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第一章电力电子器件的原理与特性
1、本章学习要求、 1.1 电力电子器件概述，要求达到“熟悉”层次。 1）电力电子器件的发展概况及其发展趋势。 2）电力电子器件的分类及其各自的特点。 1.2 功率二极管，要求达到“熟悉”层次。 1）功率二极管的工作原理、基本特性、主要参数和主要类型。 2）功率二极管额定电流的定义。 1.3 晶闸管，要求达到“掌握”层次。 1）晶闸管的结构、工作原理及伏安特性。 2）晶闸管主要参数的定义及其含义。 3）电流波形系数 kf 的定义及计算方法。 4）晶闸管导通和关断条件 5）能够根据要求选用晶闸管。 1.4 门极可关断晶闸管（GTO），要求达到“熟悉”层次。 1）GTO 的工作原理、特点及主要参数。 1.5 功率场效应管，要求达到“熟悉”层次。 1）功率场效应管的特点，基本特性及安全工作区。 1.6 绝缘栅双极型晶体管（IGBT），要求达到“熟悉”层次。 1）IGBT 的工作原理、特点、擎住效应及安全工作区。 1.7 新型电力电子器件简介，要求达到“熟悉”层次。
2、本章重点难点分析、有关晶闸管电流计算的问题：有关晶闸管电流计算的问题：晶闸管是整流电路中用得比较多的一种电力电子器件，在进行有关晶闸管的电流计算时，针对实际流过晶闸管的不同电流波形，应根据电流有效值相等的原则选择计算公式，即允许流过晶闸管的实际电流有效值应等于额定电流 IT 对应的电流有效值。利用公式 I = kf×Id = 1.57IT 进行晶闸管电流计算时，一般可解决两个方面的问题：一是已知晶闸管的实际工作条件（包括流过的电流波形、幅值等），确定所要选用的晶闸管额定电流值；二是已知晶闸管的额定电流，根据实际工作情况，计算晶闸管的通流能力。前者属于选
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用晶闸管的问题，后者属于校核晶闸管的问题。 1）计算与选择晶闸管的额定电流解决这类问题的方法是：首先从题目的已知条件中，找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数（如电流幅值、触发角等），据此算出通过晶闸管的实际电流有效值 I，考虑（1.5~2）倍的安全裕量，算得额定电流为 IT = (1.5~2) I /1.57，再根据 IT 值选择相近电流系列的晶闸管。 2）校核或确定晶闸管的通流能力解决这类问题的方法是：由已知晶闸管的额定电流，计算出该管子允许通过的电流有效值。根据实际电流波形求出电流波形系数，算得晶闸管允许的实际电流平均值为 Id = 1.57IT / kf （未考虑安全裕量时）。 3、本章典型例题分析、例 1.1 晶闸管导通和关断的条件是什么？解：晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。例 1.2 单相正弦交流电源，其电压有效值为 220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？考虑 2 倍安全裕量，晶闸管的额定电压如何选取？解：晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值： 220 2 = 311V；考虑2 倍安全裕量，则晶闸管额定电压不低于 2×311=622V，可取为 700V。 4、本章作业、 1.1．有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？ 1.2．晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于什么？ 1.3．什么信号可用做晶闸管的门极触发信号？ 1.4．教材 P43：1.3，1.4，1.5，1.6 第二章相控整流电路
1、本章学习要求、 2.1 整流电路的概念，要求达到“熟悉”层次。 2.1.1 整流电路的概念、电路组成、分类等知识。
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2.2 单相可控整流电路，要求达到“掌握”层次。 2.2.1 单相半波可控整流电路，要求
达到“掌握”层次。
1）单相半波可控整流电路的组成及工作原理。 2）计算带电阻性负载的单相半波可控整流电路的相关参数。 2.2.2 单相桥式全控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。
1）单相桥式全控整流电路的组成及工作原理。 2）带电感性负载时的工作波形。 3）带反电动势负载时的工作波形。 4）带反电动势负载时串接平波电抗器的作用。 5）计算带不同性质负载时，单相桥式全控整流电路的相关参数。 6）带大电感负载时电路的输出电压、输出电流和晶闸管的电压、电流波形。 7）带不同性质负载时，控制角α的移相范围。 8）该电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。 9）该电路中相应晶闸管的选取。 2.2.3 单相桥式半控整流电路，要求达到“掌握”层次。
1）单相桥式半控整流电路的组成及工作原理。 2）单相桥式半控整流电路产生失控现象的原因及防止失控的措施。 3）电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。 2.2.4 单相全波可控整流电路，要求达到“熟悉”层次。
1）单相全波可控整流电路的组成及工作原理。 2.3 三相可控整流电路，要求达到“掌握”层次。 2.3.1 三相半波可控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。
1）三相半波可控整流电路的组成及工作原理。 2）三相半波可控整流电路的自然换相点，掌握移相控制角α的计算方法。 3）带大电感负载时的工作波形。 4）带大电感负载时电路相关参数的计算。 5）该电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。 6）该电路中相应晶闸管的选取。 7）带不同性质负载时，控制角α的移相范围。 2.3.2 三相桥式全控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。
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1）三相桥式全控整流电路的组成及工作原理。 2）当负载电流连续时，各晶闸管的换流顺序、相互间隔角度及每只管子的导电角。 3）带大电感负载时电路的输出电压、输出电流和晶闸管的电压、电流波形。 4）带大电感负载时，控制角α的移相范围。 5）带大电感负载时电路相关参数的计算。 2.3.3 三相桥式半控整流电路，要求达到“熟悉”层次。
1）三相桥式半控整流电路的组成及工作原理。 2）三相桥式半控整流电路的失控现象。3）电路中，晶闸管组和二极管组的自然换相点以及各自的换相规律。 2.4 整流变压器漏抗对整流电路的影响，要求达到“掌握”层次。 1）在考虑变压器漏抗时，整流电路在换相过程中输出电压值的特点。 2）在考虑变压器漏抗时，晶闸管换相的物理过程和换相重叠角γ的概念。 3）由于变压器漏抗的影响，将产生换相压降、造成整流输出电压波形畸变以及平均值的变化。 4）换相压降与哪些因素有关。 2.5 整流电路的有源逆变工作状态，要求达到“掌握”层次。 2.5.1 逆变的概念，要求达到“熟悉”层次。
1）逆变的概念。 2）整流和逆变的关系。 3）电源间能量的流转关系。 2.5.2 有源逆变产生的条件，要求达到“掌握”层次。
1）产生有源逆变的两个条件及其含义。 2）有源逆变时能量的流转方向。 2.5.3 三相有源逆变电路，要求达到“掌握”层次。
1）三相半波有源逆变电路的组成及工作原理。 2）三相半波有源逆变电路中相关电量的计算。 3）三相桥式有源逆变电路的组成及工作原理。 4）三相桥式有源逆变电路中相关电量的计算。 2.5.4 逆变失败的原因及最小逆变角的限制，要求达到“掌握”层次。
