电力电子复习题

主要损耗:通态损耗.断态损耗

开关损耗《开通损耗.关断损耗》。

通态损耗是器件功率损耗的主要成因。

器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。

电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：

半控型器件（Thyristor）

——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。

全控型器件（IGBT,MOSFET)

——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。

不可控器件(Power Diode)

——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。

按照驱动电路信号的性质，分为两类：

电流驱动型

——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。

电压驱动型

——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。

电力二极管的主要类型

1) 普通二极管

2) 快恢复二极管

3. 肖特基二极管

晶闸管的门极触发电流是从门极流入晶闸管，从阴极流出的

电流定额

1通态平均电流I T(AV）

2维持电流I H

3擎住电流I L

4浪涌电流I TSM

动态参数

除t gt和t q

断态电压临界上升率d u/d t

——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。

——电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通。

通态电流临界上升率d i/d t

——指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。

——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。

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

GTR的二次击穿现象与安全工作区

一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，I c迅速增大。

只要I c不超过限度，GTR一般不会损坏，工作特性也不变。

二次击穿：一次击穿发生时，I c突然急剧上升，电压陡然下降。

常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变。

安全工作区

最高电压U ceM、集电极最大电流I cM、最大耗散功率P cM、二次击穿临界线限定

绝缘栅双极晶闸管综合了GTR和MOSFET的优点，因此具有良好的特性。

用双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构。

绝缘栅双极晶体管

擎住效应或自锁效应：

——NPN晶体管基极与发射极之间存在体区短路电阻，P形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降，相当于对J3结施加正偏压，一旦J3开通，栅极就会失去对集电极电流的控制作用，电流失控。

动态擎住效应比静态擎住效应所允许的集电极电流小。

其他新型电力电子器件

1.MOS控制晶闸管MCT

2.静电感应晶体管SIT

3.静电感应晶闸管SITH

4.集成门极换流晶闸管

5.功率模块与功率集成电路

过电压的产生

外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因

操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起

雷击过电压：由雷击引起

保护：RC过电压抑制电路

内因过电压：主要来自电力电子装臵内部器件的开关过程

换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由

线路电感在器件两端感应出过电压。

关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。

保护：采用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻，硒堆和转折二极管（BOD）等非线性器件来限制或吸收过电压

使变流器工作于有源逆变状态的条件：直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路的直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角а>π/2,使U d为负值。

逆变运行时，一旦发生换流失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。

防止方法：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角β等

静态均压措施：

选用参数和特性尽量一致的器件。

采用电阻均压，R p的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。

动态均压措施：

选择动态参数和特性尽量一致的器件。

用RC并联支路作动态均压。

采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间的差异。

均流措施：

挑选特性参数尽量一致的器件。

采用均流电抗器。

用门极强脉冲触发也有助于动态均流。

当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。

降压斩波电路

工作原理

t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o=E，负载电流i o按指数曲线上升。

t =t 1时控制V 关断，二极管VD 续流，负载电压u o 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。 通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。 负载电压平均值：

负载电流平均值：

升压斩波电路

工作原理

假设L 和C 值很大。

V 处于通态时，电源E 向电感L 充电，电流恒定I1，电容C 向负载R 供电，输出电压Uo 恒定。 V 处于断态时，电源E 和电感L 同时向电容C 充电，并向负载提供能量。

输出电流的平均值I o 为：

电源电流的平均值I o 为：

单相交流调压电路的谐波分析

（电阻负载） 由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波。

基波和各次谐波有效值

负载电流基波和各次谐波有效值

电流断续时的波形 E V + - M R L V i E u

i t

t t O O O b)电流连续时

的波T E

i t t i i i I I t u O O O t t

t T E E i i t t i t i i I t t u E a) E E T t E t t t U α==+=on off on on o R E U I M

o o -=R E R U I β1o o ==R E I E U I 2o o 11β==E t T E t t t U off

off off on o =+=∑∞=+=

,5,3,1o )

sin cos ()(n n n t n b t n a t u ωωω22

on 21n

n b a U +=R

U I /on on =