第1章电力电子装置
新能源电源变换技术 第1章 电力电子电源中的功率器件
内容
电力电子电源中的功率器件 ＤＣ－ＤＣ 变换器原理及应用 软开关技术 三相 ＡＣ－ＤＣ 整流电路及控制算法 逆变电源原理及应用
第一章 电力电子电源中的功率器件 功率电子器件概述 常见的功率开关器件 功率器件的驱动电路
1.1 功率电子器件概述
功率电子器件的发展方向：
电容效应：势垒电容、扩散电容
反向恢复特性：二极管在关断时刻，由于少数载流子存储效应，正向导通电流
IF不能立即消失，在短时间内存在反向（即由阴极到阳极）电流，这个时间称 作反向恢复时间。根据反向恢复时间的大小，可分为：普通二极管(trr较大， 适用于低频场合，如1kHz整流电路)；快速恢复二极管(trr < 5us，适用于高频 整流/斩波和逆变电路)；肖特基二极管(适用于50V以下低压高频型器件).
（3）高频功率器件： 如 MOSFET、快恢复二极管、肖特基二极管、SIT等
按导电载波的粒子
（1）多子器件： 如 MOSFET、肖特基二极管、SIT、JFET 等
（2）少子器件： 如 IGBT、 GTR、 GTO、快恢复二极管等
按是否可控
半控型：晶闸管
功率器件
门极可关断晶闸管(GTO)
全控型
双极性功率晶体管
1.3.2 隔离驱动电路
MOSFET及IGBT的驱动电路绝大部分采用光耦隔离。
开通过程的时间为零
关断过程的时间为零
1.1.2 开关器件的分类
按制作材料：Si功率器件、Ga功率器件、GaAs功率器件、SiC功率器件、GaN 功率器件及Diamond功率器件
按工作频率：
（1）低频功率器件： 如可控硅，普通二极管等；
（2）中频功率器件： 如 GTR、 IGBT、IGT/COMFET；
第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
1.1.3 电力电子器件的分类 1.1.4 本章内容和学习要点
华东理工大学
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念:
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
华东理工大学
1-7
注重对器件的保护：通常采用吸收（缓冲） 保护电路（ Snubber ）来限制器件的 du/dt 和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄 生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离：强、弱电系统之间电气 隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰， 提高可靠性。
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。
华东理工大学
1-6
1.1.2 应用电力电子器件系统组成
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。 在主电路
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
额定电流 —— 在指定的管壳温度和散热条件下， 其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应 按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留 有一定的裕量。 在工频正弦半波的情况下：
平均值 IF(AV) 有效值 1.57 IF(AV)
电力电子技术答案第五版(全)
电子电力课后习题答案第一章电力电子器件1、1 使晶闸管导通得条件就是什么？答:使晶闸管导通得条件就是:晶闸管承受正相阳极电压,并在门极施加触发电流(脉冲)。
或者UAK >0且UGK>01、2 维持晶闸管导通得条件就是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答:维持晶闸管导通得条件就是使晶闸管得电流大于能保持晶闸管导通得最小电流,即维持电流。
1、3 图1－43中阴影部分为晶闸管处于通态区间得电流波形,各波形得电流最大值均为Im ,试计算各波形得电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。
解:a) Id1=I1=b) Id2=I2=c) Id3=I3=1、4、上题中如果不考虑安全裕量,问100A得晶阐管能送出得平均电流Id1、Id2、Id3各为多少?这时,相应得电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?解:额定电流IT(AV)=100A得晶闸管,允许得电流有效值I=157A,由上题计算结果知a) Im1A, Id10、2717Im189、48Ab) Im2 Id2c) Im3=2I=314 Id3=1、5、GTO与普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?答:GTO与普通晶阐管同为PNPN结构,由P1N1P2与N1P2N2构成两个晶体管V1、V2,分别具有共基极电流增益与,由普通晶阐管得分析可得,就是器件临界导通得条件。
两个等效晶体管过饱与而导通;不能维持饱与导通而关断。
GTO之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,就是因为GTO与普通晶闸管在设计与工艺方面有以下几点不同:l)GTO在设计时较大,这样晶体管V2控制灵敏,易于GTO关断;2)GTO导通时得更接近于l,普通晶闸管,而GTO则为,GTO得饱与程度不深,接近于临界饱与,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小,门极与阴极间得距离大为缩短,使得P2极区所谓得横向电阻很小,从而使从门极抽出较大得电流成为可能。