1）逆变角β的定义。 2）逆变失败的概念。
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3）逆变失败的原因及防止措施。 4）确定最小逆变角的三个因素及其含义。 2.5.5 有源逆变的应用，要求达到“熟悉”层次。
1）直流可逆电力拖动系统中，反并联变流电路控制直流电机的四象限工作运行状态和运行条件。 2）高压直流输电系统的结构。 3）高压直流输电系统中，能够根据功率的流向，
判断中间直流环节两侧变流器的工作状态。 2.6 整流电路的谐波和功率因数，要求达到“熟悉”层次。 1）整流电路中，功率因数λ的定义。 2.7 晶闸管直流电动机系统，要求达到“熟悉”层次。 1）整流状态下，电流连续和电流断续时电动机的机械特性。 2）逆变状态下，电流连续和电流断续时电动机的机械特性。 2.8 电力公害及改善措施，要求达到“熟悉”层次。 2、本章重点难点分析、本章的重点是：波形分析法和单相桥式可控整流电路；有源逆变产生的条件；难点是：带不同性质负载时整流电路的工作情况；变压器漏抗对整流电路的影响。波形分析法：波形分析法：整流电路的分析，通常采用波形分析法。所谓波形分析法，是指根据电源电压和控制角以及负载性质，作出负载电压、负载电流、整流元件的电压和电流等波形图，再由波形图推导出该电路基本电量的计算公式和数量关系。具体来说，分析方法和步骤如下： 1）绘出主电路原理图，包括标明交流电压、各整流元件序号和负载性质。 2）画出各相电压或线电压波形图，并确定整流元件的自然换相点。 3）根据控制角在相应位置上绘出触发脉冲，并标明相应序号。 4）根据可控整流电路的工作原理，绘出负载电压、负载电流、晶闸管电流以及晶闸管两端电压的波形， 5）根据波形图推导出基本电量的计算公式。变压器漏抗对整流电路的影响：变压器漏抗对整流电路的影响：通常整流电路输入端都接有整流变压器，由于整流变压器存在漏抗，在换相时，对整流电压波形将产生影响，不仅产生换相压降，而且使相电压和线电压波形出现缺口，造成电网电压发生畸变。
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3、本章典型例题分析、例 2.1 接有续流二极管的单相半波可控整流电路，带大电感负载，R=5Ω，变压器二次侧电压 U2=220V。试计算当触发角α分别为 30°和 60°时，流过晶闸管和续流二极管中电流的平均值和有效值；问在什么情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？解：1）当α= 30°时，
1 + cos α 1 + cos 30° = 0.45 × 220 × = 92.4V
2 2 U 92.4 Id = d = = 18.5 A R 5 π ?α 180° ? 30° I dT = Id = × 18.5 = 7.7 A 流过晶闸管的电流平均值为 2π360° U d = 0.45U1
流过晶闸管的电流有效值为
IT =
π ?α 180° ? 30° Id = × 18.5 = 16.9 A 2π 360°
I dD = ID =
流过续流二极管的电流平均值为
π +α 180° + 30° Id = × 18.5 = 10.8 A 2π 360°π +α 180° + 30° Id = ×18.5 = 14.1A 2π 360°
流过续流二极管的电流有效值为 2）当α= 60°时，
1 + cos α 1 + cos 60° = 0.45 × 220 × = 74.3V
2 2 U 74.
3 Id = d = = 14.9 A R 5 π ?α 180° ? 60°流过晶闸管的电流平均值为 I dT = Id = × 14.9 = 5 A 2π 360°U d = 0.45U1
流过晶闸管的电流有效值为
IT =
π ?α 180° ? 60° Id = × 14.9 = 8.6 A 2π 360°
I dD = ID =
流过续流二极管的电流平均值为
π +α 180° + 60° Id = × 14.9 = 9.9 A 2π 360°π +α 180° + 60° Id = ×14.9 = 12.2 A 2π 360°
流过续流二极管的电流有效值为
3）要使 IdD＞IdT，由公式知，只需满足
π +απ ?α＞，即α＞0° 2π 2π
例 2.2 在单相桥式全控整流电路中，如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，该电路的工作情况将如何？如果这只晶闸管被烧成短路，该电路的工作情况又会如何？答：如果有一只晶闸管因为过流而烧成断路，则该单相桥式全控整流电路将作为单相半
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波可控整流电路工作；如果这只晶闸管被烧成短路，则会引起其他晶闸管因对电源短路而烧毁，严重情况下甚至可能使整流变压器因过流而损坏。因此，在设计电路时，在变压器二次侧与晶闸管之间应串联快速熔断丝，起到过流保护的作用。例 2.3 单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是什么？在何种情况下，流过续流二极管的电流平均值大于流过晶闸管的电流平均值？答：单相桥式半控整流电路中续流二极管的作用是：为感性负载中电感储存的能量提供一条专门的释放回路，以避免发生一只晶闸管持续导通而两只二极管轮流导通的“失控现象”。由公式知，流过续流二极管的电流平均值 I dD = α I ，π d π ?α流过晶闸管的电流平均值 I dT = Id 2παπ ?απ，即α＞要使 IdD＞IdT，则只需满足＞π 2π 3
例 2.4 单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R = 1Ω，L 值很大，即满足ωL>>R，U2 = 100V，当α= 60 时，求： 1）作出输出电压 ud、输出电流 id、变压器二次侧电流 i2 的波形； 2）求整流输出平均电压 Ud、电流 Id 和二次侧电流有效值 I2； 3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。解：1)波形略 2）Ud = 0.9U2Cosα= 0.9×100×Cos60°= 45V Id = Ud / R = 45 / 1 = 45A I2 = Id = 45A 3）晶闸管可能承受的最大电压为 UTM= 2U 2 =141V，考虑 2 倍安全裕量,其值为 282V，选额定电压为 300V 的晶闸管流过晶闸管的电流有效值为 IT =
1 Id = 31.82A 2
考虑 2 倍安全裕量时晶闸管的平均电流为 ITAV = 2IT / 1.57 = 40.54A，选额定电流为 50A 的晶闸管 4、本章作业、 2.1．单相桥式全控整流电路，带大电感负载，U2=220V，R=2Ω，求晶闸管的额定电流和额定电压。 2.2．单相半波可控整流电路中，如晶闸管：1）不加触发脉冲；2）内部短路；3）内部断路，
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试分析晶闸管两端与负载电压波形。 2.3．某单相可控整流电路，分别给阻性负载和蓄电池反电动势负载供电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载下晶闸管的额定电流应选大一些？为什么？ 2.4．某单相桥式全控整流电路，带大电感负载，变压器二次侧电压 U2=220V，R=2Ω，触发角α= 30°时，求：1）画出输出电压 ud、输出电流 id 和变压器二次侧电流 i2 波形；2）计算整流电路输出平均电压 Ud、平均电流 Id 及变压器二次电流有效值 I2；3）考虑 2 倍安全裕量，选择晶闸管的额定电压、额定电流值。 2.5．教材 P121～123 的习题。
