上海市高等教育自学考试-上海交通大学

上海市高等教育自学考试

工业电气自动化技术专业（专科）（A080602）

电力电子技术 (02286)

自学考试大纲

上海交通大学自学考试办公室编 上海市高等教育自学考试委员会组编

1997年6月

目 录

一、课程的性质及其设置的目的和要求……………………2 二、课程内容与考核目标……………………………………3

第一章 晶闸管……………………………………………3 第二章 单相可控整流电路………………………………4 第三章 三相可控整流电路………………………………5 第四章 晶闸管整流主电路计算及保护…………………7 第五章 晶闸管触发电路及应用实例……………………9 第六章 晶闸管有源逆变电路…………………………11 第七章 晶闸管交流开关与交流调压…………………12 第八章 变频电路与直流斩波电路……………………13 三、有关说明与实施要求……………………………………15

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一、课程的性质及其设置的目的和要求

（一）课程的性质、地位与任务

电力电子技术课程是工业电气自动化技术专业学生必须学习和掌握的一门专业基础课，本课程既有基础性又有专业性。电力电子技术属于电力电子学学科，该学科与电子学、电力系统和控制工程学科密切相关。因此，学习这门课程的考生应具备电路基本理论、电子技术基础和电机与拖动基础等方面的基础知识，在整个专业学习中占有相当重要的地位。

本课程的任务是使考生熟悉电力半导体器件的特点、性能与使用、保护方法，掌握基本交流电路的工作原理、运行性能、控制方法、分析计算及电路元、器件的选择，以便获得从事电力电子技术工作的基本能力，并为学习自动控制原理与系统等后续课程打下应有的理论基础。

（二）基本要求

1、熟悉和掌握可控整流电路的基本原理、波形分析、参数计算及其电路设计；

2、熟悉和掌握有源逆变电路的基本原理、波形分析、参数计算及其电路设计；

3、熟悉晶闸管常用触发电路的原理和特点； 4、了解晶闸管常见的保护方法和保护线路；

5、熟悉晶闸管的交流开关、交流调压、变频电路与斩波电路的原理和特点。

（三）本课程与相关课程的联系

先修课:电路基本理论、电子技术基础、电机与拖动基础。 后续课:自动控制原理与系统。

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二、课程内容与考核目标

第一章 晶闸管

（一）考核知识点

晶闸管的可控单向导电性。 晶闸管的工作原理与特性。 晶闸管的主要特性参数。

（二）自学要求

了解晶闸管的可控单向导电性。 掌握晶闸管的工作原理与特性。

重点掌握晶闸管导通和关断的条件，晶闸管元件的选择。

（三）考核要求

对晶闸管的可控单向导电性达到“识记”层次。 对晶闸管的工作原理与特性达到“领会”层次。 对晶闸管的主要特性参数达到“简单应用”层次。

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第二章 单相可控整流电路

（一）考核知识点

单相半波可控整流电路。 单相全波可控整流电路。 单相桥式可控整流电路。

（二）自学要求

了解单相半波可控整流电路在电阻性、电感负载下以及带续流二极管时的工作原理，输出电压、电流的波形，计算输出电压平均值与控制角的关系，输出电流平均值、有效值与控制角的关系，流过晶闸管和续流二极管的电流电效值与控制角α的关系。

掌握单相全波可控整流电路在电阻性、电感性负载下以及带续流二极管时的工作原理，输出电压、电流的波形，计算输出电压平均值与控制角α的关系，输出电流平均值、有效值与控制角α的关系。

重点掌握单相桥式可控（半控桥式、全控桥式）整流电路在电阻性、大电感、反电动势负载下以及带续流二极管时的工作原理，输出电压、电流的波形，计算输出电压平均值与控制角α的关系，输出电流平均值、有效值与控制角α的关系。

（三）考核要求 学习本章时，要抓住电路中各晶闸管与整流二极管元件导通与关断的物理过程，重视电压电流波形的分析。理解下列基本数量关系：

输出直流电压平均值与输入交流电压有效值之比Ud/U2、负载电流id的波形系数Kf=I/Id、晶闸管电流有效值IT与控制角α、电路形式以及负载性质之间的关系。根据晶闸管花在电路中可能承受的最大电压与流过的最大电流，正确计算晶闸管的电压、电流等级。对于电感性负载的计算比较复杂，只要求定性分析。