电力电子技术课后习题-第一章
第1章电力电子器件填空题：1.电力电子器件一般工作在________状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。
3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为________。
6.电力二极管的主要类型有________、________、________。
7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为____ 正向有触发则导通、反向截止____ 。
9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。
10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。
11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。
14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。
15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。
16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。
17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。
电力电子填空题
第1章电力电子器件1.电力电子器件一般工作在__开关__状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为__通态损耗__，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为__开关损耗__。
3.电力电子器件组成的系统，一般由__控制电路__、_驱动电路_、_主电路_三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加_保护电路__。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为_单极型器件_ 、_双极型器件_ 、_复合型器件_三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为_承受正向电压导通，承受反相电压截止_。
6.电力二极管的主要类型有_普通二极管_、_快恢复二极管_、_肖特基二极管_。
7.肖特基二极管的开关损耗_小于_快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为__正向电压门极有触发则导通、反向电压则截止__ 。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL__大于__IH 。
10.晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDSM_大于__Ubo。
11.逆导晶闸管是将_二极管_与晶闸管_反并联_〔如何连接〕在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的__多元集成__结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的_截止区_、前者的饱和区对应后者的__放大区__、前者的非饱和区对应后者的_饱和区__。
14.电力MOSFET的通态电阻具有__正__温度系数。
15.IGBT 的开启电压UGE〔th〕随温度升高而_略有下降__，开关速度__小于__电力MOSFET 。
16.按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为_电压驱动型_和_电流驱动型_两类。
17.IGBT的通态压降在1/2或1/3额定电流以下区段具有__负___温度系数，在1/2或1/3额定电流以上区段具有__正___温度系数。
电力电子技术学习指导
第一章电力电子器件重点和难点：一、电力二极管特性静态特性主要是指其伏安特性，而动态特性是由于结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向偏置和反向偏置者三种状态之间转换的时候，必然要要经历一个过渡过程，在这些过渡过程中，PN结的一些区域是需要一定的时间来调整其带电的状态，因而其电压－电流特性不能用通常所说的伏安特性来描述，而是随时间变化的；电力二极管的正向平均电流是指其长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下其允许流过的最大公频正旋半波电流的平均值；电力二极管的正向压降是指在指定的温度下，流过某一指定的稳定正向电流时对应的正向压降。
二、晶闸管的工作原理参见教材P16，当对晶闸管施以正向电压且门极有电流注入则导通，当对其施以反相电压时晶闸管截止，而把正向电压改为反向电压或使的流过晶闸管的电流降低到接近与零的某一个数值时晶闸管关断。
三、MOSFET、IGBT的工作原理1、电力MOSFET的工作原理（1）截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。
P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
（2）导电：在栅源极间加正电压U GS,当U GS大于U T时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。