第三章直流斩波器
1、本章学习要求、 3.1 直流斩波器的工作原理及控制方式，要求达到“掌握”层次。
3.2 直流斩波器基本电路，要求达到“掌握”层次。 3.2.1 降压斩波器，要求达到“掌握”层次。
1）降压斩波器的电路组成及其工作原理。 2）降压斩波器输出电压平均值的表达式。
3.2.2 升压斩波器，要求达到“熟悉”层次。
1）升压斩波器的电路组成及其工作原理。 2）升压斩波器输出电压平均值的表达式。
交流调压电路和相控交-交变频电路第四章交流调压电路和相控交交变频电路
1、本章学习要求、 4.1 单相交流调压电路，要求达到“熟悉”层次。 1）交流调压电
路的概念。 2）单相交流调压电路的电路结构及工作原理。 3）单相交流调压电路带阻感负载时的相关电量的计算。
第五章无源逆变电路
1、本章学习要求、 5.1 无源逆变电路的原理，要求达到“熟悉”层次。 1）逆变的概念。 2）有源逆变和无源逆变的区别。
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3）逆变电路的分类及其各自的特点。 5.2 单相电压型逆变电路，要求达到“掌握”层次。 1）单相半桥逆变电路的电路组成及工作原理。 2）单相桥式逆变电路的电路组成及工作原理。 3）与开关管反并联的续流二极管的作用。 5.3 脉冲宽度调制（PWM），要求达到“熟悉”层次。 1）正弦脉宽调制（SPWM）的基本原理。 2）PWM 的单极性调制和双极性调制方式。 3）载波信号、调制信号、载波比和调制比的概念及含义。 2、本章作业、 5.1．无源逆变与有源逆变有什么不同？ 5.2．什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？从电路组成和工作波形上看，这二者各有什么特点？ 5.3．电压型逆变电路中，与开关管反并联的二极管的作用是什么？
电力电子器件的门（第六章电力电子器件的门（栅）极控制电路
1、本章学习要求、 6.1 晶闸管门极触发电路，要求达到“熟悉”层次。 1）晶闸管对触发电路的基本要求。 6.2 GTR 的基极驱动电路，要求达到“熟悉”层次。 1）GTR 对驱动电路的基本要求。
2、本章作业、 6.1．晶闸管主电路对触发电路的要求是什么？
第七章相控整流主电路参数的计算和设计
1、本章学习要求、 7.1 整流变压器参数的计算，要求达到“熟悉”层次。 1）选择整流变压器二次侧相电压的原则。 7.2 整流元件的选择，要求达到“掌握”层次。 1）整流元件额定电压、额定电流的选择。 7.3 晶闸管的串联与并联，要求达到“熟悉”层次。
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1）晶闸管在进行串、并联使用时应注意的相关问题。 7.4 电抗器参数的计算，要求达到“熟悉”层次。 1）晶闸管装置直流侧串入的平波电抗器的作用。 2、本章作业、 7.1．整流电路供电的整流变压器二次侧相电压的选择是由哪些因素决定的？若二次侧相电压选得过高或过低，将出现什么问题? 7.2．晶闸管串联或并联使用时，应采取什么样的均压或均流措施？
注意：对于专升本（业余）学生，本课程着重要求大家掌握第一、二、六、七章的内容，注意其余各章的内容只要求了解基本概念和基本原理即可。
第三部分
综合练习题
极。 A。
一、填空题（本大题共 14 小空，每小空 2 分，共 28 分）填空题（本大题共小空，1．晶闸管是四层三端器件，三个引出电极分别为：阳极、阴极和 2．一只额定电流为 100A 的普通晶闸管，其允许通过的电流有效值为 3．具有自关断能力的电力电子器件称为器件。
4．三相全控桥式整流电路中，采用共阴极组接法的三只晶闸管，要求其触发脉冲以 120 为间隔，依次在电源电压的半周触发各晶闸管。。次。
5．在考虑变压器漏抗影响时，整流电路输出电压的平均值将 6．三相全控桥式整流电路输出的电压波形在一个周期内脉动
7．采用时间比控制方式改变斩波器负载两端的平均电压，对斩波器触发脉冲的调制方法有三种，分别是；；。。
8．降压斩波器中，电源电压 Ud=50V，导通比为 0.8，则负载电压平均值 ULD 为 9．电
流型逆变电路直流侧为，输出电流波形为。和调制。
10．根据调制脉冲的极性，PWM 也有两种调制方式，分别是小题，二、简答题（本大题共 6 小题，每小题 6 分，共 36 分）简答题（ 1．试说明晶闸管的开通和关断的条件。2．试说明晶闸管整流装置实现有源逆变的条件。
3．试说明整流电路中整流变压器二次侧相电压 U2φ选得过高或过低，将出现什么问题？4．单相半控桥整流电路带感性负载时，若该电路不接续流二极管，请对其可能发生的“失控”
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现象进行分析。 5．三相桥式全控整流电路带大电感负载时，以连接于 A 相的共阴极组晶闸管 T1 为例说明，在一个周期内，其承受电压的情况。 6．某单相可控整流电路，分别给阻性负载和蓄电池反电动势负载供电，在流过负载电流平均值相同的条件下，哪一种负载下晶闸管的额定电流应选大一些？为什么？三、计算题（，本大题共 3 小题，每小题 12 分，共 36 分）计算题（，本大题共小题，（， 1．单相桥式可控整流电路，带一大电感对蓄电池充电，R = 3Ω，电感 L 足够大，U2 = 220V，反电动势 E = 60V。 1）要保持充电电流为 10A，估算此时的控制角α； 2）该电路中晶闸管承受的最大电压是多少？ 2．单相全控桥式整流电路，带阻感负载，R = 5Ω，L 值很大，即满足ωL>>R，U2 = 100V，当α= 60 时，求： 1）作出输出电压 ud、输出电流 id、变压器二次侧电流 i2 的波形； 2）求整流输出平均电压 Ud、电流 Id 和二次侧电流有效值 I2； 3）考虑两倍的安全裕量，选择晶闸管的额定电压和额定电流值。 3．单相全控桥式有源逆变电路，回路电阻 R = 1Ω，平波电抗器 Ld 足够大，变压器二次电压有效值 U2 = 220V，负载电动势 Ed=-200V，当β= 30 时，求： 1）画出输出电压 ud、流过晶闸管电流 iT1 的波形； 2）计算变流电路输出平均电压 Ud、负载平均电流 Id。
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参考答案：参考答案：小空，一、填空题（本大题共 14 小空，每小空 2 分，共 28 分）填空题（ 1．门 4．正 2．157 5．减小 3．全控型 6．6
7．脉冲宽度调制；脉冲频率调制；调频调宽混合控制 8．40V 9．电流源；矩形波 10．单极性；双极性
二、简答题（本大题共 6 小题，每小题 6 分，共 36 分）简答题（小题， 1．晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到
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其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。 2．1）变流电路直流侧应具有能提供逆变能量的直流电源电动势 Ed，其极性应与晶闸管的导电电流方向一致；2）变流电路输出的平均电压 Ud 的极性必须为负，以保证与直流电源电动势 Ed 构成同极性相连，即控制角α＞90°，且满足∣Ud∣＞∣Ed∣。 3．整流电路中整流变压器二次侧相电压 U2φ选得过高，则晶闸管运行时控制角过大，造成功率因数变坏，无功功率增大；选择过低，则有可能在最不利的运行情况下，即使晶闸管的控制角退到最小时，仍然不能达到负载要求的额定电压。 4．单相半控桥整流电路带感性负载时，不接续流二极管，将可能发生失控现象。以晶闸管 T1 导通的情况为例，当交流电源电压在负半周时，负载电流通过 T1 和二极管 D2 续流，输出电压为零；当交流电源电压在正半周时，负载电流通过T1 和二极管 D4 流通，输出电压为电源电压。即在一个周期内，晶闸管 T1 持续导通，二极管 D1、D2 轮流导通，输出电压波形为正弦半波。 5．T1 导通期间，承受正向管压降（≈0）为 120°；T1 关断期间，分别承受线电压 uab、 uac 各 120°。 6．反电动势负载时晶闸管额定电流应选大一些。因为反电动势负载时，晶闸管的导通角θ比电阻性负载时小。
