《电力电子应用技术》第三版莫正康第4章
电力电子与电力传动课程设计
设计任务书一、设计题目：三相桥式全控整流电路电阻性负载二、设计条件：（1）电网：380V，50Hz；（2）晶闸管三相桥式全控整流电路；（3）负载阻值：20Ω；负载工作电压：50V~300V可调。
三、设计任务：（一）、主电路图设计：1．三相桥式全控整流电路电阻性负载工作原理分析：三相桥式是在三相半波电路的基础上发展而来的，它是由两组三相半波整流电路串联而成的，其中一组是共阴极，另一组是共阳极。
由于共阴极组在正半周导通，流经变压器的是正向电流；而共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流。
因此变压器绕组中没有直流磁动势，每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器绕组的利用率，因此在工业上得到了广泛的应用。
其电路图如图1所示：图1. 三相桥式全控整流电路电阻性负载主电路图下面结合电路图具体分析其工作原理及运行特点：（1）三相桥式全控整流电路在任何时候都必须有两个晶闸管同时导通，形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各一个，且不能为同一相器件。
（2）关于对触发脉冲相位的要求：①按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60︒。
②共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120︒，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120︒。
③同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180︒。
（3）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲。
可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双脉冲触发（常用）。
（4）三相桥输出的变压器二次线电压的整流电压。
d u 一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
（二）、电源变压器的设计：有主电路图的设计分析可知，在电阻性负载下，其自然换相点在30t ω=处，它是线电压cb u 与ab u 的交点，如图2所示。
可以看出，当60α≤时，电流连续。
电力电子技术(第3版)PPT 第一章 电力电子器件
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2021-6-26
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
2） 非线性电阻保护
硒堆由成组串联的硒整流片构成，如图所示为硒堆保护几种接 法。(a)图为单相时的接法。单相时用两组对接后再与电源并联； (b)、(c)为三相的接法，三相时用三组对接成Y形或用六组结成D形。
硒堆保护几种接法 a）单相连接 b）三相Y型连接 c）三相△连接
（1）电阻均流 如图b)所示，在并联的各晶闸管中串入一小电阻R是最简便的均流方
法。均流电阻R由下式决定： R (0.5 ~ 2)UT () I Ta
串入均流电阻R后，电流分配不均匀度可大大地改善，但因电阻上有损耗， 并且对动态均流不起作用，只适用于小功率场合。对于大电流器件的并联，均 流可领先各并联支路的快熔电阻、电抗器电阻和连接导线电阻的总和来达到。
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（1）静态均压（正反向阻断状态下的均压）
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（2）动态均压（开通过程与关断过程的均压）
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
IF
UROM URSM
+
_
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自β =0的起始点向左方计量。
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➢ 实现有源逆变的条件： 1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通 方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。 2）内部条件：晶闸管的控制角 > π /2，使Ud为 负值。 3）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连 续进行。 半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出 现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的电 动势，故不能实现有源逆变。
