该奖项已成为 IEEE 电力 电子学会的最高奖项。
Newe
0.1.1 电力电子技术与信息电子技术的区别
电子技术一般指信息电子技术，但广义而言， 应包括电力电子技术，即所谓“三大电子”。
用于 信息 处理
电子技术
信息电子技术
电力电子技术
用于 电能 变换
模拟电子技术
数字电子技术
5
6
华北电力大学电气与电子工程学院电力工程系
电机与电力电子教研室
1
电力系统及其自动化专业 2009级《电力电子技术》课程PPT课件
1.3 晶闸管及其派生器件 1.4 门极可关断晶闸管 1.5 电力晶体管 1.6 功率场效应晶体管 1.7 绝缘栅双极晶体管 1.8 其它新型电力电子器件
1
1.1.2 电力电子器件的基本类型 1.1.3 电力电子器件的模块化与集成化 1.1.4 电力电子器件的应用领域
学 1.1.5 本章核心内容与学习要点 2
输入
输出
交流
直流
电 直 流
交流
整流
交流电力控制 （调压、变频、变相）
直流斩波（调压） 逆变（变频）
9
z
对电力电子学进行 了形象描述。
至今该三角形仍被世界学 术界所普遍接受。
10
北 华0.1.3 电力电子技术与相关学科间的关系
z Dr.Newell 是一位著名的电 力电子领域权威人士。
z 毕生致力于帮助工程师和大 学生更好的了解电力电子学。
电 0.4 本课程的主要内容及要求 3
《电力电子技术》PPT第2章
《电力电子技术》PPT第2章2.4电力电子器件的模块化模块是在单个元件基础上发展起来的新器件，它是有若干个半导体芯片按不同的用途和目的进行接线后，封装成一个块状整体。
90年代已经开始普及，除少数超大功率器件外，一般中小功率器件均模块化。
其优点是外部接线简单，抗干扰能力增强。
2.5 智能电力电子模块（IPM）IPM（IntelligentPowerModule）智能电力电子模块是功率集成电路PIC（PowerIntegratedCircuits）的一种。
一类称为高压集成电路，简称HVIC，它是横向高耐压电力半导体器件与控制电路的单片集成；另一类即IPM，它是纵向电力半导体器件与控制电路保护电路以及传感器电路等多功能集成。
由于高度集成化使模块结构十分紧凑，避免了由于分布参数、保护延迟等带来的一系列技术难题，使变频器的可靠性得到进一步提高。
IPM的智能化表现为可以实现控制、保护、接口三大功能，构成混合式电力集成电路。
2.6全控型电力电子器件的比较1电压、电流的比较图2-45电压、电流的比较2性能的比较200200200200125150最高工作结温（℃）中等高高高低中等di/dt高高高高低中等du/dt中等低低很低中等高门栅极驱动功耗100200×10320×103501050最大开关速度（kHz）10倍额定值5倍额定值5倍额定值5倍额定值10倍额定值3倍额定值浪涌电流耐压量100～500306604030正向导通电流密度（A/cm2）220200100～12400～1003500400正向电流范围（A）500～450050～150050～1000200～2500500～9000100～1400正向阻断电压范围（V）500～450000200～2500500～6500<50反向电压阻断能力（V）导通/关断导通/关断阻断阻断阻断阻断常态电压电压电压电压电流电流控制方式S.ITHS.ITVDMOSIGBTGTOBJT器件名称2.7电力电子器件的相关技术1串并联技术图2-47直流输电用晶闸管变换装置的一个模块（桥式电路的一个臂）该模块均衡电路由以下几部分构成。
电力电子技术(徐德鸿,马皓,汪槱生)第2章第2节课
iL (t )
+
L
D
+ u L (t ) − + uG −
u L (t ) Ud
Ud −
T
iC (t ) C
+ R u o (t )
−
D1Ts
D2Ts Ud −Uo
D3Ts
Ts
t
iD
1 = TS
∫
TS
0
iD (t )dt
i (t )
∫
TS
0
1 iD (t )dt = ipk D2TS 2
Ud
−
Ts D2Ts
t
D1Ts
D3Ts
i (t ) + Ud −
L
(b)
iC (t )
C +
ipk
Ud −Uo L
+ u L (t ) −
R
< iD >
uo (t ) −
0
DTs
Ts D2Ts
t
(c)
D1Ts
D3Ts
第2章 直流－直流变换技术
（c）子区间3，( D1 + D2 )TS
< t < TS ，晶体管和二极管均处于截止态
+
L iC (t ) C R + u o (t )
−
iD (t )
0
Ud L