反电动势负载的电流波形系数 Kf 比电阻负载时大。三、计算题（，本大题共 3 小题，每小题 12 分，共 36 分）计算题（，本大题共小题， 1．解： 1）Ud = 0.9U2Cosα Id = ( Ud －E ) / R = ( 0.9U2Cosα－E ) / R Cosα=( Id R＋E ) /(0.9U2 ) = (10×3＋60 ) /(0.9×220 ) = 0.445 α= 63° 2）U = 1.414×220 = 311V 2．解： 1）波形略 2）Ud = 0.9U2Cos α= 0.9×100×Cos60°= 45V Id = Ud / R = 45 / 5 = 9A I2 = Id = 9A 3）晶闸管可能承受的最大电压为 UTM= 2U 2 =141V，考虑 2 倍安全裕量,其值为 282V，选额定电压为 300V 的晶闸管流过晶闸管的电流有效值为 IT =
1 Id = 6.363A 2
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考虑 2 倍安全裕量时晶闸管的平均电流为 ITAV = 2IT / 1.57 = 8.1A，选额定电流为 10A 的晶闸管 3．解： 1）波形略 2）Ud= -0.9U2cosβ= -0.9×220×cos30°= -171.5V Id = 28.5A 13
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现代电力电子技术的发展 浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化992班马玥 (浙江杭州310027 E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/c01832734.html,学号:3991001053 摘要:本文简要回顾电力电子技术的发展,阐述了现代电力电子技术发展的趋势,论述了走向信息时代的电力电子技术和器件的创新、应用,将对我国工业尤其是信息产业领域形成巨大的生产力,从而推动国民经济高速、高效可持续发展。 关键词:现代电力电子技术;应用;发展趋势 The Development of Modern Power Electronics Technique Ma Yue Electrical Engineering College. Zhejiang University. Hangzhou 310027, China E-mail: yeair@https://www.doczj.com/doc/c01832734.html, Abstract: This paper reviews the development of power electronics technique, as well as its current situation and anticipated trend of development. Keywords: modern power electronics technique, application, development trend. 1、概述 自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台,以此为基础开发的可控硅整流装臵,是电气传动领域的一次革命,使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子的诞生。
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：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）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸由导通变为关断，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。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t
电力电子技术的实际应用 摘要 随着科技的飞速进步，时代的高速发展，电力电子技术作为一个新兴的学科诞生并被迅速应用于电力电子领域中，已在国民经济中发挥着巨大作用，已对输变电系统性能将产生巨大影响。目前电力电子技术的应用已涉及电力系统的各个方面，包括发电环节、输配电系统、储能系统等等。电力电子技术是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术，其发展在优化电能使用、改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业、扩大电网规模和功能等方面起到了重要作用。本文将重点介绍电力电子技术在电 理网络中的应用。 关键字：电力电子技术、输配电系统、晶闸管、电力网络。 在电气工程领域，电力电子技术作为一个新兴的学科，因其在电力领域中起到的巨大作用，越来越受到重视。随着晶闸管等电力器件的发明并被应用于电力领域，正式标志着电力电子技术被应用于电力系统，其在全球电力领域的发展中，有着里程碑的意义。 电力电子技术主要应用于电力领域中的电力系统中。电力系统由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。其功能就是产生电能，再经输电系统、变电系统和配电系统将电能供应到用户。为了实现此功能，电力电子技术的应用起到了举足轻重的作用。保证了用户能够获得安全、经济、优质的电能。 电力电子技术最初应用到电力领域的历史最早是在20世纪50年代利用不可控器件二极管构成的整流器来替代直流发电机对同步发电机进行励磁调节。随后出现的利用半控器件晶闸管构成的可控整流器更是为发电机的励磁提供里一个快捷有效的控制手段，从根本上改变了发电机的动态和静态性能，有效的改善了系统的稳定性。 在当前大范围使用的电力系统中，通常都是以固定的电压和频率来向用户提供交流电能的（例如我国使用220V、50Hz的交流电），但是最终的用户需要的电能可能形式会有着各式各样的差别，可能是不同频率的交流电、可能是同频率但电压不同的交流电也可能是直流电等等、如果这些要由普通的常规电力系统器件来完成，例如使用变频器，变压器和整流器等，这就需要大量的此类设备，且还要根据不同用户的要求而使用不同的器件，这是很不经济的，也不可能实现。而电力电气器件可以作为电力系统和用户之间的接口，通过受控的开关作用对系统输送到用户的电能进行不同的变换来满足用户不同的需求。故而自其问世以来，就被广泛的应用在电力领域的各个角落。 在电力领域中，实现常规电流变换的装置包括：整流器、逆变器、交流变换器和斩波器四种基本类型。整流器是利用电力电子器件的单向导电性和可控性将交流电能转换为可控的直流电能的变流装置；逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置；交流变换器是把一种交流电能变换为另一种交流电能的装置；斩波器是把一种直流电脑变为另一种直流电能的装置。