2、IGBT的结构和工作原理（1）三端器件：栅极G、集电极C和发射极E（2）驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压u GE 决定。
导通：u GE大于开启电压U＝GE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。
通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。
关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。
四、电力二极管工作原理电力二极管工作原理与信息电子电路中的二极管的工作原理时一样的，都是以半导体PN结为基础的，电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。
《电力电子技术》习题答案(第四版,
第1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：uAK>0且uGK>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。
第2章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0和60时的负载电流Id，并画出ud与id波形。
解：α＝0时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：考虑到初始条件：当ωt＝0时id＝0可解方程得：==22.51(A)ud与id的波形如下图：当α＝60°时，在u2正半周期60~180期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180~300期间释放，因此在u2一个周期中60~300期间以下微分方程成立：考虑初始条件：当ωt＝60时id＝0可解方程得：其平均值为==11.25(A)此时ud与id的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为2；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全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。
以下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。
电力电子毕业课程设计
电力电子毕业课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电力电子技术的基本原理，掌握常见电力电子器件的工作原理及应用。
2. 学生能掌握电力电子装置的设计方法，包括器件选型、参数计算和电路搭建。
3. 学生了解电力电子技术在新能源、电力系统和工业控制中的应用。
技能目标：1. 学生具备分析和解决实际电力电子工程问题的能力，能运用所学知识进行电路设计与调试。
2. 学生能运用相关软件（如PSPICE、MATLAB等）进行电力电子电路的仿真分析，提高实际操作能力。
3. 学生具备查阅相关技术文献、资料的能力，提高自学能力和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对电力电子技术的兴趣，激发创新意识和探索精神。
2. 学生能够关注电力电子技术的发展趋势，认识到其在国家能源战略和节能减排中的重要性。
3. 学生在课程实践中，培养严谨、负责的工作态度，提高沟通与协作能力。
本课程针对电力电子专业毕业生，结合学生特点和教学要求，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和工程素养。
通过课程学习，使学生具备电力电子技术的基本知识和技能，为未来的职业发展打下坚实基础。
同时，培养学生对电力电子技术的兴趣和责任感，为我国电力电子行业的发展贡献力量。
二、教学内容1. 电力电子器件原理及特性：包括二极管、晶体管、晶闸管、场效应晶体管等常见器件的工作原理、特性参数和应用领域。
教材章节：第1章 电力电子器件2. 电力电子变换电路：介绍AC-DC、DC-AC、DC-DC等基本电力电子变换电路的原理、拓扑结构及其应用。
教材章节：第2章 电力电子变换电路3. 电力电子装置设计：讲解装置设计方法、步骤，包括器件选型、参数计算、电路搭建等。
教材章节：第3章 电力电子装置设计4. 电力电子电路仿真：运用PSPICE、MATLAB等软件进行电力电子电路的仿真分析，提高学生实际操作能力。
教材章节：第4章 电力电子电路仿真5. 电力电子技术在新能源、电力系统和工业控制中的应用：分析各类应用实例，让学生了解电力电子技术的实际应用。
电力电子技术第一章
（第一章电力电子器件）电力电子技术——使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。
电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
主电路——在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。
半导体器件采用的主要材料是硅【电力电子器件的特征】1处理电功率的能力非常大，一般远大于处理信息的电子器件。
2电力电子器件一般都工作在开关状态。
3电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制和驱动。
4电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。
电力电子系统：由控制电路、保护电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
