电力电子技术基础1—器件

电力电子技术及其应用概述：电力电子技术是电气工程领域中的一个重要分支，它通过研究和应用电子器件和电力系统，实现对电能的调节、变换和控制。

电力电子技术的发展为电力系统的可靠性、效率和可持续性提供了重要支持，广泛应用于能源转换、电力传输和分配、电动车辆和可再生能源等领域。

一、电力电子器件：电力电子器件是电力电子技术的基础，主要包括晶体管、二极管、功率模块等。

晶体管是电力电子领域最常用的器件之一，它能够实现电能的开关和放大。

功率模块则是由多个晶体管和二极管组成的集成电路，具有高功率密度和高效率的特点。

这些器件的研发和应用为电力电子技术的发展奠定了坚实的基础。

二、电力电子转换技术：电力电子转换技术是电力电子技术的核心内容，它通过将电能从一种形式转换为另一种形式，实现对电力系统的控制和调节。

常见的电力电子转换技术包括直流-直流变换、直流-交流变换和交流-交流变换。

直流-直流变换器能够将直流电压的大小和极性进行调节，广泛应用于电力系统的稳压和稳流控制。

直流-交流变换器则能够将直流电能转换为交流电能，实现交流电力系统的接入和调节。

交流-交流变换器则能够实现交流电能的频率和相位的调节，适用于电力系统的调频和调相控制。

三、电力电子应用：电力电子技术在现代社会中的应用非常广泛，主要体现在以下几个方面：1. 能源转换：电力电子技术在能源转换中发挥着重要作用。

通过电力电子转换装置，可以将不同形式的能源转换为电能，进而实现能源的传输和分配。

同时，电力电子技术还能够实现对能源的储存和再利用，提高能源的利用效率。

2. 电力传输和分配：电力电子技术在电力传输和分配中起到了关键作用。

通过电力电子装置，可以实现对电力系统的控制和调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。

同时，电力电子技术还能够实现对电力系统的保护和故障处理，提高电力系统的安全性和可操作性。

3. 电动车辆：电力电子技术在电动车辆领域的应用日益广泛。

通过电力电子转换装置，可以实现对电动车辆电能的调节和控制，提高电动车辆的性能和效率。

电力电子技术当今社会的发展离不开电力电子技术的支持。

电力电子技术是指将电力电子器件和电力电路拓扑应用到电力领域中的技术，主要应用于电力变换、电力传输、电力质量控制和电能利用等领域。

本文将介绍电力电子技术的基础原理、应用及发展趋势。

一、电力电子技术的基础原理电力电子技术的基础是电力电子器件。

电力电子器件指的是能够控制电能流动的器件，包括二极管、晶闸管、可控硅、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等。

这些器件的特点在于其能够实现对电源电压、电流、频率、相位等参数的控制，从而实现电力电子产品的精准控制和调节。

电力电子器件的基本工作原理是控制电压和电流的方向和大小。

比如，晶闸管通过改变电压斩波角的方式，控制电流通过电路的情况；可控硅则通过控制正半周的电压斩波角和反半周的通导角度来控制电流通过电路的情况；IGBT则通过控制集电极电流和栅电极电压的方式，控制集电极电压和电流的大小。

二、电力电子技术的应用电力电子技术的应用越来越广泛，其主要应用领域包括以下几个方面：1、电力传输和变换在电力传输和变换中，电力电子技术能够实现变压器的比例变换、功率因数控制，减小电路开关的能量损耗，从而达到提高效率、控制电流、保护系统的目的。