《电力电子技术》课程标准 一、课程信息 课程名称：电力电子技术课程类型：电气自动化专业核心课 课程代码：0722006 授课对象：电气自动化专业 学分：3.0 先修课：电路、电子技术 学时：50 后续课：交流调速系统 制定人：杨立波制定时间：2010年10月10日 二、课程性质 电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的，已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养本专业人才中占有重要地位。通过本课程的学习，使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。为后续课程打好基础。 三、课程设计 1、课程目标设计 （1）能力目标 总体目标：1、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 2、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 具体目标：1、单相、三相可控整流技术的工程应用 2、降压斩波变换技术的工程应用 3、升压斩波变换技术的工程应用 4、交流调压或交流调功技术的工程应用 5、变频技术的工程应用 6、有源、无源逆变技术的工程应用 （2）知识目标 1、熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法； 2、熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流—交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。 3、掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理。
4、了解电力电子技术的应用范围和发展动向。 5、掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。 2、课程内容设计 （1）设计的整体思路：以工作过程和教学进程为设计依据，以相对独立的知识为模块。（2）模块设计表：
《电力电子技术》教学大纲 课程编号：131504269 课程类型：专业必修课 课程名称：电力电子技术学分：4 适用专业：电气自动化技术 第一部分大纲说明 一、课程的性质、目的和任务 本课程是电气自动化技术专业的专业必修课，主要目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。 二、课程的基本要求 1.熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等典型电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法； 2.熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法； 3.掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理； 4.了解电力电子技术的应用范围和发展动向； 5.掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。 三、本课程与相关课程的联系 通过该课程的学习为《供配电技术》、《电力拖动》等课程准备必要的基础知识。 四、学时分配 本课程学分为4学分，建议开设56学时。
五、教材与参考书 教材：《电力电子技术》（第5版），王兆安、刘进军主编，机械工业出版社，2009 主要参考书： 1.《电力电子技术习题集》，李先允，陈刚，中国电力出版社，2007 2.《电力电子技术》，黄家善，机械工业出版社，2011 3.《电力电子技术》，高文华，机械工业出版社，2012 六、教学方法与手段建议 本课程是电气自动化技术专业的专业必修课程，主要教学目标是构建学生电力电子技术的基本理论、基本技能和培养学生应用与创新能力。因此，通过改革教学模式、教学内容、教学方法与手段，激发学生学习兴趣和求知欲，增进学习效果，提高学习质量。为此，在教学过程中，要注重理论联系实际，重视工程观点，着重于基本概念的熟悉、基本原理的理解以及系统应用案例的分析设计能力；采用灵活多样的教学方法，因材施教，具体包括：启发式教学法、讨论研究式教学法、多媒体教学法、现场教学法、实物教学法、案例教学法等；积极探索理论和实践相结合的教学模式，使理论学习和技能训练与生产生活中的实际应用相结合，通过典型知识的实践应用，提高学习兴趣，激发学习动力，掌握相应知识和技能。 七、课程考核方式与成绩评定办法 闭卷考试。平时成绩：30%；期末考试成绩：70%（笔试，闭卷）。 第二部分课程内容大纲 第一章绪论（2学时） 一、教学目的和要求 掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容；了解电力电子技术的发展史；了解电力电子技术的应用、电力电子技术的发展前景；了解本教材的内容。 二、教学内容 1.电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史； 2.电力电子技术的应用范围；
现代电力电子技术发展及其应用 摘要：电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。 一、引言 自上世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 二、电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压
和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1、整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 2、逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 3、变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能
一、填空题： 1、电力电子技术的两个分支是电力电子器件制造技术和 变流技术 。 2、举例说明一个电力电子技术的应用实例 变频器、 调光台灯等 。 3、电力电子承担电能的变换或控制任务，主要为①交流变直流（AC —DC ）、②直流变交流（DC —AC ）、③直流变直流（DC —DC ）、④交流变交流（AC —AC ）四种。 4、为了减小电力电子器件本身的损耗提高效率，电力电子器件一般都工作在 开关状态，但是其自身的功率损耗（开通损耗、关断损耗）通常任远大于信息电子器件，在其工作是一般都需要安装 散热器 。 5、电力电子技术的一个重要特征是为避免功率损耗过大，电力电子器件总是工作在开关状态，其损耗包括 三个方面：通态损耗、断态损耗和 开关损耗 。 6、通常取晶闸管的断态重复峰值电压UDRM 和反向重复峰值电压URRM 中较 小 标值作为该器件的额电电压。选用时，额定电压要留有一定的裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。 7、只有当阳极电流小于 维持 电流时，晶闸管才会由导通转为截止。导通：正向电压、触发电流 （移相触发方式） 8、半控桥整流带大电感负载不加续流二极管电路中，电路可能会出现 失控 现象，为了避免单相桥式 半控整流电路的失控，可以在加入 续流二极管 来防止失控。 9、整流电路中，变压器的漏抗会产生换相重叠角，使整流输出的直流电压平均值 降低 。 10、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称为 触发角 。 ☆从晶闸管导通到关断称为导通角。 ☆单相全控带电阻性负载触发角为180度 ☆三相全控带阻感性负载触发角为90度 11、单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 2√2U1 。（电源相电压为U1） 三相半波可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为 。（电源相电压为U 2） 12、四种换流方式分别为 器件换流 、电网换流 、 负载换流 、 强迫换流 。 13、强迫换流需要设置附加的换流电路，给与欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流而关断。 14、直流—直流变流电路，包括 直接直流变流电路 电路和 间接直流变流电路 。（是否有交流环节） 15、直流斩波电路只能实现直流 电压大小 或者极性反转的作用。 ☆6种斩波电路：电压大小变换：降压斩波电路（buck 变换器)、升压斩波电路、 Cuk 斩波电路、Sepic 斩波电路、Zeta 斩波电路 升压斩波电路输出电压的计算公式 U= 1E β=1- ɑ 。 降压斩波电路输出电压计算公式： U=ɑE ɑ=占空比，E=电源电压 ☆直流斩波电路的三种控制方式是PWM 、 频率调制型 、 混合型 。 16、交流电力控制电路包括 交流调压电路 ，即在没半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路， 调功电路 即以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路， 交流电力电子开关即控制串入电路中晶闸管根据需要接通或断开的电路。