对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆 变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工
作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（converter）。
无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接
到普通负载，将在第七章介绍。
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直流发电机—电动机系统电能的流转
a）两电动势同极性EG >EM b）两电动势同极性EM >EG c）两电动势反极性，形成短路
图a M电动运转，EG>EM，电流Id从G流向M，M吸收电功率，相当于反 电势负载。
图b 回馈制动状态，M作发电运转，此时，EM>EG，电流反向，从M流 向G，M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能 反送给G。
VT VT VT 135
d1
T
iu
U
id L
n
V
-
W
M
+
VT 4 VT 6 VT 2 d2
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αu=g 0°
0
0 u2
0
1 13
62 2
β=0°
电力电子应用技术莫正康版主编
➢ 门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。
➢ 20世纪80年代以来，信息电子技术与电力电子 技术在各自发展的基础上相结合——高频化、全 控型、采用集成电路制造工艺的电力电子器件， 从而将电力电子技术又带入了一个崭新时代。
➢ 典型代表——门极可关断晶闸管、电力晶体管、 电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。
UCE间的关系。 • 分为四个区域：截止区、放大区、饱和区、击穿区。
三、IGBT的主要参数
1．集射极击穿电压BUCES 2．开启电压UGE（th） ：2—6V 3．通态压降UCE（on） ：2—3V 4．最大栅射极电压UGES：＜20V 5．集电极连续电流IC和峰值电流ICM
IGBT与MOSFET和GTR的比较
——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值 IGM之比称为电流关断增益。
off
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。
第三节 功率场效应晶体管
➢ 也分为结型和绝缘栅型（类似小功率Field Effect Transistor——FET）
电力MOSFET的工作原理 • 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。
• 导通：在栅源极间加正电压UGS
当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电 子浓度将超过空穴浓度，使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 。
3) 栅源电压UGS ——栅源之间的绝缘层很薄， UGS>20V将导致绝缘层击穿 。
电力电子技术第4版第4章 无源逆变电路
1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需分压电容器； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要接LC 滤波器，输出滤波器LC滤除逆变器输出电压中的高次 谐波。 4、应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
4.3.2 电压型单相全桥逆变电路
电路工作原理：
全控型开关器件
TTTTT动T和之121214(和和和和有亦信TT3)驱TTTT无然号44343与构 构同 同驱动，互成成时时动信T两补2(一一通通信对号，T3对对、、号桥时即) 的桥桥断断臂，，T1臂臂各。反；驱和T2，, 交替导通180°。
①半桥式逆变电路； ②全桥式逆变电路； ③推换式逆变电路； ④其他形式：如单管晶体管逆变电路。
4.1.2 逆变电路的分类
（3）根据换流方式分类 ① 负载换流型逆变电路； ② 脉冲换流型逆变电路； ③ 自换流型逆变电路。
（4）根据负载特点分类
① 非谐振式逆变电路 ② 谐振式逆变电路
