电力电子-陈坚-第五章整流
电力电子技术课程教学大纲
电力电子技术课程教学大纲SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-SANYHUASANYUA8Q8-《电力电子技术》课程教学大纲一、课程教学目标:通过教学应使学生掌握半导体器件的工作原理、特性参数、驱动电路及保护方法；特别是掌握晶闸管的特性参数；掌握晶闸管的可控整流、直流变换、逆变、交流变换等变换的原理及波形。
二、课程设置说明:电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论三门学科交叉形成的，在电力系统、电气工程和各类电子装置中应用广泛，是一门综合性很强的课程。
本课程学习之前，应具备高等数学、电路、电子技术、电机与电力拖动等方面的相关知识。
本门课程使用了多媒体课件教学，开设有多个教学实验三、课程性质:本课程是应用电子技术专业的主干必修课之一。
电力电子技术是弱电和强电之间的接口，是弱电控制强电的技术。
课程研究电力电子技术的分析与设计的基础知识，包括可控整流技术（单、三相，半控与全控，半波与全波）、电力电子器件及参数、有源逆变技术、触发电路、交流调压、无源逆变技术等。
通过对本课程的学习，使学生了解并掌握分析电力电子装置与设备设计的基本理论与基本方法，为相关后续课程的学习打下坚实的基础。
四、教学内容、基本要求和学时分配:本课程的教学内容包括：熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法；熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流-交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。
掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理。
了解电力电子技术的应用范围和发展动向。
掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。
第一章电力二极管与晶闸管（8学时）教学重点：电力二极管和晶闸管的工作原理、特性与参数教学内容：电力二极管、晶闸管、晶闸管的派生器件：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
第二章全控型电力电子器件（8学时）教学重点：门极可关断晶体管和电力晶体管教学内容：门极可关断晶闸管（GTO）、（GTO）电力晶体管、电力场控晶体管、绝缘栅双极型晶体管、静电感应晶体管、静电感应晶闸管。
电力电子陈坚资料精品文档
半导体电力二极管重要参数（续1）
二极管关断电压、电流波形
20
2.1.4 二极管的基本应用
整流 续流
D1
VAC ¡«
D2
VDC
D3
S
VS
LRiD NhomakorabeaD4
R
（a）整流
（b）续流
21
2.2 双极结型电力晶体管BJT
BJT(Bipolar Junction Transistor)或GTR(Giant Transistor)
Ⅰ
VGS2=8 Ⅱ
Ⅲ
V GS V GSth
(d)转移特性
V GS1=4 V GS=0
VBR VDS
(e)输出特性
P-MOSFET特性曲线
42
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT
IGBT结构和等效电路
C Rd
r
T1
B
A
G
T2
R br
E
43
2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT（续1）
符号、电路及静态特性
由额定电流和最大允许全周期均方根正向电流的公式，得：
I FR
1
Im
I Frms
1 2
Im
IFrms 2IFR1.57IFR
14
选择二极管电流定额的过程： 求出电路中二极管电流的有效值IFrms ； 求二极管电流定额IFR，等于有效值IFrms 除以
1.57； 将选定的定额放大1.5到2倍以保证安全。
C
C
I
G
E
(a)符号
Rg G Vg
Rd C IC
r
B
T1 A
整流电路电力电子
T
VT
id
a)
u1
u2 uV T ud
iV DR L
VDR R
u2
b)
O ud
t1
t
c)
O
t
id
d)
Id
O
t
iV T
Id
e)
O iV DR
-
+
t
f)
O
t
uV T
g)
O
t
3.1.2 单相桥式全控整流电路
VT 1
VT 3
1.带电阻负载的工作情况
➢ VT1和VT4组成一对桥臂，
在u2正半周承受电压u2，