【电力电子器件的分类】1)按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为三类：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。
例：晶闸管全控型器件——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。
如IGBT、Power MOSFET、GTO、BJT。
不可控器件——不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路。
如电力二极管。
2)按照驱动电路信号的性质，可分为两类：电流驱动型,电压驱动型【电力二极管】PN结的单向导电性就是二极管的基本原理静态特性——主要是指其伏安特性动态特性——由于结电容的存在，电力二极管在通态与断态之间转换时，需经历一个过渡过程。
在此过渡过程中，其电压-电流特性随时间而变化，这就是电力二极管的动态特性，且专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。
正向平均电流I F(AV)：即额定电流，指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
正向平均电流I F(AV)的对应的有效值为1.57I F(AV) 【晶闸管】内部结构: 是PNPN四层半导体结构。
P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，P2区引出门极G。
四个区形成三个PN结：J1、J2、J3。
第1章 电力电子技术概论
2、 恒频、恒压逆变电源
3、 一般工业中电力传动用电源
4、 电力系统应用
5、 交通运输—如电力机车、电动汽车应用
6、 中高频感应加热电源
7、 电解、电镀用低压大电流电源
8、 其它应用—如超导储能\核聚变反应堆
用大容量的脉冲电源……
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1-5 课程教学计划
电力电子技术是电气工程及其自动化 专业、自动化专业的一门专业基础课， 主要研究各类变流装置的电磁现象、基 本工作原理、控制技术、设计计算方法 及技术经济指标。
采用不同的线性电路来模拟，进而利用线性电 路理论进行分析。
电路理论是电力电子电路研究的基础 返回
1-3 电力电子技术发展概况 电力电子技术的发展和电力电子器件 发展密切相关
.黎明期(1904-1957) .晶闸管时代（1957年－21世纪70年代） .全控器件大发展阶段（1970以来） .功率集成电路的兴起（1980年代末以来）
电力电子技术
Power Electronics
制作: 廖冬初 湖北工业大学 聂汉平 长江大学 刘晓红 湖南大学 刘小兰 郑州大学 2007-8-1
目录
1 电力电子技术概论
2 电力电子器件 3 DC/DC变换技术 4 DC/AC变换技术 5 AC/DC变换技术 6 AC/AC变换技术 7 软开关技术
•
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21 日上午1 1时55 分20.10. 2120.1 0.21
•
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月21日星期 三上午11时55分38秒11:55:3820.10.21
•
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 上午11时55分20.10.2111:55October 21, 2020
第1章 电力电子器件1(湖南大学电气院)
A
G K
IA
光强度
强
弱
O
UAK
a)
b)
光控晶闸管的电气符号和伏安特性
电力电子技术
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
G KK
A A G 外形a)
A
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K G
A
K 结构b)
电气图c)
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➢ 电力电子器件一般工作在开关状态 ➢ 电力电子器件常常需要信息电子电路来控
制 ➢ 电力电子器件的功率损耗通常比信息电子
电路器件的大
电力电子技术
二、电力电子器件的分类
➢ 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分 为三类：
（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（晶闸管） （2）全控型器件——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（MOSFET、IGBT） （3）不可控器件——不能用控制信号来控制其通断，因 此也就不需要驱动电路（二极管）
➢ 平板型封装的晶闸管，两个平面分别是阳极和阴极， 细长端是门极
电力电子技术
2.晶闸管的工作原理
2.1晶闸管的导通实验 A
G K
EA S1
EG S2
➢A、K接正向电压，灯泡不燃亮 ➢A、K接正向电压，G、K接负电压，灯泡不燃亮 ➢A、K接正向电压，G、K接正电压，灯泡燃亮 ➢A、K接负向电压，灯泡不燃亮 ➢A、K接负向电压，无论G、K接何种电压灯泡不燃亮 ➢灯泡燃亮后，撤除G、K间电压或G、K间接负向电压，灯泡仍然燃亮 ➢灯泡燃亮后，撤除A、K间电压或A、K接负向电压，灯泡熄灭
量时，求选择晶闸管的电流定额
IT(AV)
第1章电力电子器件
电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新