现代电力电子技术的发展、现状与未来展 望综述
课程报告 现代电力电子技术的发展、现状与 未来展望综述 学院：电气工程学院 姓名： ********* 学号: 14********* 专业： ***************** 指导教师： *******老师 0 引言
电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展［1］ 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件（第一代电力电子器件） 上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件（第二代电力电气器件） 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合
第2章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通， 门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。 13.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。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。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称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17.双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 18.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。 19. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触 发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。
电力电子技术实验总结 随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术——电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。 本学期实验课程共进行了四个实验。包括单结晶体管触发电路实验，单相半波整流电路实验，三相半波有源逆变电路实验，单相交流调压电路实验. 单结晶体管触发电路实验 实验目的 (1)熟悉单结晶体管触发电路的工作原理及电路中各元件的作用。 (2)掌握单结晶体管触发电路的基本调试步骤。 实验线路及原理单结晶体管触发电路利用单结晶体管(又称双基极二极管)的负阻特性和rc充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路。v6为单结晶体管，其常用型号有 bt33和bt35两种，由等效电阻v5和c1组成rc充电回路，由c1-v6-脉冲变压器原边组成电容放电回路，调节rp1电位器即可改变c1充电回路中的等效电阻，即改变电路的充电时间。由同步变压器副边输出60v的交流同步电压，经vd1半波整流，再由稳压管v1、v2 进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过r7及等效可变电阻v5向电容c1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压up时，v6导通，电容通过脉冲变压器原边迅速放电，同时脉冲变压器副边输出触发脉冲；同时由于放电时间常数很小，c1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压uv，使得v6重新关断，c1再次被充电，周而复始，就会在电容c1两端呈现锯齿波形，在每次v6导通的时刻，均在脉冲变压器副边输出触发脉冲；在一个梯形波周期内，v6可能导通、关断多次，但对晶闸管而言只有第一个输出脉冲起作用。电容c1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节rp1电位器改变c1的充电时间，控制第一个有效触发脉冲的出现时刻，从而实现移相控制。 实验内容 (1)单结晶体管触发电路的调试。 (2)单结晶体管触发电路各点电压波形的观察。 单相半波整流电路实验 实验目的 1、熟悉强电实验的操作规程； 2、进一步了解晶闸管的工作原理； 3、掌握单相半波可控整流电路的工作原理。 4、了解不同负载下单相半波可控整流电路的工作情况。 实验原理 1、晶闸管的工作原理晶闸管的双晶体管模型和内部结构如下：晶闸管在正常工作时，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。当承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降 到接近于零的某一数值一下。 2.单相半波可控整流电路（电阻性负载） 2.1电路结构若用晶闸管t替代单相半波整流电路中的二极管d，就可以得到单相半波可控整流电路的主电路。变压器副边电压u2为50hz正弦波，负载 rl为电阻性负载。 三相半波有源逆变电路实验 实验目的 1、掌握三相半波有源逆变电路的工作原理，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。
1.解释GTO、GTR、电力MOSFET、BJT、IGBT，以及这些元件的应用范围、基本特性。 2.解释什么是整流、什么是逆变。 3.解释PN结的特性，以及正向偏置、反向偏置时会有什么样的电流通过。 4.肖特基二极管的结构，和普通二极管有什么不同 5.画出单相半波可控整流电路、单相全波可控整流电路、单相整流电路、单相桥式半控整流电路电路图。 6.如何选配二极管（选用二极管时考虑的电压电流裕量） 7.单相半波可控整流的输出电压计算（P44） 8.可控整流和不可控整流电路的区别在哪 9.当负载串联电感线圈时输出电压有什么变化（P45） 10.单相桥式全控整流电路中，元件承受的最大正向电压和反向电压。 11.保证电流连续所需电感量计算。 12.单相全波可控整流电路中元件承受的最大正向、反向电压（思考题，书上没答案，自己试着算） 13.什么是自然换相点，为什么会有自然换相点。 14.会画三相桥式全控整流电路电路图，波形图（P56、57、P58、P59、P60，对比着记忆），以及这些管子的导通顺序。