4.1.2 逆变电路的分类
输出电流波形为矩形波，与 电路负载性质无关，而输出电压 波形由负载性质决定。
主电路开关管采用自关断器 件时，如果其反向不能承受高电 压，则需在各开关器件支路串入 二极管。
图4.4.1 电流型单相桥式逆变 电路及电流波形
4.4.1 电流型单相桥式逆变电路
2、参数计算：
将图4.4.1（b）所示的电流波形i0展开成傅氏级数,有
图4.3.1 电压型半桥逆变电路 及其电压电流波形
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
2、工作原理：
在一个周期内，电力晶体 管 周正T1和偏T，2的半基周极反信偏号，各且有互半补。
若负载为纯电阻，在[0,π] 期 T2通π2截间 ，]期止，T间1，T截1，则有止T驱，u20有动则=U驱信ud0动。号=-信在导Ud号[通π。导，, 动 信信 号若号 ，负截 由载止于为，感纯尽性电管负感载T，1有中T驱的2无动电驱 流i。不能立即改变方向，于 是 D1导通续流，u0=－Ud /2 。
华科电力电子第三版习题及解答
第1章复习题及思考题解答1.1 电力技术、电子技术和电力电子技术三者所涉及的技术内容和研究对象是什么？三者的技术发展和应用主要依赖什么电气设备和器件？答：电力技术涉及的技术内容：发电、输电、配电及电力应用。
其研究对象是：发电机、变压器、电动机、输配电线路等电力设备，以及利用电力设备来处理电力电路中电能的产生、传输、分配和应用问题。
其发展依赖于发电机、变压器、电动机、输配电系统。
其理论基础是电磁学(电路、磁路、电场、磁场的基本原理)，利用电磁学基本原理处理发电、输配电及电力应用的技术统称电力技术。
电子技术，又称为信息电子技术或信息电子学，研究内容是电子器件以及利用电子器件来处理电子电路中电信号的产生、变换、处理、存储、发送和接收问题。
其研究对象:载有信息的弱电信号的变换和处理。
其发展依赖于各种电子器件（二极管、三极管、MOS管、集成电路、微处理器电感、电容等）。
电力电子技术是一门综合了电子技术、控制技术和电力技术的新兴交叉学科。
它涉及电力电子变换和控制技术技术，包括电压（电流）的大小、频率、相位和波形的变换和控制。
研究对象：半导体电力开关器件及其组成的电力开关电路，包括利用半导体集成电路和微处理器芯片构成信号处理和控制系统。
电力电子技术的发展和应用主要依赖于半导体电力开关器件。
1.2 为什么三相交流发电机或公用电网产生的恒频、恒压交流电，经电压、频率变换后再供负载使用，有可能获得更大的技术经济效益？答：用电设备的类型、功能千差万别，对电能的电压、频率、波形要求各不相同。
为了满足一定的生产工艺和流程的要求，确保产品质量、提高劳动生产率、降低能源消耗、提高经济效益，若能将电网产生的恒频、恒压交流电变换成为用电负载的最佳工况所需要的电压、频率或波形，有可能获得更大的技术经济效益。
例如：若风机、水泵全部采用变频调速技术，每年全国可以节省几千万吨以上的煤，或者可以少兴建上千万千瓦的发电站。
若采用高频电力变换器对荧光灯供电，不仅电-光转换效率进一步提高、光质显著改善、灯管寿命延长3～5倍、可节电50%，而且其重量仅为工频电感式镇流器的10%。
浙江大学电力电子技术课件第4章第2部分(DC-AC)
uBO 2U d i1 = iT1 = 0, i3 = iT3 = iB = = , i5 = iT5 = 0 Rb 3R
• 入端电流
2U d iβ = i1 + i3 + i5 = 3R
定量分析－ 定量分析－1
• 输出相电压为六阶梯波，输出线电压为四阶梯波 输出相电压为六阶梯波，输出线电压为四阶梯波， 相电压为六阶梯波 线电压为四阶梯波 将它们用傅立叶展开： 将它们用傅立叶展开：
Ug
1 2 3 4 5 6
180o 60o
Ud/2
O’
uU uV uUV uUO
Ud
1 uo = (uU + uV + uW ) 3
叠加定理
uO
• 开关管驱动信号时序： 开关管驱动信号时序：
各桥臂上下开关管驱动脉冲相 位互补、为0.5占空比方波， 开关管S1～S6的开通时序依次 相差60度。
感性负载情况
U LL1 = 3U ph1 = 0.612maU d，U LL1m = 3U ph1m = 0.866maU d
• 输出线电压谐波分布
主要分布在mf±2、mf±4、2mf±1、2mf±5等次， 最值得考虑的线电压谐波次数为m 最值得考虑的线电压谐波次数为mf－2。
(a)ma = 0.8，mf >>1时三相SPWM
提高三相半桥逆变器输出抗不对称负载能力
在负载不对称情况下 输出电压的中性点偏移矢量示意图 i
d S1 D1 S3 D3 S5 D5
Ud/2
U S4 D4 S6
V D6 S2
W D2
Ud/2
负载U
负载V
负载W
O
三相四线输出的三相半桥SPWM逆变电路
UC3846脉宽调制高频开关稳压