施加正向电压为止定义为器件的电路换向关断时
间toff。反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间 tgr之和。
toff=trr+tgr
1.2.4 晶闸管的主要参数
1、额定电压UTn
（1）正向重复峰值电压UDRM 在控制极断路和正向阻断条件下，可重复加在晶闸管两端 的 正 向峰值 电 压 。 规 定 此电压 为 正向不 重 复峰值 电 压 UDSM的80%。 在控制极断路时，以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。 此电压取反向不重复峰值电压URSM的80%。
GTO处于临界饱和状态。这为门极负脉冲关断阳
极电流提供有利条件。
（2）关断过程
当GTO已处于导通状态时，对门极加负的关断脉冲，形 成－IG ，相当于将IC1 的电流抽出，使晶体管N1P2N2 的基 极电流减小，使IC2 和IK 随之减小，IC2 减小又使IA 和IC1 减 小，这是一个正反馈过程。当IC2和IC1的减小使α1+α2<1时， 等效晶体管N1P2N2 和P1N1P2 退出饱和，GTO不满足维持 导通条件，阳极电流下降到零而关断。
1.1 功率二极管
1.1.1 功率二极管的结构和工作原理 1、功率二极管的结构
2、功率二极管的工作原理
由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单 向导电、反方向阻断的电力电子器件。
1.1.2 功率二极管的伏安特性
ID
U R0 U RSMU RRM
0
I RR I RS
UD
I dD
1.1.3 功率二极管的主要参数
倍的安全裕量。
3、维持电流IH
第一章 DJDK-1 型 电力电子技术及电机控制实验装置和各挂件简
第一章DJDK-1 型电力电子技术及电机控制实验装置简介1-1 控制屏介绍及操作说明一、特点(1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》、《控制理论》等课程所开设的主要实验。
(2)实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资。
实验装置只需三相四线的电源即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。
(3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全。
装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。
(4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观。
实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成设备损坏。
电路连接方式安全、可靠、迅速、简便。
除电源控制屏、挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。
电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便。
实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。
(5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实保护操作者的安全，为开放性的实验室创造了安全条件。
(6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。
(7)实验线路选择典型线路，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。
二、技术参数(1)输入电压三相四线制 380V±10% 50Hz(2)工作环境环境温度范围为-5—40℃,相对湿度<75%,海拔<1000m(3)装置容量：＜１.5kVA(4)电机输出功率:＜200W(5)外形尺寸：长×宽×高=1870㎜×730㎜×1600㎜图1-1 DJDK-1 电力电子技术及电机控制实验装置外形图1-2 DJK01电源控制屏电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源。
电力电子技术 第五版 (王兆安 刘进军 着) 机械工业出版社
开关速度低，为电流驱动，所需 驱动功率大，驱动电路复杂，存 在二次击穿问题
GTO
电压、电流容量大，适用于大功率场 合，具有电导调制效应，其通流能力 很强
电流关断增益很小，关断时门极 负脉冲电流大，开关速度低，驱 动功率大，驱动电路复杂，开关 频率低
案 0
π
答ud
2π
ωt
后0
π
2π
ωt
课
id
0
π
2π
ωt
当α＝60°时，在 u2 正半周期 60°~180°期间晶闸管导通使电感 L 储能，电感 L 储藏的
能量在 u2 负半周期 180°~300°期间释放，因此在 u2 一个周期中 60°~300°期间以下微分方程
成立：
L d id = dt
2U 2 sin ωt
GTO 驱动电路的特点是：GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅 值和陡度，且一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和 陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。
电力 MOSFET 驱动电路的特点：要求驱动电路具有较小的输入电阻，驱动功率小且 电路简单。