对单相半波可控整流电路达到“识记”层次。 对单相全波可控整流电路达到“领会”层次。 对单相桥式可控整流电路达到“简单应用”层次。

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第三章 三相可控整流电路

（一）考核知识点

三相半波可控整流电路。 三相桥式全控整流电路。 三相桥式半控整流电路。

带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。 整流电路的换相压降与外特性。

晶闸管可控整流供电的直流电动机机械特性。

（二）自学要求 学习三相半波可控、三相桥式全控和三相桥式半控等三相可控整流的基本电路，了解它们分别在电阻、电感和反电势负载下的工作原理，输出电压、电流的波形图，计算各电量与控制角α的关系，并会依此来对三相可控整流电路进行计算和设计。

重点掌握：可控整流电路带电动机负载时机械特性的分析，平波电抗器Ld电感量的计算，三相全控桥整流电路的计算。

（三）考核要求

三相可控整流电路形式很多，但三相半波可控整流电路是最基本的组成形式，它有共阴极组接法与共阳极组接法两种，其它型式的三相整流电路都可以看成两个三相半波整流电路的串联与并联。

0

三相可控整流与单相电路不同，它的自然换相点即α＝0为相邻

00

电压的交点，距相电压波形原点为30,距对应线电压的原点为60。

0

α＝0时三相半波可控整流电路的输出电压波形为三相相电压的正向包络线。

对带平衡电抗器的双反星形可控整流电路达到“识记”层次。 对三相半波可控整流电路、三相桥式半控整流电路以及整流电路的换相压降与外特性达到“领会”层次。

对三相桥式全控整流电路达到“简单应用”层次。 晶闸管整流供电的直流电动机，其机械特性可分为电流连续与断

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线两部分，电流连续时特性硬，电流断续时空载转速升高，特性软，甚至造成电动机运行不稳定。为了使电动机工作在特性的电流连续段，平波电抗器的电感值Ld必须选得足够大。

对晶闸管可控整流供电的直流电动机机械特性达到“简单应用”层次。

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第四章 晶闸管整流主电路计算及保护

（一）考核知识点 整流变压器参数计算。

晶闸管电压电流计算与选择。 晶闸管的过电压保护。

晶闸管的过电流保护与电压、电流上升率的限制。 晶闸管的串联和并联。

平波电抗器电感值的计算。

（二）自学要求

整流变压器的计算要考虑电流波形非正弦的特点，在单相半波与三相半波整流电路中，变压器二次电流存在很大的直流分量，由于直流分量无法与一次侧磁耦合，出现变压器一次侧、二次侧容量不一致的特殊现象，这是一般电力变压器所没有的。由于上述原因，在同样负载功率时，整流变压器要比电力变压器体积大。

熟悉晶闸管常见的过电压保护（如阻容吸收电路）及过电流保护（如快速熔断器）方法和电路。能够合理地联结晶闸管元件。

选择晶闸管元件主要根据是晶闸管整流装置的工作条件，计算晶闸管电压、电流值、正确确定晶闸管型号规格，以得到满意的技术经济效果。晶闸管的额定电压Utn必须大于线路实际承受最大电压的2~3倍,晶闸管的额定电流IT(AV)还要比计算值大1.5~2倍。

选择晶闸管的原则是首先要可靠，其次要经济。 掌握晶闸管电压、电流计算与选择。

晶闸管整流装置在输出低电压、小电流时，会出现电流波形不连续，在输出大电流时因平波电抗器的电感Ld减小，所以电流脉动系数增大。电抗器的电感量Ld的计算主要考虑满足最小电流时电流连续的需要。

