电力电子技术电力电子技术的定义电力电子技术是一门

电力电子技术第一部分一、电力电子技术的定义电力电子技术是一门利用电力电子器件、电路理论和控制技术对电能进行处理、控制和变换的学科，是现代电子学的一个重要分支，也是电工技术的分支之一。

电力电子技术是应用于电力领域的电子技术。

具体地说，就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

二、电力电子技术的研究内容电力电子技术的研究内容：1、电力电子器件2、变流技术3、控制技术或者说，电力电子技术的研究内容：电子学、电力学、控制理论三、与其它学科的关系1、与微电子学的关系三个相同点：（1）都分为电子器件和电子电路两大分支，二者同根同源（2）两类器件制造技术的理论基础相同；（3）制造工艺也基本相同。

两个不同点：（1）应用目的不同——前者用于电力变换，后者用于信息处理；（2）工作状态不同——在微电子技术中，器件既可以处于放大状态，也可以处于开关状态；而在电力电子技术中为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态。

2、与电力学(电气工程)的关系（1）电力电子技术广泛用于电气工程中；（2）国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支；（3）电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。

3、与控制理论的关系（1）控制理论广泛用于电力电子系统中；（2）电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口,控制理论是这种接口的有力纽带；（3）电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。

四、电力电子技术的发展历史美国通用电气公司研制出第一个工业用的普通晶闸管，标志电力电子技术的诞生1、传统电力电子技术电力电子器件以半控型的晶闸管为主，变流电路以相控电路为主，控制电路以模拟电路为主。

2、现代电力电子技术现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比主要有如下特点：A、集成化B、高频化C、全控化D、控制电路弱电化E、控制技术数字化3、电力电子技术的发展展望科学家预言，电力电子技术和运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。

第二部分1、电力电子器件1.1、电力电子技术概述（1）基本概念A、在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或者控制任务的电路被称为主电路。

B、电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或者控制的电子器件。

（2）同微电子器件相比的一般特征A、能处理电功率的能力，一般都远大于处理信息的电子器件。

B、电力电子器件一般都工作在开关状态。

C、电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。

D、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。

（3）应用电力电子器件系统组成电力电子器件一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。

在主电路和控制电路连接的路径上，以及主电路与检测电路的连接上，一般需要进行电气隔离，而通过其他手段如光、磁等来传递信号（4）电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为以下3类:A、不可控型器件——不能用控制信号来控制其通断。

这类器件主要是指晶闸管及其大部分派生器件，器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

B、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。

主要是电力二极管，器件的导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。

C、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。

目前常用的是绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、电力场效应晶体管（电力MOSFET）和门极可关断晶闸管（GTO）。

1.2、不可控型器件——电力二极管（1）外形——螺栓型和平板型两种封装（2）结构（3）电气图形符号（4）主要参数A、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。

B、正向压降U F——在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。

C、反向重复峰值电压U RRM——对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。

使用时，应当留有两倍的裕量D、最高工作结温T JM——结温是指管芯PN结的平均温度，用T J表示。

T JM是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。

T JM通常在125~175 C范围之内。

1.3、半控型器件——晶闸管（SCR）（1）A、外形——螺栓型和平板型两种封装B、结构C、电气图形符号（2）导通的条件、关断的条件A、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）。

即u AK>0且u GK>0。

其他可能导通的情况，参见（3）误导通的情况。

B、关断的条件：，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。

简单的说就是使通过晶闸管的电流小于维持电流C、使晶闸管关断方法：a、去掉阳极正向电压b、给阳极加反向电压c、降低正向阳极电压,使通过晶闸管的电流小于维持电流（3）误导通的情况a、阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应b、阳极电压上升率dudt过高，中间结电容产生位移电流c、结温较高，漏电流增大d、光触发（4）主要参数A、额定电压U TN通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。

实际选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为实际工作电路中可能承受到的正向阻断重复峰值电压U DRM和反向重复峰值电压U RRM的最大峰值电压,再取2～3倍的安全裕量。

B、额定电流()T AVI（参见第三部分）晶闸管在环境温度为40 C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。

