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 H3擎住电流I L4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MCT2.静电感应晶体管SIT3.静电感应晶闸管SITH4.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 ui tt t O O O b)电流连续时的波T Ei t t i i i I I t u O O O t tt 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 Mo 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 offoff off on o =+=∑∞=+=,5,3,1o )sin cos ()(n n n t n b t n a t u ωωω22on 21nn b a U +=RU I /on on =电流基波和各次谐波标么值随 α变化的曲线（基准电流为α =0时的有效值）如图4-6所示。

060120180图4-6基波3次5次7次触发延迟角α/( °)I n /I */%20406080100（阻感负载）电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7…等次谐波。

随着次数的增加，谐波含量减少。

和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。

当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所减少。

在交流电源u1的正半周用V1进行斩波控制用V3给负载电流提供续流通道在交流电源u1的负半周用V2进行斩波控制用V4给负载电流提供续流通道特性电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为1。

电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T 有关的高次谐波。

功率因数接近1。

三相三线(1)0°≤ a <60°：三管导通与两管导通交替，每管导通180°－a 。

但a =0°时一直是三管导通。

（2）60°≤ a <90°：两管导 通，每管导通120°。

(3)90°≤ a <150°：两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为300°－2 a 。

交流调功电路交流调功电路不是在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制，而是将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。

因其直接调节对象是电路的平均输出功率，所以被称为交流调功电路。

交流电力电子开关把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用，这就是交流电力电子开关。

交流调功电路也是控制电路的接通和断开，但它是以控制电路的平均输出功率为目的的，其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。

逆变电路最基本的工作原理 ——改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。

R L 图4-7u 1i 1u o V 1V 2VD 1VD 2V 3V 4VD 4VD 3电阻负载时，负载电流i o 和u o 的波形相同，相位也相同。

阻感负载时，i o 相位滞后于u o ，波形也不同。

换流方式分类1) 器件换流利用全控型器件的自关断能力进行换流。

在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR 等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。

2) 电网换流电网提供换流电压的换流方式。

将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。

不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。

3) 负载换流（负载成电容性）4)强迫换流设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。

电压型逆变电路的特点(1)直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。

(2)输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。

(3)阻感负载时需提供无功功率。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。

全桥逆变电路共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。

两对桥臂交替导通180°。

输出电压合电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。

改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压U d 来实现。

ab t u o i o t 1 t 2图5-7 单相全桥逆变电路的tO t Ot Ot O t Ob uu u uui t t t i u三相电压型逆变电路基本工作方式每桥臂导电180°，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 °。

任一瞬间有三个桥臂同时导通。

每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流单相电流型逆变电路 电路原理由四个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管各串联一个电抗器，用来限制晶闸管开通时的d i /d t 。

工作方式为负载换相。

电容C 和L 、R 构成并联谐振电路。

输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波PWM 调制方式分为异步调制和同步调制。

1） 异步调制-----载波信号和调制信号不同步的调制方式（通常保持f c 固定不变，当f r 变化时，载波比N 是变化的；在信号波的半周期内，PWM 波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称；当f r 较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；当f r 增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大）2） 同步调制——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N 等于常数。

（基本同步调制方式，f r 变化时N 不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。