掌握平波电抗器电感值Ld的计算。

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（三）考核要求

对整流变压器参数计算、晶闸管的串联和并联达到“识记”层次。 对晶闸管的过电压保护，晶闸管的过电流保护与电压、电流上升率的限制达到“领会”层次。

对晶闸管电压、电流计算与选择，平波电抗器电感值Ld的计算达到“综合应用”层次。

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第五章 晶闸管触发电路及应用实例

（一）考核知识点 对触发电路的要求。 简单触发电路。

单结晶体管触发电路。 正弦波同步触发电路。 锯齿波同步触发电路。 集成电路触发器。

触发脉冲与主电路电压的同步（定相）。 脉冲变压器与防止误触发的措施。 晶闸管可控整流应用实例。

（二）自学要求

触发电路是晶闸管装置中的控制环节，是装置能否正常工作的关键。

对触发电路的要求是：与主电路同步，能平衡移相且有足够的移相范围，脉冲前沿陡且有足够的幅值与脉宽，稳定性与抗干扰性能好等。

熟悉晶闸管常用触发电路（本章着重介绍了单结晶体管、正弦波移相与锯齿波移相三种触发电路。近几年来集成触发器已获得广泛应用，它比分立元件体积小，可靠性高，调整使用方便）的工作原理，通过应用实例的学习，学会分析方法，能够对有关型式的主电路选择适当的触发电路。

由于晶闸管触发电平低，又与大电流、非正弦的主电路共处在一个装置中，因此，对于触发电路的防干扰必须十分重视，采取切实的防干扰措施，保证装置的正常工作。

重点掌握触发脉冲与主电路电压的同步（通常是通过同步变压器的不同连接即不同钟点数再配以移相获得所要求相位的同步信号电压）。

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（三）考核要求

对触发电路的要求、简单触发电路达到“识记”层次。

对单结晶体管触发电路、正弦波同步触发电路、锯齿波同步触发电路、集成电路触发器、脉冲变压器与防止误触发的措施以及晶闸管可控整流应用实例达到“领会”层次。

对触发脉冲与主电路电压的同步（定相），达到“简单应用”层次。

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第六章 晶闸管有源逆变电路

（一）考核知识点 有源逆变的工作原理。

逆变失败与逆变角的限制。

晶闸管直流可逆拖动的工作原理。 绕线转子异步电动机的串线调速。

晶闸管装置的功率因数与对电网的影响。

（二）自学要求

本章重点叙述有源逆变的工作原理与应用。整流与逆变是晶闸管变流装置的两种工作状态，在一定条件下可以相互转化。通过本章学习后必须分清变流器在什么条件下是整流，在什么条件下是逆变，又在什么条件下是短路。

有源逆变与整流不同，触发脉冲丢失，移相超过一定范围和快熔烧断都会导致逆变失败，也就是严重短路，这是必须绝对避免的，因此逆变电路对触发脉冲与主电路的可靠性要求更高， 对最小逆变角βmin必须加以限制。

掌握逆变电路的波形特点和各电量的计算方法。 晶闸管反并联可逆电路是有源逆变的具体应用，作为无触点控制适用在频繁正反转运行的场合。本章以三相半波α＝β制反并联可逆电路为例。较详细地分析环流产生与抑制方法。

晶闸管装置的使用会引起电网电压波形畸变和供电电压降低（即“电力公害”），必须采取措施。

（三）考核要求

对绕线转子异步电动机的串级调速、晶闸管装置的功率因数与对电网的影响达到“识记”层次。

对有源逆变的工作原理，逆变失败与逆变角的限制达到“领会”层次。

对晶闸管直流可逆拖动的工作原理达到“简单应用”层次。

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第七章 晶闸管交流开关与交流调压

（一）考核知识点 双向晶闸管

晶闸管交流开关。 单相交流调压电路。 三相交流调压。

（二）自学要求

交流开关与交流调压是晶闸管的重要应用，它的基本接线是一对反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载串联接在交流电路中。

晶闸管交流开关象普通接触器一样，用门极小电流的通断控制阳极大电流的通断，它完全消除了电磁继电器、接触器所存在的触点粘着、弹跳、磨损等问题，开关频率可以显著提高。如采用晶闸管零电压开关，在电路开关时，电磁干扰可减少到最低限度。

改变反并联晶闸管或双向晶闸管的控制角α，就可以方便地实现交流电压。交流调压电路通常都采用宽脉冲触发或脉冲列触发。功率较大时，可采用三相交流调压。三相交流调压常用的有四种接线方式。