通过器件的理想化，将电路简化为分段线性电路，分段进 行分析计算。对单相半波电路的分析可基于上述方法进 行：当VT处于断态时，相当于电路在VT处断开，id=0。 当VT处于通态时，相当于VT短路
计算公式：
1、平均电流计算公式
1T
I T 0 i(t)dt
2、电流有效值计算公式
IM
1 Ti2(t)dt T0
单相全波与单相 全控桥从直流输 出端或从交流输
入端看均是基本 一致的
u1 u1
i1 i1
T Tu2
VT1 VT1
uu22 VT2 u2 VT2
ud au)d
ud ud
O
R R
iO1ui11
T
i2 a u2
b
O
O
VT 2
VT 4
VT 1
VT 3
id
t u d R t
t t
➢两者的区别
图a)2-9
a)
单相全ui d波d 可形u控d ( i整d ) 流电路b)及b)波
电力电子技术课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲课程类别：专业基础课程性质：必修英文名称：Power Electronic Technology总学时：64讲授学时：48 实验学时：16学分：3.5先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术适用专业：自动化开课单位：信息工程学院自动化教研室一、课程简介《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生的一门专业基础课，是一门理论与应用相结合，实践性很强的课程。
它包括电力电子器件、电力电子变流技术以及以微电子技术和计算机为代表的控制技术三大组成部分。
本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标，培养学生的分析问题和解决问题的能力，为《运动控制》等后续课程以及从事与电气工程有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
二、教学内容及基本要求0 绪论（2学时）教学内容：0.1电力电子技术的定义0.2电力电子技术的发展历史(自学)0.3电力电子技术的内涵及其相关工业0.4电力电子技术所研究的基本问题0.5电力电子技术的主要内容0.6本课程的学习方法及考核方法教学要求：1.理解电力电子技术的定义，电力电子技术所研究的基本问题。
2.了解电力电子学科的发展历史、电力电子技术的内涵及其相关工业、电力电子技术的主要内容以本课程的学习方法及考核方法。
授课方式：讲授+自学第一章：电力电子器件（10 学时）教学内容：1.1电力电子器件概述1.2不可控器件——电力二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护1.8电力电子器件的串联和并联使用教学要求：1.掌握各种电力电子器件的基本特性、应用场合和使用方法。
2.理解各种全控型器件、半控型器件的工作原理和主要参数选择依据.3.了解典型触发、驱动和缓冲电路的组成、工作原理和特点。
《电力电子陈坚》课件
同事的尊敬。他平易近人，乐于助人，对学生关怀备至，是一位难得的
良师益友。
对电力电子领域的展望
技术发展
随着科技的进步，电力电子技术在未来将继续发挥重要作用。新型电力电子器件和系统的 研发将为该领域带来更多创新应用，如电动汽车、可再生能源和智能电网等领域。
跨界融合
未来电力电子技术将与其他领域进行更紧密的结合，如信息处理、控制理论等。这种跨界 融合将为电力电子技术的发展带来更多可能性，推动相关产业的进步。
人才培养
随着电力电子领域的发展，对高素质人才的需求将进一步增加。未来需要加强电力电子领 域的教育和培训工作，培养更多具备创新能力和实践经验的专业人才。
THANKS
感谢观看
安全性和可靠性
电力电子设备和系统的安全性和可靠性是关键问 题，需要加强研究和测试，确保设备和系统的稳 定性和可靠性。
成本和价格
电力电子设备和系统的成本和价格较高，需要加 强成本控制和技术创新，降低成本和价格，促进 普及和应用。
电力电子的未来发展方向
高效能
进一步提高电力电子设 备和系统的能效和性能 ，满足更高的能源转换 和利用要求。
有盛誉。他不仅在学术期刊上发表了大量高质量论文，还为电力电子技
术的发展做出了杰出贡献。
02
教学风格
陈坚教授的教学风格严谨而不失生动，他能够将复杂的理论知识以易于
理解的方式传授给学生。许多学生表示，通过陈坚教授的授课，他们对
电力电子技术有了更深入的理解。
03
人格魅力
陈坚教授不仅在学术和教学方面表现出色，他的人格魅力也深受学生和
晶体管
01
晶体管是电力电子技术中最基本的元件之一，具有控制电流大
小和方向的作用。