课程设计说明书题目 UC3846脉宽调制高频开关稳压（院）系电气与信息工程系专业自动化班级学号学生姓名指导老师姓名完成日期 2008 年 6 月 10 日至2008 年 6 月 20 日湖南工程学院课程设计任务书课程名称：电力电子技术题目：UC3846脉宽调制高频开关稳压电源设计专业班级：学生姓名：学号：指导老师：审批：任务书下达日期2008 年6 月10 日设计完成日期2008 年6 月20 日目录第1章概述第2章系统总体方案确定2.1 电路的工作原理2.2 电路的组成第3章主电路设计与分析3.1 主电路的设计3.2 主电路元器件的计算及选型3.3 主电路保护环节的设计第4章控制电路设计与分析4.1 芯片详情4.2功能单元电路的设计4.3控制电路参数确定第5章总结与体会第6章附录总电路图参考文献课程设计评分表第1章概述在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。
对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。
在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。
高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
开关稳压电源(以下简称开关电源)问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。
早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。
随着脉宽调制(PWM)技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%~70%，而线性电源的效率只有30％~40％。
因此，用工作频率为20 kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。
电力电子学答案第三版
电力电子学答案第三版电力电子学答案第三版电力电子学答案第三版【篇一：电力电子技术课后答案3】解：考虑lb时，有：id＝（ud－e）∕r解方程组得：id＝44.63（a）又∵cos?－cos(???)＝2idxb∕6u2即得出换流重叠角ud、ivt1和ivt2的波形如下：ii18．单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：单相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有2k（k=1、2、3…）次谐波，其中幅值最大的是2次谐波。
变压器二次侧电流中含有2k＋1（k＝1、2、3……）次即奇次谐波，其中主要的有3次、5次谐波。
19．三相桥式全控整流电路，其整流输出电压中含有哪些次数的谐波？其中幅值最大的是哪一次？变压器二次侧电流中含有哪些次数的谐波？其中主要的是哪几次？答：三相桥式全控整流电路的整流输出电压中含有6k（k＝1、2、3……）次的谐波，其中幅值最大的是6次谐波。
变压器二次侧电流中含有6k?1(k=1、2、3……)次的谐波，其中主要的是5、7次谐波。
【篇二：电力电子学第三章课后作业答案】证图3.1(c)所示脉宽时间为ton、脉宽角度为?、周期为的幅值。
图3.1(c)中方波脉冲电压os各余弦项为各次谐波，其幅值为：3.2．脉冲宽度调制pwm和脉冲频率调制pfm的优缺点是什么？解答：脉冲宽度调制方式pwm，保持ts不变（开关频率不变），改变ton调控输出电压v。
脉冲频率调制方式pfm。
保持ton不变，改变开关频率或周期调控输出电压v。
实际应用中广泛采用pwm方式。
因为采用定频pwm开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。
此外由控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号容易实现。
但是在谐振软开关变换器中为了保证谐振过程的完成，采用pfm控制较容易实现。
3.3．buck变换器中电感电流的脉动和输出电压的脉动与哪些因数有关，试从物理上给以解释。
电力电子技术ppt课件
② 按照内部载流子的工作性质分： 单极型器件：导通时只有空穴或电子一种载流子导电的器件。功率场
效应晶体管，器件的特点主要是工作频率高、导通压降较大，单个器 件容量较小。 双极型器件：导通时的载流子既有空穴也有电子导电的器件。功率二 极管、晶闸管及派生器件、可关断晶闸管、双极型功率晶体管等。器 件的特点主要是功率较高、而工作频率较低。 复合型器件：复合型既含有单极型器件的结构，又有双极型器件的结 构，通常其控制部分采用单极性结构，主功率部分采用双极型结构。 绝缘栅双极型晶体管、MOS控制晶闸管等。结合了两者的优点，具有 卓越的电气性能，是电力电子器件的发展方向。
电力电子技术
（第3版）
绪论
1. 电力电子技术的内容 2. 电力电子技术的发展 3. 电力电子技术的应用 4. 电力电子技术课程的学习要求
1. 电力电子技术的内容