C、维持电流I H维持电流I H是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流。

一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则I H越小。

D、擎住电流I L擎住电流I L是晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。

对同一晶闸管来说，通常IL约为IH 的2～4倍。

E、通态平均电压U T(A V)当晶闸管流过正弦半波的额定电流平均值和稳定的额定结温时，元件阳极与阴极之间电压降的平均值。

F、断态电压临界上升率du dt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。

G、通态电流临界上升率di dt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。

H、额定结温T jm晶闸管在正常工作时所允许的最高结温（器件内部）。

（5）派生器件快速晶闸管（FST）—快速晶闸管、高频晶闸管双向晶闸管（TRIAC）逆导晶闸管（RCT）光控晶闸管（LTT）1.4、全控型器件（1）电力晶体管（GTR，BJT）优点——耐高压、大电流、开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽缺点——二次击穿、驱动功率大结构及电气图形符号：（基极b、集电极c和发射极e）电力电子电路中GTR工作在开关状态工作在截止区或饱和区。

但开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，经过放大区（2）电力场效应晶体管(Power MOSFET)电力场效应晶体管(Power MOSFET)分为结型和绝缘栅型。

通常主要指绝缘栅型场效应晶体管。

结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（SIT）特点——用栅源电压来控制漏极电流结构及电气图形符号：（栅极G、漏极D和源极S）静态特性：截止区（GTR的截止区）饱和区（GTR的放大区）非饱和区（GTR的饱和区）电力场效应晶体管(Power MOSFET)工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。

（3）绝缘栅双极晶体管（IGBT）结构及电气图形符号：（栅极G、集电极C和发射极E）静态特性：正向阻断区（GTR的截止区）有源区（GTR的放大区）饱和区（GTR的饱和区）IGBT工作在开关状态，即在正向阻断区和饱和区之间来回转换。

注：以上全控型器件的输出特性和主要参数参见P21——P311.5、电力电子器件的驱动电流驱动型器件的驱动电路：GTO和GTR是电流驱动型器件电压驱动型器件的驱动电路：电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件1.6、晶闸管变流装置的保护电路通常有五种保护电路：过电流保护、过电压保护、dudt保护、didt保护和门极保护1.7、缓冲电路缓冲电路又称为吸收电路，其作用是抑制电力电子器件的过电压、du dt 或者过电流和didt，降低电力电子开关器件的开关应力，将开关过程软化，减小器件的开关损耗并对器件给予可靠的保护，维护系统安全运行。

缓冲电路可分为关断缓冲电路、开通缓冲电路和复合缓冲电路。

1.8、串联与并联运行晶闸管的串联：多个器件串联以承担较大的电压晶闸管的并联：多个器件并联来承担较大的电流注：本节重点：主电路和电力电子器件的基本概念。

电力电子器件的分类和电气图形符号。

晶闸管、电力晶体管和IGBT的工作原理、开关特性、主要参数以及在选择和使用中应注意的事项。

2、变流技术2.1、交流变直流整流电路（1）单相可控整流电路主要介绍单相桥式全控整流电路基本概念：①控制角α——从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度。

②导通角θ——晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。

③移相——改变α的大小，即改变触发脉冲出现的时刻。

④移相范围——输出电压平均值大于0所对应的α变化范围。

⑤换流（换相）——电流从一对桥臂转换到另外一对桥臂。

⑥ 相控变流装置——通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，这样的变流装置简称相控变流装置。

电阻负载 电路及波形基本数量关系整流输出电压平均值U d2222211cos 1cos 2()0.922d U U U td wt U παααωππ++===⎰故，α角的移相范围为0o ～180o 输出电流的平均值I d21cos 0.92d d U U I R R α+==流过晶闸管的电流平均值I dT211cos 0.4522dT d U I I R α+== 流过晶闸管的电流有效值I T()2222111sin sin 2222T U U I t d t R R παπαωωαπππ⎛⎫-==+⎪ ⎪⎝⎭⎰ 晶闸管承受的最大正向电压U FM222FM U U =晶闸管承受的最大反向电压U RM22RM U U =晶闸管的额定电压TN U()2232TN U U =-晶闸管的额定电流()T AV I()()1.521.57TT AV I I =- 整流电路的功率因数cos ϕ2221cos sin 22R I R P S U I παϕαππ-===+电感性负载基本数量关系 输出电压平均值U d()2221222sin cos 0.9cos d U U td t U πααωωααπ+===⎰故α的移相范围为0o ～90o 。