电力电子技术概念词汇解析

电力电子技术概念词汇解析

电力电子技术是电子技术的一个分支，其主要研究领域在电力系统，关键词汇有：

电力电子器件（Power Electronic Device）

电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件；是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换与控制的电子器件。

主电路(Power Circuit)

在电器设备或电力系统中.直接承担电能的交换或控制任务的电路称为主电路。

电力二极管（Power Diode）

电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能；其重要类型有：普通二极管，快恢复二极管，肖特基二极管。

晶闸管（Thyristor）

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一晶闸管产品，并于1958年使其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极；晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。

门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor—GTO）

门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor—GTO）也是晶闸管（Thyristor）的一种派生器件，但可以通过在门极施加负脉冲使其关断，因而属于全控型器件；它和普通晶闸管一样，也是PNPN四层结构，外部引出三个极，阳极，阴极和门极；工作条件同普通晶闸管；其主要用于兆瓦级以上的大功率场合。

电力晶体管（Giant Transistor—GTR）

电力晶体管按英文Giant Transistor直译为巨型晶体管，是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT），所以有时也称为Power BJT；其特性有：耐压高，电流大，开关特性好，但驱动电路复杂，驱动功率大；GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。

电力场效应晶体管（Power MOSFET）

电力场效应晶体管分为两种类型，结型和绝缘栅型，但通常所说的是绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），简称电力MOSFET（Power MOSFET），P-MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流，它的显著特点是驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，工作频率高；但是其电流容量小，耐压低，只用于小功率的电力电子装置，其工作原理与普通MOSFET一样。

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绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）

绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）综合了电力晶体管（Giant Transistor—GTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。

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的电力电子器件被称为半控型器件，这类器件主要是晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。

全控型器件

通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件，又称为自关断器件；这类器件很多，门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor—GTO），电力场效应晶体管（Power MOSFET），绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）均属于此类。

双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT）

双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor—BJT）又称为半导体三极管，它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构；外部引出三个极：集电极，发射极和基极，集电极从集电区引出，发射极从发射区引出，基极从基区引出（基区在中间）；BJT有放大作用，重要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的，为了保证这一传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小，另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置（加正向电压）、集电结要反偏置；BJT种类很多，按照频率分，有高频管，低频管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半导体材料分，有硅管和锗管等；其构成的放大电路形式有：共发射极、共基极和共集电极放大电路。

整流电路（Rectifier）

整流电路（Rectifier）是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式各种各样；按组成的器件可分为不可控、半控和全控三种，按电路结构可分为桥式电路和零式电路，按交流输入相数分为单相电路和多相电路，按变压器二次侧电流的方向是单相或双相，又分为单拍电路和双拍电路；实用电路是上述的组合结构。

直流斩波电路（DC Chopper）

直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路（DC Chopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。

逆变电路

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与整流电路想对应，把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。

交-交变流电路

交-交变流电路即把一种形式的交流电变成另一种形式的交流电的电路，在进行交-交变流时，可以改变相关的电压、电流、频率和相数等；其主要有；交流调压电路，交流调功电路，交流电力电子开关，交交变频电路等几种电路形式。

PWM（Pulse Width Modulation）控制 技术

PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）；面积等效原理是PWM技术的重要基础理论；一种典型的PWM控制波形SPWM：脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形称为SPWM波。

面积等效原理

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上是，其效果基本相同；冲量即窄脉冲的面积，所说的效果基本相同是指环节的输出波形基本相同。

FACTS

FACTS是“柔性交流输电系统”（Flexible AC Transmission Systems）的首字母缩写词，指应用于交流输电系统的电力电子装置，其中“柔性”是指对电压电流的可控性；如装置与系统并联可以对系统电压和无功功率进行控制，装置与系统串联可以对电流和潮流进行控制；FACTS通过增加输电网络的传输容量，从而提高输电网络的价值，FACTS控制装置动作速度快，因而能够扩大输电网络的安全运行区域；在电力电子装置最早用于直流输电系统中并实现了对输送功率的快速控制，由此人们想在交流系统中加装电力电子装置，寻求对潮流的可控，以获得最大的安全裕度和最小的输电成本，FACTS技术应运而生，静止无功补偿器（SVC），静止同步补偿器（STATCON），晶闸管投切串联电容器（TCSC），统一潮流控制器（UPFC）就是基于FACTS技术的产品。

静止无功补偿器（SVC）

静止无功补偿器（SVC）于20上世纪70年代兴起，现在已经发展的很成熟的FACTS装置，其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电压和无功补偿），在大功率电网中，SVC被用于电压控制或用于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）。

晶闸管透切串联电容器（TCSC）

晶闸管投切串联电容器（TCSC）是可用以改善电力系统的多种性能，如提高系统的稳定性，阻尼频率振荡，缓解次同步谐振以及防止电压崩溃等的一种FACTS装置。

统一潮流控制器（UPFC）

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统一潮流控制器（UPFC）是迄今为止通用性最好的FACTS装置，它包括了电压调节、串联补偿和移相等所有能力，它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率。

静止同步补偿器（STATCON）

静止同步补偿器（STATCON）是一种并联型无功补偿装置，它能够发出或吸收无功功率，并且其输出可以变化以控制电力系统中的特定参数；一般的，它是一种固态开关变流器，当其输入端接有电源或储能装置时，其输出端可独立发出或吸收可控的有功和无功功率；它可在如下方面改善电力系统功能：动态电压控制，功率振荡阻尼，暂态稳定，电压闪变控制等。

习题

习题一

* 试说明什么是电导调制效应及其作用。

答：当PN结通过正向大电流时，大量空穴被注入基区（通常是N型材料），基区的空穴浓度（少子）大幅度增加，这些载流子来不及和基区的电子中和就到达负极。为了维持基区半导体的电中性，基区的多子（电子）浓度也要相应大幅度增加。这就意味着，在大注入的条件下原始基片的电阻率实际上大大地下降了，也就是电导率大大增加了。这种现象被称为基区的电导调制效应。

电导调制效应使半导体器件的通态压降降低，通态损耗下降；但是会带来反向恢复问题，使关断时间延长，相应也增加了开关损耗。

1. 晶闸管正常导通的条件是什么，导通后流过的电流由什么决定？晶闸管由导通变为关断的条件是什么，如何实现？

答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压（UAK﹥0），并在门极施加触发电流（UGK﹥0）。

同步机励磁系统有何主要作用？

答：励磁系统担负着电力系统无功功率的调整任务；电压稳定性控制和系统稳定性控制。其中在系统发生短路故障时，励磁系统还需要提供强行励磁，强行励磁比正常励磁电流大，电压高，以使继电保护装置快速动作切除故障，维护系统稳定。励磁系统的可靠性和工作稳定性对电力系统的安全可靠运行起着至关重要的作用。

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