常见的应用包括变频调速、变压器、稳压电源等。

2、电力控制电力电子技术可以实现电力控制，如调节电压、电机控制、电池充放电控制等。

电力电子技术还可以实现提高功率计量的准确性和反映电力质量的指标，如电流谐波、功率因数等。

3、新能源应用随着新能源的广泛应用，电力电子技术在太阳能、风能等新能源领域也有了广泛应用。

例如，太阳能光电池的控制可以用到电力电子技术，能够实现太阳能光电池的效率和输出电压的调节。

4、电力质量控制电力电子技术可以帮助实现电力传输过程中的质量控制。

例如，电力电子技术可以帮助实现通过控制谐波电流降低电网电流的谐波污染；通过控制谐波电压稳定电网的电压。

电力电子技术第五版复习资料第1章绪论1 电力电子技术定义：是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，是应用于电力领域的电子技术,主要用于电力变换。

2 电力变换的种类（1）交流变直流AC-DC：整流（2）直流变交流DC—AC：逆变（3)直流变直流DC—DC:一般通过直流斩波电路实现（4）交流变交流AC-AC：一般称作交流电力控制3 电力电子技术分类:分为电力电子器件制造技术和变流技术。

第2章电力电子器件1 电力电子器件与主电路的关系(1）主电路:指能够直接承担电能变换或控制任务的电路.(2）电力电子器件:指应用于主电路中，能够实现电能变换或控制的电子器件.2 电力电子器件一般都工作于开关状态，以减小本身损耗。

3 电力电子系统基本组成与工作原理（1）一般由主电路、控制电路、检测电路、驱动电路、保护电路等组成。

（2）检测主电路中的信号并送入控制电路,根据这些信号并按照系统工作要求形成电力电子器件的工作信号。

（3）控制信号通过驱动电路去控制主电路中电力电子器件的导通或关断.（4）同时,在主电路和控制电路中附加一些保护电路，以保证系统正常可靠运行.4 电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类(1）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。

如SCR晶闸管。

（2)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。

如GTO、GTR、MOSFET 和IGBT.（3）不可控器件:不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。

如电力二极管.根据驱动信号的性质分类(1）电流型器件：通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。

如SCR、GTO、GTR.（2)电压型器件：通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。

如MOSFET、IGBT。

根据器件内部载流子参与导电的情况分类（1）单极型器件：内部由一种载流子参与导电的器件。

《电力电子技术》复习资料一 电力电子器件1. 要点：① 半控器件：晶闸管（SCR ）全控器件：绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）、电力晶体管（GTR ）、 门极关断晶闸管（GTO ）、电力场效应管（MOSEFT ） 不可控器件：电力二极管各器件的导通条件、关断方法、电气符号及特点。

②注意电流有效值与电流平均值的区别： 平均值：整流后得到的直流电压、电流。

有效值：直流电压、电流所对应的交流值。

波形系数：K f =有效值/平均值 。

③电力电子技术器件的保护、串并联及缓冲电路： du /dt ：关断时，采用阻容电路（RC ）。

di/dt ：导通时，采用电感电路。

二 整流电路1. 单相半波电路：① 注意电阻负载、电感负载的区别： ② 有效值与平均值的计算：平均值：整流后得到的直流电压、电流。

21cos 0.452d U U α+=d d U I R=有效值：直流电压、电流所对应的交流值。

U U =U I R = 波形系数：电流有效值与平均值之比。

f dIk I =② 注意计算功率、容量、功率因数时要用有效值。

③ 晶闸管的选型计算：Ⅰ求额度电压：2TM U =，再取1.5~2倍的裕量。

Ⅱ 求额度电流（通态平均电流I T （AV ）） 先求出负载电流的有效值（f d I k I =）； →求晶闸管的电流有效值（I T =I ）；→求晶闸管的电流平均值（()/T AV T f I I k =），再取1.5~2倍裕量。

2. 单相全桥电路负载：①注意电阻负载、电感负载和反电动势负载的区别： ② 电阻负载的计算：α移相范围：0~π负载平均值：整流后得到的直流电压、电流。

（半波的2倍）21cos 0.92d U U α+=d d U I R=负载有效值：直流电压、电流所对应的交流值。

U U =U I R = 晶闸管:电流平均值I dT 、电流有效值I T :dT d12I I =T I =③ 电感负载的计算：Ⅰ加续流二极管时，与电阻负载相同。