对于电感负载：（α ~ π＋α）期间，单相全波电路中 VT1 导通，单相全控桥电路中 VT1、VT4 导通，输出电压均与电源电压 u2 相等；（π＋α ~ 2π＋α）期间，单相全波电 路中 VT2 导通，单相全控桥电路中 VT2、VT3 导通，输出波形等于− u2。
因为单相全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
案 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。 答 以下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。 后 ① 以晶闸管 VT2 为例。当 VT1 导通时，晶闸管 VT2 通过 VT1 与 2 个变压器二次绕组
电力电子装置及系统重点
第1章绪论1.图1.1电力电子装置及其控制系统2.电力电子装置的主要类型：整流器、直流斩波器、逆变器、交流调压器、静态开关。
3.电力电子装置的应用概况：A.直流电源装置;通信电源，充电电源，电解、电镀直流电源，开关电源。
B.交流电源装置;交流稳压电源，通用逆变电源，不间断电源UPS。
C.特种电源装置：静电除尘用高压电源，超声波电源，感应加热电源，焊接电源。
4.半导体电力电子开关器件：电力二极管：晶闸管：图1.2半导体二极管图1.3晶闸管符号及接法图1.4GTO的符号电力晶体三极管：电力场效应晶体管：图1.5BJT的符号图1.7 P-MOSFET的符号和等效电容绝缘门极双极型晶体管IGBT：图1.8IGBT等效电路及其符号图1.9IGBT管擎住效应原理图5.从不同角度对电力电子器件进行分类A.按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：（1）半控型器件：晶闸管及其派生器件（2）全控型器件：IGBT,MOSFET，GTO,GTR（3）不可控器件:电力二极管B.按照驱动信号的波形（电力二极管除外）（1）脉冲触发型：晶闸管及其派生器件（2）电平控制型：（全控型器件）IGBT,MOSFET，GTO,GTRC.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类：（1）单极型器件：电力MOSFET，功率SIT,肖特基二极管（2）双极型器件：GTR,GTO,晶闸管，电力二极管等（3）复合型器件：IGBT,MCT,IGCT等D.按照驱动电路信号的性质，分为两类：（1）电流驱动型：晶闸管，GTO，GTR等（2）电压驱动型：电力MOSFET,IGBT等6.MCT和IGCT：在晶闸管结构中引进一对MOSFET管，通过这一对MOSFET管来控制晶闸管的开通和关断就组成了MCT。
集成门极换流晶闸管IGCT又称为发射极关断晶闸管ETO，实际上IGCT就是把MCT 中的MOSFET管从半导体器件内部移到外部来，即在晶闸管壳的外部装设环状的门极，再配以外加集成MOSFET实现体外MCT的功能。
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系统的最优结 构与协调运行 故障监测与诊断
敏感对象对 干扰的敏感 度是多少
其他问题
经济性、可靠性 功率因数校正
电力电子装置及系统
2
前言
前言
电力电子技术的研究内容
从应用层面看电力电子技术的研究内容 从 应 用 层 面 来 看
开关型电力电子电源
开关型电力电子补偿控制器
太 阳 能 光 伏 发 电 系 统
il
输 出 反 馈
控制 理论
概述 研制
电力 电子 装置
器件
微电子 技术
电力电子装置及系统
运行指令
电力电子装置及其控制系统框图 概述 研制 器件
电力电子装置及系统
绪论
绪论
1.1 电力电子装置及系统概述
3、电力电子装置的类型 AC/DC变换器 DC/DC变换器 DC/AC变换器 AC/AC变换器 静态开关
概述 研制 器件
电力电子装置及系统
电力电子装置及系统
1.2 电力电子装置的研制
2、文献检索
绪论
1.2 电力电子装置的研制
2、文献检索——数字资源
如何利用华科的图书馆数字资源 我校图书馆数字资源使用规则：
绪论
SCI(《科学引文索引》，Science Citation Index) 美国科学情报研究所出版。收录全世界出版的自然科 学的核心期刊。全面覆盖全世界最重要和最有影响力的研 究成果。选取期刊、论文标准较其他刊物严格。 EI(《美国工程索引》 , The Engineering Index ) 美国工程情报公司出版。以检索程序简便、直观、信 息量大而倍受科技人员的青睐，更关注各国工程技术类期 刊及论文。 ISTP（ 《科学技术会议录索引》） 美国科学情报研究所编制，主要收录国际上著名的科 技会议文献。
概述 研制 器件
电力电子装置及系统
1.1 电力电子装置及系统概述
AC/DC 变换器（整流器）
具有不控、半控、全控等控制方式以及桥式、双半波等结构。 传统的不控和相控整流方式，控制简单、效率高，但具有滞后的 功率因数，且输入电流中低次谐波含量较高，对电网污染大。
目前，使输入电流波形接近正弦、功率因数接近1的高频整流器 以及各种功率因数校正（PFC）器正逐步应用于整流装置中。
电力电子装置及系统
概述
研制
器件
电力电子装置及系统
5
1.1 电力电子装置及系统概述
AC/AC变换器
1.1 电力电子装置及系统概述
静态开关
用于将一种规格的交流电变换为另一种规格的交流电。输入和 输出频率相同的称为交流调压器，频率发生变化的称为周波变 换器或变频器。 AC/AC变换器目前仍以相控方式为主，主要用 于调光、调温及低速大容量交流调速系统。中、小容量电机驱 动变频器大多采用交－直－交间接变换。基于 PWM理论的矩阵 变换和许多高频链变换方式近来相继被提出，目前正处在研究 阶段。
概述 研制 器件
绪论
电力电子技术，月刊，核心期刊； 电气传动，月刊，核心期刊； 中国电机工程学报，旬刊，核心期刊； 电工技术学报，月刊； 国际电力电子及运动控制大会IPEMC，中日韩每三 年一轮回； 中国电源学会学术年会，每两年一次； 全国高校电力电子与电力传动学术年会，每年一次。