《电力电子技术》课程教学大纲
《电力电子技术》课程教学大纲一、课程教学目标:通过教学应使学生掌握半导体器件的工作原理、特性参数、驱动电路及保护方法；特别是掌握晶闸管的特性参数；掌握晶闸管的可控整流、直流变换、逆变、交流变换等变换的原理及波形。
二、课程设置说明:电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论三门学科交叉形成的，在电力系统、电气工程和各类电子装置中应用广泛，是一门综合性很强的课程。
本课程学习之前，应具备高等数学、电路、电子技术、电机与电力拖动等方面的相关知识。
本门课程使用了多媒体课件教学，开设有多个教学实验三、课程性质:本课程是应用电子技术专业的主干必修课之一。
电力电子技术是弱电和强电之间的接口，是弱电控制强电的技术。
课程研究电力电子技术的分析与设计的基础知识，包括可控整流技术（单、三相，半控与全控，半波与全波）、电力电子器件及参数、有源逆变技术、触发电路、交流调压、无源逆变技术等。
通过对本课程的学习，使学生了解并掌握分析电力电子装置与设备设计的基本理论与基本方法，为相关后续课程的学习打下坚实的基础。
四、教学内容、基本要求和学时分配:本课程的教学内容包括：熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法；熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流-交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。
掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理。
了解电力电子技术的应用范围和发展动向。
掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。
第一章电力二极管与晶闸管（8学时）教学重点：电力二极管和晶闸管的工作原理、特性与参数教学内容：电力二极管、晶闸管、晶闸管的派生器件：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
第二章全控型电力电子器件（8学时）教学重点：门极可关断晶体管和电力晶体管教学内容：门极可关断晶闸管（GTO）、（GTO）电力晶体管、电力场控晶体管、绝缘栅双极型晶体管、静电感应晶体管、静电感应晶闸管。
电力电子技术整流波形图
分析波形图的特征可以帮助我们了解电路的工作效率、稳定性以及可能存在的问题。例如，如果输出 电压的波形出现畸变，可能表明电路存在谐波干扰或热稳定性问题。
波形图的优化建议
根据对波形图的解读和特征分析，可以提出针对性的优化建 议。优化建议可能涉及电路参数的调整、元件的更换或改进 电路拓扑结构等。
实例二：三相整流波形图
总结词
三相整流波形图在电力电子技术中常用 于描述三相整流电路的工作状态。
VS
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
详细描述
三相整流电路通常用于大功率场合，如电 动机驱动、电网系统等。三相整流波形图 能够展示三相输入电压、输出电压和电流 的波形，帮助工程师了解电路的工作原理 和性能，并优化电路设计。
实例三：PWM整流波形图
更高效和更可靠
未来整流波形图将更加注重高效和可靠，通过优化控制策 略和改进电路拓扑结构，提高整流系统的稳定性和可靠性 。
更广泛的应用领域
随着电力电子技术的不断发展和应用领域的扩大，整流波 形图将应用于更多领域，如电动汽车、可再生能源、智能 电网等。
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电力电子技术整流波 形图
contents
目录
• 整流技术简介 • 整流波形图的基本概念 • 整流波形图的解析 • 整流波形图的应用实例 • 整流波形图的发展趋势与展望
01
整流技术简介
整流技术的定义
01
整流技术是一种将交流（AC）电 源转换为直流（DC）电源的电力 电子技术。
02
它通过利用二极管的单向导电性 ，将交流电的正负半周分别转换 为直流电的正负极。
单相、三相整流的输入电流、平均电流、电流有效值、峰值电流与输出电流的关系
单相、三相整流的输入电流与输出电流的关系简要分析单相和三相电容滤波不可控整流的输入电流、母线电流、输出电流之间的关系，最后给出简单的估算公式。
1、单相输入整流单相输入整流如下图1，δ为二极管的起始导电角，θ为导通角。