电力电子学 , 又 称 功 率 电 子 学 (Power Electronics)。它主要 研究各种电力电子器件，以及由 这些电力电子器件所构成的各式 各样的电路或装置，以完成对电 能的变换和控制。
4. 电力电子技术课程的学习要求
熟悉和掌握常用电力电子器件的工作机理、特性和参数，能正确选 择和使用它们。
熟悉和掌握各种基本变换器的工作原理，特别是各种基本电路中的 电磁过程，掌握其分析方法、工作波形分析和变换器电路的初步设 计计算。
了解各种开关元件的控制电路、缓冲电路和保护电路。 了解各种变换器的特点、性能指标和使用场合。 掌握基本实验方法与训练基本实验技能。
电力电子器件的电压、电流、开关频率是影响它们使用的关键参数 ➢电压容量从低到高的顺序依次为功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体 管、双极型功率晶体管、可关断晶闸管、晶闸管，其中绝缘栅双极型晶 体管、双极型功率晶体管电压容量接近，可关断晶闸管、晶闸管电压容 量接近。 ➢电流容量从低到高的顺序依次为功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体 管、双极型功率晶体管、可关断晶闸管、晶闸管，其中绝缘栅双极型晶 体管、双极型功率晶体管电流容量接近。 ➢开关频率从低到高的顺序依次为晶闸管、可关断晶闸管、双极型功率晶 体管、绝缘栅双极型晶体管、功率场效应晶体管，其中绝缘栅双极型晶 体管、双极型功率晶体管的开关频率接近。
电工电子技术及应用 第3版
第一节 半导体二极管及应用
一 、 PN结的形成及其单向导电性 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间 的物质称为半导体。常用的半导体有硅、锗等。 本征半导体
一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体
本征半导体虽有大量的价电子，但没有自由
电子，此时半导体是不导电的。
杂质半导体—N型半导体 多数载流子
六、 二极管的应用
1、单相半波整流电路
图6-10是单相半波整流电路，该电路由电源变压器T、整
流二极管VD及负载电阻RL组成。
T +
ui
a iD + u2 b
VD + uD RL iO
+ uO -
-
图6-10 单相半波整流电路
(1)．整流原理
u2 2U2 a)
设u2= 2U2sinωt
o
u2的正半周，二极 uo i o 管因承受正向电压而导 通，忽略二极管正向压 降， uo=u2。 b) o uD 在u2的负半周，二极 C)
2．反向特性 1）当二极管承受反向电压时，其反向电阻很大，此时仅有非 常小的反向电流（称为反向饱和电流或反向漏电流），如曲 线段 OC（或 OC 段）所示。实际应用中二极管的反向饱和电 流值越小越好，硅管的反向电流比锗管小得多，一般为几十
'
微安，而锗管为几百微安。
2）当反向电压增加到一定数值时（如曲线中的 C 点或 C ' 点），反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对 应的电压称为反向击穿电压，用 U BR 表示，曲线中CD 段 （或 C D '段）称为反向击穿区。通常加在二极管上的反向电 压不允许超过击穿电压，否则会造成二极管的损坏（稳压管 除外）。
第六章 常用半导体元器件及应用
电力电子技术 第3版课件第4章
（2）交流调功电路或无触点开关电路对交流电源实现 通断控制，电路结构与相控交流调压类似。区别在于 调功电路仅在交流电过零时刻开关。在接通期间，负 载上承受的电压与流过的电流均是正弦波，仅仅表现 为负载通断。
交流调压和交流调功技术统称为交流开关控制技术 或交流电力控制技术。 （3）交-交变频电路也称直接变频电路（或周波变流 器），它不通过中间直流环节把电网频率的交流电直 接变换成不同频率的交流电的变换电路，包括相控式 交-交变频和矩阵式交-交变频。
4.2、交流调压电路
交流调压就是把固定幅值、频率的交流电变成幅值 可调的交流电。 （1）自耦变压器调压：输入输出电压波形如图4-1(a) 所示。 （2）相控式交流调压：用两只反并联晶闸管实现可 控双向开关，通过改变触发脉冲相位来调节输出电压， 如图4-1(b) 。 （3）斩控式交流调压：用全控型器件实现可控双向 开关，在图中阴影部分的时间内关断开关，在其他时 间内接通开关，如图4-1(c) 。
u
uu
uv
uw
(a) 0
t1 t 2 π
2π
t
ug (b)
61 2345
0
VT1 VT2 (c) VT3 VT4 VT5 VT6
(d)
VT1 VT2
VT3
VT4
VT5
VT6
（e）uRU
t
uu
0
u RU
t
u
uu
uv
(a) 0 图43 /-π9 π
uw 2π
ug 6 1 2 3 4 5 6 (b)
0
VT1 VT2 (c) VT3 VT4 VT5 VT6
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
u
uu
uv
uw