（第一章电力电子器件）电力电子技术——使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。

电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

主电路——在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。

半导体器件采用的主要材料是硅【电力电子器件的特征】1处理电功率的能力非常大，一般远大于处理信息的电子器件。

2电力电子器件一般都工作在开关状态。

3电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制和驱动。

4电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。

电力电子系统：由控制电路、保护电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。

【电力电子器件的分类】1)按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，可分为三类：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。

例：晶闸管全控型器件——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。

如IGBT、Power MOSFET、GTO、BJT。

不可控器件——不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路。

如电力二极管。

2)按照驱动电路信号的性质，可分为两类：电流驱动型,电压驱动型【电力二极管】PN结的单向导电性就是二极管的基本原理静态特性——主要是指其伏安特性动态特性——由于结电容的存在，电力二极管在通态与断态之间转换时，需经历一个过渡过程。

在此过渡过程中，其电压-电流特性随时间而变化，这就是电力二极管的动态特性，且专指反映通态和断态之间转换过程的开关特性。

正向平均电流I F(AV)：即额定电流，指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。

正向平均电流I F(AV)的对应的有效值为1.57I F(AV) 【晶闸管】内部结构: 是PNPN四层半导体结构。

P1区引出阳极A，N2区引出阴极K，P2区引出门极G。

四个区形成三个PN结：J1、J2、J3。

电力电子技术_基础知识一、内容简述本文将阐述电力电子技术的定义与发展历程，及其在现代能源系统中的地位和作用。

我们将让读者理解电力电子技术是如何通过半导体器件将电能从源头转换到最终用户的过程。

此外还将介绍电力电子技术在可再生能源、工业控制、交通运输等领域的应用及其发展趋势。

本节将介绍电力电子系统中的主要组成部分——电力电子转换器与变换器。

这些设备是电力电子技术中的核心部件，用于实现交流（AC）和直流（DC）之间的转换，电压和电流的控制以及调整。

本部分将介绍不同类型转换器的工作原理和特性，并探讨其在各种应用场景中的应用。

本节将详细介绍在电力电子系统中使用的半导体器件和功率模块。

包括二极管、晶体管（如IGBT）、场效应晶体管（MOSFET）等的基本工作原理及其在电力转换和控制中的应用。

此外还将探讨这些器件的性能参数、特点及其在高性能电力系统中的应用挑战。

本部分将介绍电力电子系统中的控制技术和调制策略，通过适当的控制方法，可以实现电力电子系统的稳定运行和精确控制。

本部分将讨论不同类型的控制方法（如PWM调制、空间矢量调制等）以及它们在电力电子系统中的应用和实现。

电力电子系统的安全和稳定运行至关重要，本部分将介绍在电力电子系统中使用的保护和故障诊断技术。

这些技术可以确保系统在异常情况下安全运行并避免损坏，本部分将探讨不同类型的保护措施（如过流保护、过电压保护等）以及现代故障诊断技术的应用和发展趋势。

1. 介绍电力电子技术的概念及其在现代社会的重要性电力电子技术是一种结合了电力工程与电子工程的理论和技术的跨学科领域。

它主要研究利用半导体器件进行电能转换、控制和优化的技术。

简单来说电力电子技术就是研究如何将电能从一种形式转换为另一种形式，以满足不同设备和系统的需求。

这种技术在现代社会中扮演着至关重要的角色，涉及到我们日常生活中的方方面面。

随着科技的快速发展，电力电子技术的重要性日益凸显。

在现代社会的各个领域，从工业制造、交通运输、通讯设备，到家庭生活、数据中心以及可再生能源系统，几乎无处不在都需要电力电子技术的支持。

1、脉冲宽度调制理论（PWM）技术：P7答：是利用电力半导体器件的开通和关断产生一定形状的电压脉冲序列，经过低通滤波器后实现电能变换，并有效地控制和消除谐波的一种技术。