图1 电容滤波单相桥不控整流电路及波形（图形出处：《电力电子学---电力电子变换和控制技术》--陈坚）图中()2*sin()s v t Vs t ωδ=+，电流计算式如下：可以得到：变频器使用条件下，负载R 需要通过折算直流母线电流来确定。
sin δ约为母线电压最小值与额定值的比。
起始导电角、导通角、负载、电容间的关系如下表：sin()in t ωδ+。
（1）单相输入电流有效值忽略效率，假设输入功率等于输出功率，则Pin=Pout 。
Pin=Uin*Iin ，（电流电压均为有效值）。
*Uo*Io ，（Uo 为输出的线电压，Io 为输出电流）。
可得到*Io ，即单相输入的变频器，倍。
考虑功率因数时，Iin= *Io/cos γ。
（2）单相母线电流平均值in ，根据母线提供的功率等于输出功率，则**in d o o I I =，（S2变频器，Uin 为220V ，Uo 为220V ），2d o I I =，（ 1.22d o I I =） 单个二极管承受的电流平均值为母线电流平均值的一半。
（3）单相输入电流峰值输入电流类似与正弦波，只是导通角度减小，但周期和输入电压一致。
将输入电流的方向电流变为正后即为母线电流，所以输入电流峰值即为母线电流峰值。
输入电流峰值与负载和滤波电容有关，它们决定了导通角θ。
当负载在有感性负载如电机或直流电抗器的情况下，输入电流的波形类似于正弦半波。
函数y=Asin(wt)，通过积分计算可得到正弦半波的最大值与平均值的关系为2AV Ay π=，2AV MAX y y π=单相整流的输出电流周期为π，最大导通角为π，当导通角为θ时，2*AV MAXy y θππ=输出功率逆推得到母线电流平均值与波形计算值相等，d AV I y =，则输入电流最大值：()*in MAX o I I ππθ=考虑功率因数，则()**4cos o in MAX I I ππθλ=，（()*1.92*cos o in MAX I I πθλ=）根据经验，输入电流峰值为输出电流有效值的4-6倍左右，当有直流电抗器时，导通角度会增加，峰值会稍微降低。
单相、三相整流的输入电流、平均电流、电流有效值、峰值电流与输
单相、三相整流的输入电流与输出电流的关系简要分析单相和三相电容滤波不可控整流的输入电流、母线电流、输出电流之间的关系，最后给出简单的估算公式。
1、单相输入整流单相输入整流如下图1，δ为二极管的起始导电角，θ为导通角。
图1 电容滤波单相桥不控整流电路及波形（图形出处：《电力电子学---电力电子变换和控制技术》--陈坚）图中()2*sin()s v t Vs t ωδ=+，电流计算式如下：可以得到：变频器使用条件下，负载R 需要通过折算直流母线电流来确定。
sin δ约为母线电压最小值与额定值的比。
起始导电角、导通角、负载、电容间的关系如下表：sin()in t ωδ+。
（1）单相输入电流有效值忽略效率，假设输入功率等于输出功率，则Pin=Pout 。
Pin=Uin*Iin ，（电流电压均为有效值）。
*Uo*Io ，（Uo 为输出的线电压，Io 为输出电流）。
可得到*Io ，即单相输入的变频器，倍。
考虑功率因数时，Iin= *Io/cos γ。
（2）单相母线电流平均值in ，根据母线提供的功率等于输出功率，则**in d o o I I =，（S2变频器，Uin 为220V ，Uo 为220V ），2d o I I =，（ 1.22d o I I =） 单个二极管承受的电流平均值为母线电流平均值的一半。
（3）单相输入电流峰值输入电流类似与正弦波，只是导通角度减小，但周期和输入电压一致。
将输入电流的方向电流变为正后即为母线电流，所以输入电流峰值即为母线电流峰值。
输入电流峰值与负载和滤波电容有关，它们决定了导通角θ。
当负载在有感性负载如电机或直流电抗器的情况下，输入电流的波形类似于正弦半波。
函数y=Asin(wt)，通过积分计算可得到正弦半波的最大值与平均值的关系为2AV Ay π=，2AV MAX y y π=单相整流的输出电流周期为π，最大导通角为π，当导通角为θ时，2*AV MAXy y θππ=输出功率逆推得到母线电流平均值与波形计算值相等，d AV I y =，则输入电流最大值：()*in MAX o I I ππθ=考虑功率因数，则()**4cos o in MAX I I ππθλ=，（()*1.92*cos o in MAX I I πθλ=）根据经验，输入电流峰值为输出电流有效值的4-6倍左右，当有直流电抗器时，导通角度会增加，峰值会稍微降低。
电力电子学-陈坚课后习题答案
答案什么是半波整流、全波整流、半控整流、全控整流、相控整流、高频PWM整流[答：半波整流：整流器只在交流电源的半个周波输出整流电压，交流电源仅半个周期中有电流。
全波整流：整流器在交流电源的正、负半波都有直流电压输出，交流电源在正负半周期均有电流。
