电力电子技术复习资料

电力电子技术

第一章 电力电子变换和控制技术导论

1、电源可分为两类：直流电（D.C） ，频率f=0 ； 交流电（A.C） ，频率f≠0 2、利用开关器件实现电力变换的基本原理：答案见第二版第七页。（可省略写关键点不能少） 3、AC/DC基本整流电路工作（控制）方式：相控整流、PWM（脉冲宽度调制）控制整流。 4、DC/AC基本逆变电路工作方式：方波、PWM 5、AC/AC直接变频、变压电路工作方式：周期控制 6、DC/DC直流变换电路：PWM、PFM.。

7、课本第十五页：在图1.8（a）中(1)、(2)、(3)三条 8、电力变换类型：

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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？

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，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。 2、开关型电力电子变换器有那些基本特性？

（1）变换器的核心是一组开关电路，开关电路输出端电压和开关电路输入端电流都不可能是理想的直流或无畸变的正弦基波交流，含有高次谐波。

（2）要改善变换电路的输出电压和输入电流的波形，可以在其输出、输入端附加LC滤波电路；但是最有效方法是采用高频PWM控制技术。

（3）电力电子变换器工作时，开关器件不断进行周期性通、断状态的依序转换，为使输出电压接近理想的直流或正弦交流，一般应对称地安排一个周期中不同的开关状态及持续时间。因此对其工作特性的常用分析方法或工具是：开关周期平均值（状态空间平均法）和傅立叶级数。

3、开关型电力电子变换器有哪两类应用领域？

（1）开关型电力电子变换电源或简称开关电源。由半导体开关电路将输入电源变换为另一种电源给负载供电。这一类应用现在已经十分广泛。

（2）开关型电力电子补偿控制器。它又分为两种类型：电压、电流（有功功率、无功功率）补偿控制器和阻抗补偿控制器。它们或向电网输出所要求的补偿电压或电流，或改变并联接入、串联接入交流电网的等效阻抗，从而改善电力系统的运行特性和运行经济性。这类应用将导致电力系统的革命并推动电力电子技术的继续发展。

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第二章 半导体电力开关器件 课上重点

1、PN结高频等效电路：

RA(P)CK(N)C?QVQ: PN结中的电荷量。 V：外加电压

正偏时，R值很小，结电容很大 反偏时，R值很大，结电容很小

2、额定电流的定义：其额定发热所允许的正弦半波电流的平均值 。当正弦半波电流的峰值

1I?I为Im时，则 FR?m3、最大允许全周期均方根正向电流的定义：当二极管流过正弦半波电流的平均值为IFR时，与其发热等效的全周期均方根正向电流IFrms称为最大允许全周期均方根正向电流。

IFrms?1T/22Imsin2(?t)dt??0T1?212Im?0Imsin(?t)d(?t)?2?2

4、二极管电流定额的含义：

如手册上某电力二极管的额定电流IFR为100A，说明： 允许通过平均值为100A的正弦半波电流； 允许通过正弦半波电流的幅值为314A；

允许通过任意波形的有效值为157A的电流； 在以上所有情况下其功耗发热不超过允许值。

1?IFR?ImIFrms?ImIFrms?IFR?1.57IFR2 2?

15、逆阻型晶闸管SCR的符号及A、G、K代表的意义。

逆阻型晶闸管如何导通的？答案在：第三十五页、在IA、IC很小时-------从断态转为通态。 6、维持电流 IH ：使晶闸管维持导通所必需的最小电流。

擎住电流 IL ：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。 7、

反偏BCBVCEXBVCESRBVCER开路BVCEOEBVcEx >BVcEs >BVcER >BVcEo图2.9 不同基极状态时，集－射极击穿电压

8、双向晶闸管TRIAC有四种触发和开通方式。答案在第四十页1、2、3、4。 9、为什么门极可关断晶闸管GTO能靠反向触发电流关断？

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（1）、设计α2较大，使晶体管V2控 制灵敏，易于GTO。 （2）、导通时α1+α2更接近1，导通时接近临界饱和，有利门极控制关断，但导通时管压降增大。 (3）、多元集成结构，使得P2基区横向电阻很小，能从门极抽出较大电流。

10、GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。

MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。

11、什么是擎住效应：NPN晶体管基极与发射极之间存

A在体区短路电阻Rbr，P形体区的横向空穴电流会在该电IAPNP阻上产生压降，相当于对T2基极和发射极施加正偏压，V1Ic2RIc1GIG一旦Ic瞬时过大，Rbr上的压降过大，可使T2导通，即

V2NPN使撤除VGE， IGBT仍然通，使门极G失去控制作用。 EASIKEG产生擎住效应的原因：集电极电流IC过大；集电极电压

K过高；关断速度过快，IC减小的过快。

b)解决方法：集电极C和发射极E两端并连接入电容减小关断时的

dVCEdt；增大Rg，减慢关断过程；

12、不可控器件：仅二极管D是不可控开关器件。

半控器件：仅普通晶闸管SCR属于半控器件。可以控制其导通起始时刻，一旦SCR导通后，SCR仍继续处于通态。

全控型器件：三极管BJT、可关断晶闸管GTO、电力场效应晶体管P-MOSFET、绝缘门极晶体管IGBT都是全控型器件，即通过门极（或基极或栅极）是否施加驱动信号既能控制其开通又能控制其关断