（三）考核要求

对双向晶闸管、晶闸管交流开关达到“识记”层次。 对单相交流调压电路、三相交流调压达到“领会”层次。

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第八章 变频电路与直流斩波电路

（一）考核知识点 变频电路的基本概念。

并联谐振与串联谐振逆变器。

强迫换流式逆变电路（三相逆变器）。 晶闸管中频装置（KGP系列） 直流斩波电路。

（二）自学要求

在前面各章讨论的可控整流、有源逆变以及交流调压电路中，晶闸管都工作在50Hz的交流电压，并在要求的时刻触发导通，而管子的关断是依靠交流电压过零反向来实现的，不需要采取其它措施。本章讨论的变频与直流斩波，管子都由直流电源供电承受正向直流电压，因此在任何需要的时刻输入触发脉冲即可使管子触发导通，但是如何使已导通的管子可靠关断是电路能否正常工作的关键。关断电路通常利用电容充放电或电容、电感的振荡作用，使得晶闸管二端出现短时间的反向电压，强迫管子关断。

本章主要介绍逆变器（也称无源逆变）与直流斩波器。逆变器主要以单相并联负载谐振型为主。晶闸管中频装置是一种交流＝直流＝交流变频系统，主要用于感应加热及熔炼，以取代中频发电机组。斩波器介绍了二种典型的电路。

随着电力电子技术的飞速发展，晶闸管静止变频技术已获得广泛应用。特别是近几年新型功率器件的研制，功率晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应管（MOSFET）以及绝缘门极晶体管（IGBT）等（在第九章中介绍）自关断器件的应用，使变频装置的可靠性提高，加快了变频装置的开发与应用。

（三）考核要求

对变频电路的基本概念、晶闸管中频装置（KGP系列）达到“识记”层次。

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对并联谐振与串联谐振逆变器、强迫换流式逆变电路（三相逆变器）以及直流斩波电路达到“领会”层次。

对新型功率器件如功率晶体管(GTR)等的简介不作考核要求。

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三、有关说明与实施要求

（一）关于大纲中有关术语的说明

在本大纲的“考核要求”中提出了“识记”、“领会”、“简单应用”和“综合应用”等四个能力层次，它们之间是递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上。它们的含义是：

1、“识记”：能知道本章、节有关的名词、概念、本章、节知识的正确认识和表达。（考题中占20%）

2、“领会”：在“识记”的基础上，能全面把握基本概念和原理的区别与联系。（考题中占30%）

3、“简单应用”：在“领会”的基础上，能用学过的一、二个知识点，综合分析和解决简单的问题。（考题中占30%）

4、“综合应用”：在“简单应用”的基础上，能用学过的多个知识点，综合分析和解决较复杂的问题。（考题中占20%）

（二）教材

《半导体变流技术》，莫正康主编，机械工业出版社，2002年第2版。

（三）学习方法指导

1、先翻阅自学考试大纲中有关章节的考核知识点，自学要求和考核要求，以便阅读教材时，心中有数，有的放矢。

2、阅读教材时，不仅对每一节，每一段的内容要细读、推敲，还必须紧紧环绕每章开端的“内容提要”和每章结尾的“小结”，以此来指导自学和检查学习。

3、在学习过程中，要注意掌握一些基本概念和分析方法，在未达到“深刻理解基本概念，彻底弄清基本原理，牢固掌握基本方法”的要求之前，一般不要急于学习新的内容，但也要防止遇到一些细节问题时而停步不前，应该继续往下学习。

4、做作业是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题能力的重要环节。在做作业之前，必须认真阅读教材的有关章节，对教材内容基本理解后，再来做作业，这才能达到预期的目的。有些复习思考

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题，可以结合学习教材时进行思考，可促进学习的深度。

5、本课程是一门实践性很强的专业基础课，必须认真参加实验，这对教材内容的学习和掌握，至关重要。

（四）自学时间分配建议

本课程是工业电气自动化技术专业（专科）的一门专业基础课，共3学分，自学时间包括阅读教材，做作业共计108小时。

课 程 内 容 晶闸管 单相可控整流电路 三相可控整流电路 晶闸管整流主电路计算及保护 晶闸管触发电路及应用实例 晶闸管有源逆变电路 晶闸管交流开关与交流调压 变频电路与直流斩波电路 共 计

自学时间（小时） 8 16 20 6 18 20 8 12 108 16

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