全控整流：指整流主电路中开关器件均为可控器件。
半控整流：指整流主电路中开关器件不全是可控器件，而有不控器件二极管。
相控整流：全控整流电路中的开关管为半控器件晶闸管，控制触发脉冲出现的时刻（即改变晶闸管的移相控制角的大小），从而控制负载的整流电压。
高频PWM整流：整流主电路中开关器件均为全控器件，采用高频PWM控制，即在一个电源周期内高频改变开关管的导通状况。
答案什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流位移因数（基波功率因数）和整流输入功率因数答：电压纹波系数RF：输出电压中全部交流谐波分量有效值V H与输出电压直流平均值V d 之比值，。
电压脉动系数S n：整流输出电压中最低次谐波幅值V nm与直流平均值V d之比Sn=Vnm/Vd基波电流数值因数：电流畸变因数也称基波电流数值因数，是基波电流有效值与总电流有效值之比，即基波电流位移因数DPF （基波功率因数）：输入电压与输入电流基波分量之间的相位角（位移角）的余弦，即整流输入功率因数PF ：答案三相桥式不控整流任何瞬间均有两个二极管导电，整流电压的瞬时值与三相交流相电压、线电压瞬时值有什么关系\答：共阴连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最正的那一相自然导通，把最正的相电压接到负载的一端；共阳连接的三个二极管中，三相交流相电压瞬时值最负的那一相自然导通，把最负的相电压接到负载的另一端。
因此，任何时刻负载得到的整流电压瞬时值是线电压的最大瞬时值。
答案单相桥全控整流和单相桥半控整流特性有哪些区别。
答：与单相全控桥相比，（1）在主电路上，半控整流少了两个晶闸管。
因而，触发装置较简单，较经济。
《电力电子装置与系统》课程介绍与教学大纲
《电力电子装置与系统》课程简介课程编号：06054936课程名称：电力电子装置与系统/ power electronics equipment and system学分：2学..时：32适用专业：电气工程及其自动化本科专业建议修读学期：7开课单位：电气与信息工程学院电气工程系先修课程：模拟电子数字电子自动控制原理电力电子技术考核方式与成绩评定标准：课程考核采用百分制。
课程考核成绩采用平时成绩+期终考试成绩相结合的方式，平时成绩占课程考核成绩的30%,平时成绩考核采用考勤、作业、课堂提问、实验和报告相结合的方式；期终成绩考核采用闭卷考试方式，期终考试成绩占课程考核成绩的70%。
教材与主要参考书目：《电力电子装置及系统》，杨荫福主编，清华大学出版社，2006《电力电子学一电力电子变换和控制技术》，陈坚主编，高等教育出版社，2002《电力电子技术》（第5版），王兆安主编，机械工业出版社，2009《开关电源设计》，王志强等译，电子工业出版社，2010内容概述：中文：本课程是电气工程及其自动化专业的专业选修课。
本课程主要内容包括功率器件、高频开关电源、逆变电源、谐振电源及无功补偿系统等常用电力电子装置方面的内容。
叙述了各种电力电子装置的工作原理，并结合实例给出了各种常用电力电子装置的设计思想及相应的控制原理框图。
通过本课程的学习，要求学生掌握各类常用电力电子装置及系统的结构及工作原理，掌握电力电子装置的设计方法，并能够运用所学知识进行常用电力电子装置的初步设计，同时，培养学生运用综合知识的能力和解决工程实际问题的能力。
英文：This course is a professional elective course in electrical engineering and automation. The main contents of this course include power devices, high-frequency switching power supply, inverter power supply, resonant power supply and reactive power compensation system and other commonly used power electronic devices. In addition,it describes the working principle of various power electronic devices, and gives the design ideas of various commonly used power electronic devices and the corresponding control block diagram. Through