2、零电压开通、零电流关断：P7答：如果在电力电子变换电路中采取一定措施，如改变电路结构和控制策略，使开关器件被施加驱动信号而开通过程中其端电压为零，这种开通称为零电压开通。

若使开关器件撤除其驱动信号后的关断过程中其承载的电流为零，这种关断称为零电流关断。

3、晶闸管闸流特性：P22答：当门极没有加上正向电压（Ig=0）时，尽管阳极已加正向电压，晶闸管仍处于正向阻断状态，在门极正向电压的触发（Ig＞0）下，晶闸管立即导通。

这种门极电流对晶闸管的正向导通所起的的控制作用称为闸流特性。

4、晶闸管的开关特性：P24 答：是指通态和断态转换过程中电流和电压的变化情况。

5、相控整流电路：P127答：利用晶闸管的单向可控导电性，控制其控制其控制角能把交流电能变成大小可调的直流电源，以满足各种直流负载的要求，这种整流电路称为相控整流电路。

6、交流电子开关：P207 答：是将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关，起接通和断开电路的作用。

7、软开关：P7 答：如果开关器件在开通过程中端电压很小，在关断过程中其电流很小，这种开关过程的功率损耗也不大，把这种开关称为软开关。

8、不间断电源（UPS）:P10 答：是计算机、通信系统以及不能中断电力场合所必需的一种高可靠性能的电源。

交流电输入经整流器变成直流，一部分能量给蓄电池组充电，另一部分能量经逆变器变成交流电，经转换开关送到负载。

这种装置称为不间断电源（UPS）。

9、电力电子器件：P13 答能实现电能的变换和控制的电子器件称为电力电子器件：10、硬开通：P23 答：Ig=0时，逐渐增大阳极电压，Ua,只有很小的正向电流，晶闸管正向阻断。

随着阳极电压的增加，当达到正向转折电压Ubo时，漏电流突然剧增，晶闸管由正向阻断突变为正向导通状态。

4.1 电力电子器件电力电子器件：实现电能变换与控制的电子器件根据是否可控把电力电子器件分为三类：(1) 不可控器件器件的导通和关断不可控，如功率二极管(2) 半控器件通过控制信号只能控制器件导通，而不能控制其关断，如普通晶闸管等。

(3) 全控器件通过控制信号既能控制器件导通，又能控制其关断，如门极可关断晶闸管(GTO)，功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。

单极型，双极型，混合型。

电压控制型，电流控制型。

4.1.1 晶闸管晶闸管(Thyristor)又称可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier，SCR)，1956年由美国贝尔实验室发明。

晶闸管也像二极管一样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的。

主要用于整流及逆变等方面。

晶闸管的正向平均电流可达千安以上、正反向阻断电压达数千伏，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。

四层半导体三个PN 结P1P2N1N2K 阴极A 阳极G 控制极KA符号1. 晶闸管的基本结构晶闸管内有四层半导体，形成三个PN 结KN2晶闸管相当于PNP 和NPN 型两个晶体管的组合A GP1N1P2N1P2N1P2KA VT 2VT 1P 21N 2P 1N 1P 2G2. 晶闸管的工作原理(1) 晶闸管的等效电路AKVT 2VT 1G U GKU AK(2) 晶闸管导通条件1)U AK ≤0I A VT 1、VT 2因发射结反偏而截止，这时无论控制极电压U GK >0还是U GK <0，晶闸管均处于截止状态，I A ≈0。

A KVT 2VT 1G U GKU AK I A2) U AK >0VT 1、VT 2因发射结正偏，集电结反偏而处于放大状态。

I GI C2I C1此时若在控制极施加正电压U GK >0，VT 2就有了基极电流。

C22G B1I I I β==C11B112G I I I βββ==形成正反馈使VT 1、VT 2饱和导通。