电气与电子工程学院 应用电子工程系
Morris Driels.线性控制系统工程. 北京: 清华大 学出版社 Internet
电力电子装置及系统 电力电子装置及系统
2012年4月
学时与学分：40/2.5，A组专业核心选修课 。 考试形式：半开卷，即只允许带教材和课件。 考试内容：上课内容。 答疑时间：取消考前答疑，上课期间每周周五下 午3:00～5:00在C3-104和202。 前 言 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章
研究的角度
研究的内容
模拟PWM信号 数字PWM信号 模型的建立
②
控 制 技 术 研 究
如何产生电 路所希望的 控制信号 如何提高变 换器的性能 如何提高变 换的效率 如何实现智 能化
静态指标、动态 指标、稳定性分 析与校正 新的控制方法 数字化、网络化
电力电子装置及系统
电力电子装置及系统
前言
前言
研究的角度
电力电子装置及系统
主讲教师：朝泽云[C3-104，87543071-823] 课件地址： dldzzz@ 教 材： 杨荫福.电力电子装置及系统.北京:清华 大学出版社.2006 (2007年5月第2次印刷) 参考文献： 陈坚. 电力电子学-电力电子变换和控制技术.高等 教育出版社. 2011年6月第3版
D S2 B S4
基本逆变电路
主 电 路
研制
电 磁 兼 容
控 制 系 统
结 构 设 计
逆变电源装置 电力电子装置的设计流程
电力电子装置及系统
概述
概述
研制
器件
电力电子装置及系统
6
1.2 电力电子装置的研制
1、电力电子装置的设计流程
要求科研设计人员： （1）具有文献检索、阅读、标记、管理能力；
绪论
1.2 电力电子装置的研制
2、文献检索——文献分类与检索方法
绪论
（2）精通Pspice、Saber、Matlab、Psim等仿真软件； （3）熟练掌握Protel、Visio、AutoCAD等绘图软件； （ 4 ）熟练使用万用表、示波器、兆欧表、谐波测试仪、 绝缘测试仪等检测仪表。
概述
研制
器件
电力电子装置及系统
概述
研制
器件
电力电子装置及系统
又称无触点开关， 又称无触点开关 ，可控电力开关 可控电力开关。 。 静态开关通、 静态开关通 、断时没有触点动作 断时没有触点动作， ，从而消除了电弧的危害 从而消除了电弧的危害。 。且静 态开关由电子电路控制， 态开关由电子电路控制 ，自动化程度高 自动化程度高。 。
静态开关 继电器 接触器 研制 器件
电力电子装置及系统
概述
研制
器件
电力电子装置及系统
概述
1.1 电力电子装置及系统概述
4、电力电子装置的应用概况
1.1 电力电子装置及系统概述
5、电力电子装置的发展前景 交流变频调速装置 绿色电力电子装置 新能源发电 电动车 信息与通讯 现代国防和前沿科学研究
直流电源装置 交流电源装置 特种电源装置 电力系统用装置 电机调速用装置 其它实用装置
电力电子装置及系统
①
拓 扑 结 构 研 究
如何实现希望 的电能变换 如何提高变 换器的性能 如何提高变 换的效率
如何提高变换 的功率
电力电子装置及系统
前言
前言
电力电子技术的研究内容
从技术层面看电力电子技术的研究内容 从 技 术 层 面 来 看 ①拓扑结构研究 ②控制技术研究 ③电磁兼容研究 ④装置与系统研究
概述 研制 器件
电力电子装置及系统
概述
研制
器件
电力电子装置及系统
1.2 电力电子装置的研制
1、电力电子装置的设计流程
专业基础 工程设计
技术要求 输入条件 ……
A S1 S3
绪论
1.2 电力电子装置的研制
1、电力电子装置的设计流程
绪论
输出参数 ……
L C
v0
E C
v1
R
技术指标 ……
?
散 热 系 统
器件
f1
Ps , Qs
f2
Pg , Qg
fr
Pm
Pr , Qr
Psc
开 关 型 电 力 电 子 补 偿 控 制 器
前言
谐波电压、电流补偿器 无功功率补偿器 有功功率补偿器 阻抗补偿控制器 节点电压控制器 瞬变电压抑制器 动态电压恢复器（DVR）
电力电子装置及系统
基于超导磁储能的双馈风力发电励磁系统的主电路
电力电子装置及系统
1－监控系统
2－功率调节系统
3－低温显示屏
4－超导磁体与冷却系统
5－实验用数据采集系统
电力电子装置及系统
35kJ/7.5kW直接冷却高温超导SMES系统外观图
Ga L
Gb
Gc +
前言
idc
ia ib ic
C
ua ub
ita itb uc
Ga Gb
itc
Gc
SC
电流源型变流器
电压源型变流器
教学内容 (40学时）
电力电子技术回顾 绪论 高频开关电源 逆变器(系统、装置） 不间断电源 UPS 直流直流变流装置 新能源发电系统与装置 电力系统用电力电子装置 电力电子装置的研制与试验
电力电子装置及系统
成绩评定方式 考试成绩和平时成绩综合评定: 作业(每周二交)与课堂抽查(20%) +考试(80%)
1.2 电力电子装置的研制
2、文献检索
与电力电子技术有关的国内学术期刊和会议：
绪论
1.2 电力电子装置的研制
与电力电子技术有关的国际学术期刊和会议：
电气与电子工程师学会 IEEE 电力电子学会、工业电子学会、工业应用学会 工程与技术学会IET IEEE Transaction on Industry Applications IEEE Transaction on Industry Electronics IEEE Transaction on Power Electronics IEEE Transaction on Energy Conversion IET Power Electronics IET Electric Power Applications IET Renewable Power Generation 电力电子专家会议PESC、应用电子会议暨博览会APEC、 工业电子学会年会IECON