15.三相桥式全控整流输出电压、电流计算。 16.为什么会有换相重叠角换相压降和换相重叠角计算。 17.什么是无源逆变什么是有源逆变 18.逆变产生的条件。 19.逆变失败原因、最小逆变角如何确定公式。 做题：P95：1 3 5 13 16 17，重点会做 27 28，非常重要。 20.四种换流方式，实现的原理。 21.电压型、电流型逆变电路有什么区别这两个图要会画。 22.单相全桥逆变电路的电压计算。P102 23.会画buck、boost电路，以及这两种电路的输出电压计算。 24.这两种电路的电压、电流连续性有什么特点 做题，P138 2 3题，非常重要。 25.什么是PWM,SPWM。 26.什么是同步调制什么是异步调制什么是载波比，如何计算 27.载波频率过大过小有什么影响 28.会画同步调制单相PWM波形。 29.软开关技术实现原理。
教学大纲 课程代码：10120480 课程名称：电力电子技术 学分：3 周学时 2.5-1.0 面向对象：电气工程及其自动化、自动化等电气类专业学生 预修课程要求：电路原理，模拟电子技术基础，数字电子技术基础 一、课程介绍（100-150字） （一）中文简介 《电力电子技术》内容包括功率半导体器件、驱动及保护电路、交流-直流(AC-DC)变换电路、直流-直流(DC-DC)交换电路、直流-交流(DC-AC)变换电路、交流-交流(AC-AC)变换电路、软开关技术等。教学上除考虑课程本身的系统性外，还特别注意在电力电子技术在电力工程中的应用。通过本课程的学习，可掌握各电力电子变换装置的电路结构、基本原理、控制方法、设计计算，为今后从事相关科研工作打下坚实基础。 （二）英文简介 The course introduces power electronic devices, drive and snubber circuits, AC-DC Converters (Rectifiers), DC-DC Converters (Choppers), DC-AC Converters (Inverters ), AC-AC Converters (AC Controllers and Frequency Converters ), soft-switching techniques. Both theoretics and applications of power electronic technology are discussed in this course. The circuit configurations, fundamental theory, control and design methods of power electronic apparatus can be mastered , and a solid foundation for future research can be acquired through studying this course. 二、教学目标 (一)学习目标 电力电子技术横跨“电力”、“电子”与“控制”三个领域，是现代电子技术的基础之一，已被广泛地应用在工农业生产、国防、交通等各个领域，有着极其广阔的应用前景。《电力电子技术Ⅰ》是电类专业重要的专业基础课程。 （二）可测量结果 本课程通过对功率半导体器件、驱动及保护电路、交流-直流(AC-DC)变换电路、直流-直流(DC-DC)交换电路、直流-交流(DC-AC)变换电路、交流-交流(AC-AC)变换电路、软开关技术等内容的学习，使学生能掌握各类电能变换的基本原理，各电力电子变换装置的电路结构、基本原理、控制方法、设计计算；使学生具有初步设计、调试、分析电力电子变流装置的能力。 三、课程要求 （一）授课方式与要求
现代电力电子技术
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) (主观题请按照题目，离线完成，完成后纸质上交学习中心，记录成绩。在线只需提交客观题答案。) 11. 电力电子技术的研究内容？ 12. 电力电子技术的分支？ 13. 电力变换的基本类型？ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 15. 电力电子的发展历史及其特点？ 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 17. 电力电子器件的分类方式？ 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 21. 整流电路的主要分类方式？ 22. 单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。
现代电力电子技术二、主观题(共12道小题) 11. 电力电子技术的研究内容？ 参考答案：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 12. 电力电子技术的分支？ 参考答案：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 13. 电力变换的基本类型？ 参考答案： 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 14. 电力电子系统的基本结构及特点？ 参考答案： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。'
15. 电力电子的发展历史及其特点？ 参考答案：主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势 16. 电力电子技术的典型应用领域？ 参考答案：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 17. 电力电子器件的分类方式？ 参考答案： 电力电子器件的分类 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型 18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 参考答案：晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。 19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 参考答案：流过晶闸管的电流大于维持电流。 20. 对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 参考答案：I L__〉____I H 21. 整流电路的主要分类方式？ 参考答案： 按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三种； 按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。
2.1 试说明功率二极管的主要类型及其主要工作特点。 2.2 人们希望的可控开关的理想特性有哪些？ 2.3 阅读参考文献一，说明常用功率半导体器件的性能特点及其一般应用场合。 2.4 说明MOSFET和IGBT驱动电路的作用、基本任务和工作特点。 3.1 什么是半波整流、全波整流、不控整流、半控整流、全控整流、相控整流？ 3.2 什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流移位因数（基波功率因素）和整流输入功率因数？ 3.3 简述谐波与低功率因数（电力公害）的危害，并说明当前抑制相控整流电路网侧电流谐波的措施。 4.1 画出降压换流器（Buck电路）的基本电路结构，简要叙述其工作原理，并根据临界负载电流表达式说明当负载电压VO和电流IO一定时，如何避免负载电流断续。 4.2 画出升压换流器（Boost电路）的基本电路结构，推证其输入/输出电压的变压比M表达式，说明Boost电路输出电压的外特性。 