the study of this course, students are required to master the structure and working principle of various types of commonly used power electronic devices and systems, master the design method of power electronic devices, and be able to use the knowledge to carry on the preliminary design of commonly used power electronic devices, The ability to use comprehensive knowledge and the ability to solve practical problems.《电力电子装置与系统》教学大纲课程编号：06054936课程名称：电力电子装置与系统/ power electronics equipment and system学分：2学..时：32建议修读学期：7一、课程性质、目的与任务本课程是电气工程及其自动化专业的专业选修课，主要内容包括功率器件、高频开关电源、逆变电源等常用的电力电子装置与系统，介绍了常用电力电子装置的工作原理及其共性问题，并结合实例给出了电力电子装置的设计思想及相应的控制策略。
1496-整流变压器的阻抗对整流电路特性影响的相关计算
=
1 2π
[
π+ π +α+γ 2m π+ π +α
2m
m
2U cos( π ) sin( ωt − π )d( ωt )
2m
m
∫+ π + 3π +α 2m π+ π +α+γ
2U sin( ωt − 2π )d( ωt )] m
2m
= 2mU sin( π )cos( γ )cos( α + γ )
I=
1 3π
(
2π
−
γ
)I
d
（10）
ia1
=
43 γπ
sin(
γ 2
)I d
sin[ωt
−(α+
γ 2
)]
（11）
比较 A 相基波电流 ia1 与相电压 ua 的表达式，可
以发现基波功率因数角为
φ=α+ γ 2
（12）
[2] 王兆安，黄俊.电力电子变流技术（第四版）.北京：
机械工业出版社，2000:59～61
ξ = I1 = 12 sin( γ )
1
I γ 2 2π( 2π − γ )
总功率因数为：
cos ϕ = ξ cos φ
（13）
= 12 sin( γ ) cos( α + γ )
γ2
2
1 2π( 2π − γ )
（14）
虽然公式（12）、（13）、（14）是从变压器副边的
电流波形推导出来的，但如果不考虑变压器的空载电
关键词 整流变压器 阻抗 换相重叠角 功率因数
1．前言 在带有整流变压器的可控硅整流电路中，整流变
电力电子技术第五版课件整流电路
VT3上，此过程称为换相，亦称换流。
3.1.2 单相桥式全控整流电路
◆基本数量关系
☞整流电压平均值为：
p ww p a a U d1a p a2 U 2sitd n (t) 22 U 2co 0 s .9 U 2cos (3-15)
当a=0时，Ud0U2。a=90时，Ud=0。晶闸管移相范围为
d) O
Id wt
时的情况是一样的。
i VT
Id
√当u2过零变负时，VDR导通，ud 为零，此时为负的u2通过VDR向VT
e) O
i VD R f)
p-a
p+a
wt
施加反压使其关断，L储存的能量保
O u VT
wt
证了电流id在L-R-VDR回路中流通， g) 此过程通常称为续流。
O
wt
√若L足够大，id连续，且id波形接 近一条水平线 。
p
2p
ug
c) 0
☞晶闸管VT处于断态,id=0,ud=0,uVT=u2。
wt
☞在wt1时刻，即触发角a处 √ud=u2。
√L的存在使id不能突变，id从0开始增
wt 加。
ud
+
d) 0a
id
+
☞u2由正变负的过零点处，id已经处于减
wt 小的过程中，但尚未降到零，因此VT仍处
于通态。
e)
0
q
wt
☞wt2时刻，电感能量释放完毕，id降至
图3-4 单相半波带阻感负载有 续流二极管的电路及波形
3.1.1 单相半波可控整流电路
☞基本数量关系 √流过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IT分别为：
p a IdT 2p Id
《电力电子技术》教学大纲
《电力电子技术(jìshù)》教学大纲学时(xuéshí)：51 学分：3 适用(shìyòng)专业：电子(diànzǐ)信息工程一、课程的性质、目的(mùdì)和任务电力电子技术是电子信息工程专业的一门专业选修课。