Ud −Uo L DTs
ipk
+ uL (t ) −
uL = 0 Uo iC (t ) = − R
Ud
−
Ts D2Ts
t
D1Ts
D3Ts
i (t ) + Ud −
电力电子技术(徐德鸿,马皓,汪槱生)第2章第1节课
2.1 概述直流－直流（DC－DC）变换电路:能完成以下功能：·直流电幅值变换·直流电极性变换·直流电路阻抗变换·有源滤波无变压器隔离：·降压式变换电路（Buck电路）·升压式变换电路（Boost电路）·升降压式变换电路（Buck-Boost电路）·库克电路（Cuk电路）·Sepic电路·Zeta电路变压器隔离：·正激式变换电路·反激式变换电路·桥式隔离变换电路开关接通的占空比定义为D，on /SD t T=脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM）所谓脉冲宽度调制的方法是一种在整个工作过程中，开关频率不变，而开关接通的时间按照要求变化的方法。
所谓脉冲频率调制的方法是一种在整个工作过程中，开关接通的时间不变，而开关频率按照要求变化的方法。
ontST 02.2 直流降压变换电路（Buck电路）¾Buck电路的基本输入输出关系¾电感伏秒平衡和电容充电平衡¾变换器输出电压纹波估计¾不连续导通模式T DTs2.2.4 不连续导通模式连续导通模式Continuous Conduction Mode，CCM 不连续导通模式Discontinuous Conduction Mode，DCM图与占空比D的关系图动态图形显示•输入电压恒定，工作占空比可变/负载可变•输入电压恒定，电压传输比变化/负载变化•可控（恒定）的输出电压，电压传输比（输入电压）变动/负载变动•动态图形显示：Buck 变换器：定占空比启动。
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'
(b) ΔiL
iL (t )
I Ud L
0
Ud −Uo L DTs (c ) Ts
t
对于CCM 对于DCM
u o (t ) Uo −U o RC
0
Δu I Uo − C RC t DTs Ts
K=
2L RTS
和
K crit ( D ) = DD '2
(d )
第2章 直流－直流变换技术
K > K crit ( D) K < K crit ( D) 对于CCM 对于DCM
−
L
iC (t ) C + R u o (t )
−
uo (t )
0
−U O / R
iL (t )
I
+ u L (t ) −
(b)
ΔiL
Ud L
Ud −Uo L
DTs
t
Ts
(c )
Δu
uL = U d − U o Uo iC = I − R
（b）开关置于2时
Uo
−U o RC
0
I Uo − C RC
t
iC (t )
C
+ R u o (t )
−
i (t )
Ud L
Ud −Uo L
0
ipk
(a)
i (t )
+
L iC (t ) C R + u o (t )
−
iD (t )
+ uL (t ) −
DTs
Ts D2Ts
t
D1Ts
D3TsUd−来自ipkUd −Uo L
i (t ) + Ud −
L
(b)
iC (t )
0.6
0.8
1.0
图2.22 (a) Boost变换器的K crit ( D)
图2.22 (b) K与 K crit ( D) 的比较
第2章 直流－直流变换技术
Boost变换器的变换比
（a）子区间1，0 < t
< D1TS
，晶体管导通
i (t ) + Ud
−
uL (t ) = U d uo (t ) iC (t ) = − R
I > ΔiL I < ΔiL
对于CCM 对于DCM
对于CCM 对于CCM
iC (t ) DTs 0 −U O / R
iL − U o / R
I −Uo / R
t
Ud DTSU d > 2 2L D' R 2L > DD '2 RTS
K > K crit ( D) K < K crit ( D)
D Ts
C
iL (t )
+
L
iC (t )
C
+ Ud
−
+ u L (t ) −
+ R uo (t )
−
R uo (t )
−
（a）采用理想开关
iL (t )
+
（a）开关置于1时
+ R u o (t )
−
L
D
+ uL (t ) − + uG −
iL (t )
+ Ud
−
L
iC (t ) C + R u o (t )
又由于 得
iC (t ) DTs 0
iL − U o / R
I −Uo / R