13、SCR、BJT和GTO为电流驱动控制型器件 P－MOSFET、IGBT均为电压驱动控制型器件

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4、电力三极管BJT的四个电压值其大小关系如何？

、

、

和

、、和的定义是什么？

分别为不同基极状态下的三极管集-射极击穿电压值：

定义为基极反偏时，三极管集-射极电压击穿值；

为基极短接、基极电压为0时，三极管集-射极电压击穿值； 为基极接有电阻短路时的集-射极击穿电压值要； 为基极开路时集-射极击穿电压值。 其大小关系为：

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。

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5、说明晶闸管的基本工作原理。在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态？已处于通态的晶闸管，撤除其驱动电流为什么不能关断，怎样才能关断晶闸管？ 基本工作原理：见课本p36-37；应回答出承受正向压、门极加驱动电流时的管子内部的正反馈过程，使

不断增大，最后使

，

很大，晶闸

管变成通态；撤去门极电流后由于，仍可使很大，

保持通态。

有多种办法可以使晶闸管从断态转变成通态。

常用的办法是门极触发导通和光注入导通。另外正向过电压、高温、高的都可能使晶闸管导通，但这是非正常导通情况。

要使晶闸管转入断态，应设法使其阳极电流减小到小于维持电流使其阳极A与阴极K之间的电压

为零或反向。

，通常采用

6、额定电流为10A的晶闸管能否承受长期通过15A的直流负载电流而不过热？ 额定电流为10A的晶闸管能够承受长期通过15A的直流负载电流而不过热。因为晶闸管的额定电流

是定义的：在环境温度为40℃和规定的散热冷却条件下，

晶闸管在电阻性负载的单相、工频正弦半波导电、结温稳定在额定值125℃时，所对应的通态平均电流值。这就意味着晶闸管可以通过任意波形、有效值为1.57

的电流，其发热温升正好是允许值，而恒定直流电的平均值与有效值相

等，故额定电流为10A的晶闸管通过15.7A的直流负载电流，其发热温升正好是允许值。

7、说明GTO的关断原理。

在GTO的设计制造时，等效晶体管T2的集电极电流分配系数a2较大。当GTO处于通态时，突加一个负触发电流-Ig，使a2减小， 1-a2变大，就是阳极电流又使

、

急剧减小，又导致电流分配系数a2和a1减小，使

急剧减小，急剧减小，

减小。在这种循环不已的正反馈作用下，最终导致GTO阳极电流减

小到维持电流以下，GTO从通态转入断态。改善电力系统的运行特性和运行经济性。这类应用将导致电力系统的革命并推动电力电子技术的继续发展。 8、作为开关使用时P－MOSFET器件主要的优缺点是什么？

作为开关使用时，P－MOSFET器件的优点是：输入阻抗高，驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高；其缺点是：通态压降大（通态损耗大），电压、电流定额低。

补充：SCR、BJT和GTO为电流驱动控制型器件： P－MOSFET、IGBT均为电压驱动控制型器件。

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第三章 直流/直流变换器

一．降压变换器 （Buck变换器）

1）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斩波电路和Zeta斩波电路。

T?

VO?VS?onVS?DVS12?11vEOd(?t)?VS? ?VS2?D?DVs 2） VO?Co?2?Toff2?02?2?

改变开关管T的导通时间，即改变导通占空比D ，即可改变变压比M, 调节或控制输出电压VO。 3）控制方式

1 脉冲宽度调制方式 PWM (Pulse Width Modulation) 开关频率不变，改变输出脉冲电压的宽度?

2 脉冲频率调制方式 PFM（Pulse Frequency Modulation） 脉宽? 不变，改变开关频率或周期。 4）：为什么实际应用中广泛采用PWM方式？

（1）输出电压中的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。 （2）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 5.）LC滤波电路：

vEOiivl滤波电感的作用： VOTE+-对交流高频电压电流呈高阻抗，对直流畅通无阻

iLLiCGV滤波电容的作用： CDgC+Vioi对直流电流阻抗为无穷大，对交流电流阻抗很小。 -6）Buck变换器有两种可能的运行工况： oo（1）电感电流连续模式 CCM(Continuous Current Mode)： buck电路图指电感电流在整个开关周期中都不为零；

（2）电感电流断流模式 DCM（Discontinuous Current Mode）： 指在开关管T阻断期间内经二极管续流的电感电流已降为零。 二者的临界：称为电感电流临界连续状态： 指开关管阻断期结束时，电感电流刚好降为零。 7）: 电流连续模式跟哪些因素有关?

? 电感中的电流iL是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。 8）各谐波经过滤波器后几乎衰减为零。 直流量通过滤波器时其大小不受任何影响 二．升压变压器 （Boost 变换器）

1）工作原理

1.假设L和C值很大。

2.T处于通态时，电源VS向电感L充电，电流恒定iL，电容C向负载R供电，输出电压Vo恒定。

3.T处于断态时，电源VS和电感L同时向电容C充电，并向负载提供能量。 4.压升高的原因：电感L储能使电压泵升的作用， 电容C可将输出电压保持住. 2）注意：

1.对Boost 电路一般使用PWM控制

2.不能空载运行；3.占空比不能接近1；4.输入电流脉动较小，运行中对电源的扰动小。

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