其教学目的和任务：掌握各种主要的电力半导体器件的基本原理、特性及参数；熟悉AC/DC 变换技术及DC/AC变换技术的基本原理及主要变换方法；对AC/AC变换技术、电力电子装置作一般了解；能阅读常见的电力电子电路及设计简单电力电子电路。
二、课程教学的基本要求（1）了解新型电力电子器件；（2）理解可关断晶闸管；升降压变换电路；直流变换的PWM控制技术；电流型逆变电路；有源逆变电路；AC/AC变换电路；电力电子装置；（3）掌握电力二极管；晶闸管；电力晶体管；电力场效应管；绝缘栅双极型晶体管；电力电子器件的驱动与保护；DC/DC变换技术；DC/AC变换技术；整流电路；软开关技术。
三、课程教学内容（一）概述1．电力电子技术的发展2．电力电子技术的应用领域说明：本章为电力电子技术课程的一般介绍。
（二）电力电子器件1．电力电子器件概述电力电子器件基本模型与特性电力电子器件的种类2．电力二极管电力二极管及其工作原理电力二极管的特性参数3．晶闸管晶闸管及其工作原理晶闸管的特性参数晶闸管的派生器件4．可关断晶闸管可关断晶闸管及其工作原理可关断晶闸管的特性参数5．电力(diànlì)晶体管电力晶体管及其工作(gōngzuò)原理电力晶体管的特性(tèxìng)参数6．电力(diànlì)场效应管电力场效应管及其工作(gōngzuò)原理电力场效应管的特性参数7．绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管及其工作原理绝缘栅双极型晶体管的特性参数8．其它新型电力电子器件静电感应晶体管静电感应晶闸管 MOS控制晶闸管集成门换流晶闸管功率模块与功率集成电路9．电力电子器件的驱动与保护驱动电路保护电路缓冲电路散热系统说明：本章的重点是电力二极管、晶闸管、电力晶体管、电力场效应管的工作原理、特性、主要参数和使用方法。
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1
90 30
v AB d t 2VS sin t 30 d t
2
O
t
3
90 30
3
3
60o
(c)整流电压
Ⅱ Ⅲ
l 2 . 34 V S 1 . 35 V l
iA
O
Ⅰ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ
ID
t
(d)电流波形
电源相电压有效值 第5章 交流/直流变换器
60o
Ⅰ
(c)整流电压
Ⅱ Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅱ
ID
t
(d)电流波形
第5章 交流/直流变换器
11
相控整流电路
半控开关器件 晶闸管： 开通可控特性（承受正向电压，且有触发脉冲）
〃〃〃单向导电性
相控整流电路：实现AC－DC电能变换的晶闸管电路。
电路分析要点：晶闸管 开通时刻（满足导通条件时）
〃〃〃受到反压被强迫关断的时刻
a
2V R
S
sin t
2
d ( t )
V
S
sin 2 2
2R
晶闸管电流平均值Iav： I av
第5章 交流/直流变换器
1 2
I D 0 . 45
VS R
(
1 cos a 2
)
15
单相桥式全控整流
is
0
t
t
(4) 次级绕组电流有效值IS＝负载电流有效 值IL
L
P IL R VL IL VLIS
2
I
S S
V
L
sin 2 2
VS I
VS
表5.1 单相全波整流的电压、电流比值、功率因数与α的关系表 控制角α (度) 功率因数PF 0 1 30 0.971 60 0.898 90 0.707 120 0.427 150 0.17 180 0
第5章 交流/直流变换器
深度相控（深控）
17
三相桥式全控整流
基本工作原理
输出电压VD=VPN=VPO-VNO
6个自然换相点：
三相电压瞬时值最大的那一相上 管自然导通，换相点为1、3、5； 三相电压瞬时值最低的那一相下 管自然导通，换相点为2、4、6。
第5章 交流/直流变换器
18
三相桥式全控整流
VD 1
0
2 V S sin t d t 2
2
V S 0 . 9V S
VD不能调控， 为不控整流
vs
vAO vs vBO vs
特点：
正负半波均有输出； 两相电压通过变压器中心抽头得到；
O
2
t
一个电源周期TS中脉波数m=2，易滤波；
电源电流正、负对称，无直流分量； vD 性能优于单相半波不控整流
第5章 交流/直流变换器
VD 是控制角α的函数： α愈大VD愈小； 当α＝0， VD=VD0 为最大值； 当α＝π，VD=0；
α的移相范围：0～π
14
单相桥式全控整流