t
D + D' =1
Uo I= D'R
10 8
D 'Ts
U I = 2d D' R
−U O / R
(b) ΔiL
iL (t )
I Ud L
0
Ud −Uo L DTs (c) Ts
t
I Ud / R
6 4 2
0
uo (t ) Uo −U o RC
Ud ipk = D1TS L
iL (t )
+
L
D
+ u L (t ) − + uG −
u L (t ) Ud
Ud −
T
iC (t ) C
+ R u o (t )
−
D1Ts
D2Ts Ud −Uo
D3Ts
Ts
t
iD
1 = TS
∫
TS
0
iD (t )dt
i (t )
∫
TS
0
1 iD (t )dt = ipk D2TS 2
uL = 0, i = 0 uo (t ) iC (t ) = − R
采用线性纹波近似，忽略输出电容 电压纹波，得到：
+ Ud
−
i (t )
L
iC (t )
C
u L (t )
+ u L (t ) −
+ R u o (t )
−
i (t )
Ud
D1Ts
D2Ts Ud −Uo
D3Ts
Ts
t
(a)
i (t )
第2章 直流－直流变换技术
2.3 直流升压变换电路（Boost电路）
¾ Boost变换器电感电流连续时的工作情况 ¾ Boost变换器电感电流断续时的工作情况
第2章 直流－直流变换技术
2.3.1 Boost变换器电感电流连续时的工作情况
iL (t )
+ Ud
−
L
1
+ u L (t ) −
2 iC (t )
Ud
−
Ts D2Ts
t
D1Ts
D3Ts
i (t ) + Ud −
L
(b)
iC (t )
C +
ipk
Ud −Uo L
+ u L (t ) −
R
< iD >
uo (t ) −
0
DTs
Ts D2Ts
t
(c)
D1Ts
D3Ts
第2章 直流－直流变换技术
（c）子区间3，( D1 + D2 )TS
< t < TS ，晶体管和二极管均处于截止态
1 ⎛1 ⎞ U d D1 D2TS = ⎜ ipk D2TS ⎟ = 2L TS ⎝ 2 ⎠
iD (t )
Ud L
Ud −Uo L
0
ipk
DTs
Ts D2Ts
t
D1Ts
D3Ts
iD
ipk
Ud −Uo L
U d D1 D2TS U o = 2L R
∫
TS 0
uG
0
⎛ U ⎞ ⎛ U ⎞ iC (t ) dt = ⎜ − o ⎟ DTS + ⎜ I − o ⎟ D ' TS R ⎠ ⎝ R ⎠ ⎝
Dts
Ts
uL (t ) 0
Ud DTs D 'Ts Ud −UO (a) t
应用电容充电平衡原理
U − o ( D + D ') + ID ' = 0 R
C
uL (t ) Ud
+ u L (t ) −
+ R u o (t )
−
i (t )
D1Ts
D2Ts Ud −Uo
D3Ts
Ts
t
(a)
i (t )
+
L iC (t ) C R + uo (t )
−
iD (t )
0
Ud L
Ud −Uo L DTs
ipk
+ uL (t ) −
uL (t ) ≈ U d − U O UO iC (t ) ≈ i (t ) − R
K=
0.15
2L RTS
和
K crit ( D ) = DD '2
0.15
1 4 K crit ( ) = 3 27
0.1
0.1 K crit ( D)
DCM K < K crit
CCM K > K crit
K
0.05
0.05
0 0.0 0.2 0.4 D 0.6 0.8 1.0
0 0.0 0.2 0.4 D
−
Ud −
T
iC (t ) C
+ u L (t ) −
（b）采用实际器件MOSFET和二极管
（b）开关置于2时
第2章 直流－直流变换技术
（a）开关置于1时
iL (t )
+ Ud
−
uL = U d iC = − uo R
L
iC (t )
C
uG
+ u L (t ) −
+ R uo (t )
−
0
Dts
Ts
t
i (t )
D1 + D2 Uo = Ud D2
0
Ud L
Ud −Uo L DTs
ipk
Ts D2Ts
t
D1Ts
iD (t )
D3Ts
ipk
Ud −Uo L
< iD > 0 DTs
Ts D2Ts
t
D1Ts
D3Ts
第2章 直流－直流变换技术
uo (t ) iD (t ) = iC (t ) + R Uo iD = R
+
L iC (t ) C R + u o (t )
−
iD (t )
0
Ud L