电力电子学晶闸管及其基本电路

9.1 AC/AC 直接变频、变压电源和AC—DC—AC两级间接变频、变压电源各有那些优缺点？答案答：晶闸管相控交流—交流直接变频器变换后，可以获得频率低于50Hz的变压、变频交流电源，这种直接变频的缺点是：只能降低频率，同时输出电压波形中含有较大的谐波，输入电流谐波严重且功率因数低。

AC—DC—AC两级间接变频、变压电源中，第Ⅰ级交流—直流整流变换电路可以根据不同的应用要求采用各种方案，第Ⅱ级直流—交流逆变器的输出频率可以是任意值，电压、频率可独立或协调控制，采用SPWM控制的变换器输出交流电压波形畸变率较小，直流电源中谐波电流也不严重且易于滤波（开关频率可以较高）。

答9.2 VVVF逆变器中如何实现电压—频率协调控制？案答：VVVF逆变器有许多不同类型的控制策略。

如恒定电压—频率比控制，恒气隙磁通控制，恒转子磁通控制等等，根据这些不同的控制策略，确定定子电压V1与频率f1之间的函数关系，就可实现电压—频率协调控制。

答9.3 说明典型UPS的工作原理。

案答：图9.3为一个典型的由整流和逆变两级变换器构成的在线双变换式UPS。

市电正常时，市电经输入变压器和充电器（一个小功率整流器）输出电压、电流可控的直流电给蓄电池充电，使蓄电池储备电能，同时市电经整流器实现交流—直流变换后向逆变器提供直流电，逆变器实现直流—交流变换后输出恒压、恒频的交流电，经静态开关S1对负载供电。

这时旁路静态开关S2断开，负载与市电之间无直接联系。

当市电供电异常时（过压、欠压、断电），控制系统（图9.3中未画出）断开输入开关S，切断市电与UPS的联系，蓄电池为逆变器提供直流电能，逆变器继续经静态输出开关S1向负载供电。

答案9.4 说明双变流器串、并联补偿式UPS的工作原理。

答：图9.4示出的双变流器串、并联补偿式UPS的原理图。

图中变流器Ⅰ和Ⅱ都是双向AC DC SPWM 变流器，其直流侧接蓄电池，变流器Ⅰ经电感L1和变压器T输出的电压?(电流IS)串接在电源电压和负载电压vL之间，称之为串联补偿变流器，它提供的补偿电压既抵消电源电压中的谐波v sh，又补偿基波电压v s1，使负载电压v L成为与电源基波电压v s1同相的正弦基波额定电压v R。

电力电子技术学习指导及习题课题一调光灯调光灯在日常生活中的应用非常广泛，本课题通过对与调光灯电路相关的知识：晶闸管、单相半波可控整流电路、单结晶体管触发电路等内容的介绍和分析。

使学生能够理解电路的工作原理，掌握分析电路的方法。

一、本课题学习目标与要求1．掌握晶闸管的结构、外形及符号；晶闸管的导通、关断条件；理解晶闸管可控单向导电的含义。

2．了解晶闸管的工作原理及阳极伏安特性。

3．理解并记住晶闸管主要参数的定义；晶闸管型号及其含义；能根据电路参数选择晶闸管。

4．会分析单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）输出电压u d、电流i d和晶闸管两端电压u T的波形。

5．熟悉续流二极管的作用。

6．能计算单相半波可控整流电路（电阻性、电感性负载）下晶闸管可能承受的最大电压与流过晶闸管的电流有效值，正确选择晶闸管。

7．掌握主电路对触发电路的要求。

8．熟悉单结晶体管出发电路的工作原理、各环节组成及作用，并能通过实验进行调试，使之正常工作。

二、主要概念提示及难点释疑1．晶闸管导通、关断条件1）晶闸管导通条件：阳极加正向电压、门极加适当正向电压。

注意：阳极加正向电压是指阳极电位高于阴极电位，阳极电位可以是正也可以是负。

门极正向电压是指门极电位高于阴极电位。

2）关断条件：流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。

可以通过降低晶闸管阳极－阴极间电压或增大主电路中的电阻。

2．晶闸管主要参数1）额定电压：用等级表示，选用管子时额定电压常常时实际工作时可能承受的最大电压的2～3倍。

2）额定电流注意：不同于通常电气元件以有效值来定义额定电流，而是以平均值来定义的。

选择管子时要用有效值相等原则即流过晶闸管实际电流的有效值等于（小于更好）管子的额定电流有效值。

3．单相半波可控整流电路工作原理及参数计算1）几个名词术语和概念控制角α：控制角α也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管从承受正向电压开始到触发脉冲出现之间的电角度。

导通角θ：是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。

电⼒电⼦技术-期末考试复习要点课程学习的基本要求及重点难点内容分析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k f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：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I T对应的电流有效值。

利⽤公式I = k f×I d = 1.57I T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I T = (1.5~2) I /1.57，再根据I T值选择相近电流系列的晶闸管。

电力电子技术教案教案：电力电子技术教学内容：本节课的教学内容来自于《电力电子技术》教材的第四章，主要讲述了晶闸管的基本原理、特性及其应用。

具体内容包括晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要参数以及晶闸管的应用电路等。

教学目标：1. 使学生了解晶闸管的结构和工作原理，理解其伏安特性及主要参数。

2. 培养学生掌握晶闸管的应用电路，提高学生的实际应用能力。

3. 培养学生对电力电子技术的兴趣，激发学生继续学习的动力。

教学难点与重点：难点：晶闸管的伏安特性及主要参数的计算和理解。

重点：晶闸管的应用电路及其设计方法。

教具与学具准备：教具：多媒体教学设备、黑板、粉笔。

学具：教材、笔记本、荧光笔。

教学过程：一、实践情景引入（5分钟）1. 提问：同学们，你们在日常生活中是否遇到过需要控制电流方向的情况？二、知识讲解（15分钟）1. 教师简要讲解晶闸管的结构，通过多媒体展示晶闸管的图片，让学生直观地了解晶闸管的外观。

2. 教师讲解晶闸管的工作原理，通过示例电路图，让学生理解晶闸管的工作过程。

3. 教师详细讲解晶闸管的伏安特性及主要参数，通过示例题目，让学生学会计算和理解晶闸管的伏安特性及主要参数。

三、例题讲解（10分钟）1. 教师选取一道具有代表性的例题，进行讲解，让学生掌握晶闸管的应用电路设计方法。

2. 学生跟随教师一起完成例题，确保学生能够独立完成类似题目的计算和分析。

四、随堂练习（5分钟）1. 教师布置几道练习题，让学生在课堂上完成。

2. 教师巡回指导，解答学生的疑问，确保学生能够掌握晶闸管的应用电路设计方法。

五、课堂小结（5分钟）2. 教师强调晶闸管在电力电子技术中的应用，激发学生继续学习的动力。

板书设计：电力电子技术第四章晶闸管一、晶闸管的结构二、晶闸管的工作原理三、晶闸管的伏安特性四、晶闸管的主要参数五、晶闸管的应用电路作业设计：1. 请简要描述晶闸管的结构。

2. 请画出晶闸管的工作原理示意图。

3. 请计算一个晶闸管的伏安特性参数，并说明其意义。