id
t
0
(2) 输出直流电流平均值ID: (3) 晶闸管电流的有效值IT :
IT 1 2
ID
VD R
0 .9
V S 1 cos R 2
计算：
VD
vA
2VS sin t d t 3 6 2
1
vB
3 5
vC
7
vA
2 / 3
1
150 30
VS 1.17VS
O t1
t3
t5
t7
t
特点：
直流平均值较高； vD脉动较小，脉动频率=3fs； is含有很大直流分量； 不能直接使用
3
30 交流/直流变换器 第5章 °
30° 60°
d Vlm sin t 30° t
Vlm cos 2.34V S cos
22
三相桥式全控整流
T6宽脉冲或双脉冲触发必要性
电阻性负载α＝90°时的波形
α>60o后vD、iD不连续； 导电宽度为120o-α<60o 整流电压平均值VD
I
S
I
L
1
a
2V R
S
VS sin t d ( t ) R
2
sin 2 2
2 IT
IS ID
IL ID
sin 2 2 ( )
2 (1 cos )
(5) 负载电阻上电压有效值VL：
VL
第5章 交流/直流变换器
3
第五章 交流/直流变换器（整流器） 5.1 整流的基本原理
5.2 负载性质对整流特性的影响
5.3 交流电路电感对整流特性的影响
5.4 相控整流电路输出电压的谐波分析 5.5 带平衡电抗器的双三相桥12脉波整流电路
5.6 相控有源逆变电路
5.7 相控整流及有源逆变晶闸管触发控制 5.8 三相高频PWM整流 5.9 整流器的类型和性能指标
id
0
相控整 流
t
vT
4
移相：实现“相控” 移相范围：这里0～180° 同步： 换相（换流） 第5章 交流/直流变换器
vT1
0
v
T1
v
T 4
t
13
单相桥式全控整流
基本量的计算
(1) 输出直流电压平均值Vd
v s V m sin t 2 V s sin t
v
d
（b）电源电压
t
vD
is iD
vD
iD
Vm
vD
iD
is iD
O
第5章 交流/直流变换器
t
is
（c）整流电压、电流
is
8
三相半波不控整流
原理及波形：
• 一个Ts中，A相D1、B相D3、C相D5依 次导电120°； • iA、iB、iC为120°脉宽的直流； • vD由三个相同脉波组成，脉波数m＝3
VD 3 1
/3
150 t1
v ab d t
V lm 1 cos 60
第5章 交流/直流变换器
α=120o 时 vD≡0→R 负 载 时 α 有效移相范围是0～120o。
23
相控整流电路电阻负载时的特性： iD与vD波形完全相同； 改变相控角α的大小，可控制整流电压平均值VD。 相控整流电路的特性： （1）与相控角α有关；
O
第5章 交流/直流变换器
iD1 is
（b）电源电压
vD
iD 2
vD
is
（c）整流电压、电流
t
7
单相桥式不控整流
原理及波形分析：
单相桥式不控整流动态演示
与两相半波电路相比：
相同点：vD波形、is波形；
vs
vs
2Vs sin t
Vm
多用两个二极管，但可略去有 O 中心抽头的变压器； 在中小容量不控整流领域 中应用广泛。 vD
第5章 交流/直流变换器
12
单相桥式全控整流
v
S
v T1 、T4g一组， T2 、T3 一组：两组间、 2 上下桥臂间触发脉冲相差180°电角 t 度。
0
v
d
工作原理
动态演示
同频/同周期、有协调的 相位关系→正常工作条件
0
t
名词术语
触发控制角α 导通角θ： 这里θ=π-α
vD=vAO, iA=iD
负半周：D1受反压截止，D2导通，
正的B 相电压加到负载两端，
vs
vAO vs vBO vs
O
2
t
（b）电源电压
vD=vBO, iB=iD
第5章 交流/直流变换器
vD
iD1 is
vD
iD 2
vD
O
is
（c）整流电压、电流
t
6
双半波不控整流
计算：整流电压直流平均值
电源线电压有效值
10
三相桥式不控整流
vPO
特点：
直流平均值高； 整流电压脉动频率=6fs，脉动 较小，易滤波； is为120°脉宽、且正负对称的 交流电，无直流分量； 广泛应用在较大功率的不控整 流中
O t1
vA
D1
vB
3
D3
vC
5
D5
vA 2Vs sin t
7
D1
D3
t 2
第5章
2 V sin 交流/直流变换器
1
S
t
2
d ( t ) V S
sin 2 2
IsR
16
单相桥式全控整流
(6) 功率因数PF
忽略开关管损耗→ 电源提供的有功功率＝负载有功功率P 电源视在功率 S=VS IS >有功功率
PF P S V
0
t
VD 2 2 2
1 2 Vs
a
2 V s sin td ( t ) VD0 1 cos a 2