4.3 画出升降压换流器（Buck-Boost电路）的基本电路结构，说明电路工作原理，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 4.4 画出丘克换流器（Cuk电路）的基本电路结构，说明电路工作原理及主要优点，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 5.1 正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？幅值调制率ma和频率调制率mf的定义是什么？ 5.2 逆变器载波频率fs的选取原则是什么？ 5.3 简要说明逆变器方波控制方式与PWM控制方式的优缺点。 5.4 画出三相电压型逆变器双极性驱动信号生成的电路原理图，指出图中各变量的含义，简要叙述其工作原理。 6.1 柔性交流输电系统（FACTS）的定义是什么？FACTS控制器具有哪些基本功能类型？ 6.2 什么是高压直流输电（HVDC）系统？轻型高压直流输电系统在哪些方面具有良好的应用前景？ 6.3 晶闸管控制电抗器（TCR）的基本原理是什么？晶闸管触发控制角α<90°与α=90°两种情况下等效电抗是否相等，为什么？ 6.4 作图说明静止无功发生器（SVG）的工作原理与控制方式，分析其与5.4节所述三相逆变器的异同点？ 6.5 简要说明有源电力滤波器（APF）和动态电压恢复器（DVR）的基本功能和系统组成？ 6.6 阅读参考文献三，简要说明当前在风力发电技术领域中运用的储能技术、输电技术以及滤波与补偿技术？
HefeiUniversity 合肥学院电力电子技术课程综述 系别：电子信息及电气工程系 专业：自动化 班级： 姓名: 学号：
目录 摘要： (3) 绪论 (4) 1.1电力电子技术简介： (4) 1.2电力电子技术的应用： (4) 1.3电力电子技术的重要作用： (5) 1.4电力电子技术的发展 (5) 本课程简介 (6) 2.1电力电子器件： (6) 2.1.1根据开关器件是否可控分类 (6) 2.1.2 根据门极)驱动信号的不同 (6) 2.1.3 根据载流子参与导电情况之不同，开关器件又可分为单极型器件、双极型器 件和复合型器件。 (6) 2.2 DC-DC变换器 (7) 2.2.1主要内容： (7) 2.2.2直流-直流变换器的控制 (7) 2.3 DC-AC变换器（无源逆变电路） (8) 2.3.1电压型变换器 (8) 2.3.2电流型变换器 (8) 2.3.3脉宽调制(PWM)变换器 (9) 2.4 AC-DC变换器（整流和有源逆变电路） (9) 2.4.1简介 (9) 2.4.2工作原理 (9) 2.5 AC-AC变换器 (10) 2.5.1 简介 (10) 2.5.2 分类 (10) 2.6 软开关变换器 (10) 2.6.1分类 (10) 2.6.2 重点 (10) 总结 (11) 参考文献 (11)
摘要：电力电子技术是在电子、电力与控制技术上发展起来的一门新兴交 叉学科，被国际电工委员会（IEC）命名为电力电子学（Power Electronics）或称为电力电子技术。近20年来，电力电子技术已渗透到国民经济各领域，并取得了迅速的发展。作为电气工程及其自动化、工业自动化或相关专业的一门重要基础课，电力电子技术课程讲述了电力电子器件、电力电子电路及变流技术的基本理论、基本概念和基本分析方法，为后续专业课程的学习和电力电子技术的研究与应用打下良好的基础。 关键词：电力电子技术控制技术自动化电力电子器件 Abstract: Power electronic technology is in Electronics, electric Power and control technology developed on an emerging interdisciplinary, is the international electrotechnical commission (IEC) named Power Electronics (Power Electronics) or called Power electronic technology. Nearly 20 years, power electronic technology has penetrated into every field of national economy, and have achieved rapid development. As electrical engineering and automation, industrial automation or related professional one important courses, power electronic technology course about power electronics device, power electronic circuits, the basic theory of converter technology, the basic concept and basic analysis for subsequent specialized course of study and power electronic technology research and application lay a good foundation. Keywords:Power electronic technology control technology automation power electronics device
《电力电子技术》教学大纲 学时：51 学分：3 适用专业：电子信息工程 一、课程的性质、目的和任务 电力电子技术是电子信息工程专业的一门专业选修课。其教学目的和任务：掌握各种主要的电力半导体器件的基本原理、特性及参数；熟悉AC/DC变换技术及DC/AC变换技术的基本原理及主要变换方法；对AC/AC变换技术、电力电子装置作一般了解；能阅读常见的电力电子电路及设计简单电力电子电路。 二、课程教学的基本要求 （1）了解新型电力电子器件； （2）理解可关断晶闸管；升降压变换电路；直流变换的PWM控制技术；电流型逆变电路；有源逆变电路；AC/AC变换电路；电力电子装置； （3）掌握电力二极管；晶闸管；电力晶体管；电力场效应管；绝缘栅双极型晶体管；电力电子器件的驱动与保护；DC/DC变换技术；DC/AC变换技术；整流电路；软开关技术。 三、课程教学内容 （一）概述 1．电力电子技术的发展 2．电力电子技术的应用领域 说明： 本章为电力电子技术课程的一般介绍。 （二）电力电子器件 1．电力电子器件概述 电力电子器件基本模型与特性电力电子器件的种类 2．电力二极管 电力二极管及其工作原理电力二极管的特性参数 3．晶闸管 晶闸管及其工作原理晶闸管的特性参数晶闸管的派生器件 4．可关断晶闸管 可关断晶闸管及其工作原理可关断晶闸管的特性参数 5．电力晶体管
电力晶体管及其工作原理电力晶体管的特性参数 6．电力场效应管 电力场效应管及其工作原理电力场效应管的特性参数 7．绝缘栅双极型晶体管 绝缘栅双极型晶体管及其工作原理绝缘栅双极型晶体管的特性参数 8．其它新型电力电子器件 静电感应晶体管静电感应晶闸管MOS控制晶闸管集成门换流晶闸管功率模块与功率集成电路 9．电力电子器件的驱动与保护 驱动电路保护电路缓冲电路散热系统 说明： 本章的重点是电力二极管、晶闸管、电力晶体管、电力场效应管的工作原理、特性、主要参数和使用方法。难点是电力电子器件的驱动与保护。 （三）DC/DC变换技术 1．直流变换电路工作原理 2．降压变换电路 3．升压变换电路 4．升降压变换电路 5．Cuk电路 6．带隔离变压器的直流变换器 反激式变换器正激式变换器半桥变换器全桥变换器 7．直流变换的PWM控制技术 直流PWM控制的基本原理直流变换的PWM控制技术 说明： 本章的重点是直流变换电路工作原理，降压变换电路，升压变换电路，带隔离变压器的直流变换器。难点是流变换的PWM控制技术。 （四）DC/AC变换技术 1．逆变器的性能指标与分类 逆变器的性能指标逆变器的分类 2．电力器件的换流方式与逆变电路的工作原理