电力电子复习提纲 南京工程学院
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Power MOSFET 工作在开关状态是在截止区和非饱和区之间进行来回转 换,中间经过饱和区;
IGBT 工作在开关状态是在正向阻断区和饱和区之间进行来回转换,中间 经过有源区; (8)Power MOSFET
①使用时注意寄生二极管的影响 ②通态电阻具有正的温度系数,对并联时均流有利 (9)IGBT ①IGBT 的特性和参数特点 ②◆擎住效应或自锁效应:在 IGBT 内部寄生着一个 N − PN + 晶体管和作为
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第三章 整流电路
1、复习方法 (1)电路原理图 (2)工作原理 (3)波形分析 (4)定量计算 ①输出电压、电流的平均值和有效值②流过晶闸管电流的平均值、有效值③变 压器二次绕组电流④元器件和设备选取⑤功率因数⑥变压器二次绕组电流和输 出电压的谐波分析 (5)主要特点 2、基本概念: (1)相控和斩控 (2)自然换相点 (3)控制角 (4)导通角 (5)移相范围 (6)同步 (7)导电停止角 (8)换流或换相 (9)单拍和双拍 (10)直流磁化 (11)基波和谐波 (12)总谐波畸变率(THD) (13)电压或电流纹波因数 3、基本公式见附表: (1)阻感负载时,注意电感电流不能突变,电感反感应电动势阻止电流的变化, 由于电感的储能在电源电压变负后晶闸管会继续导通,输出电压出现负的部分。 负载电流随负载电感的大小而变化,通常情况下讨论负载电感很大(电感极大、
(2)直流斩波电路对输出电压的三种控制方式:PWM、PFM、HM (3)升压型直流斩波电路输出电压高于电源电压的原因 3、基本公式:
输出电压 输出电流 电感电流纹波 电容电压纹波
降压
αU d
1 α Id
α (1 − α )Ud fL
α (1 − α )Ud 8 f 2LC
升压
1 1−α Ud
(1− α )Id
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负偏压 ⑤IGBT:开通的驱动电压一般 15—20V,关断时施加-5—-15V 负偏压
(10)保护 ①过电压 A、外因:a、雷击 b、操作 B、内因:a、换相 b、关断 最常见内因过电压保护措施:RC 保护电路,C 两端电压不能突变,R 消耗
过电压能量 ②过电流:A、短路 B、过载 最常见过电流保护措施:快速熔断器(简称快熔)
记忆来画波形; (3) 关键问题在于生疏,平时练习少。
第四章 直流斩波
1、复习方法 (1)电路原理图 (2)工作原理(能分析未学过的电路) (3)波形分析 (4)定量计算①电压②电流③电感电流纹波④电容电压纹波 (5)主要特点 2、基本知识点: (1)注意所有的分析都是基于电流连续模式(CCM),并且认为电感和电容足 够大
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区的少子空穴浓度将很大,为了维持半导体的电中性条件,其多子浓度也相应 大幅度增加,使得其电阻率明显下降,也就是电导率大大增加,这就是电导调 制效应。 (4)根据反向恢复时间 trr 二极管分为:普通二极管(General Purpose Diode)、 快恢复二极管(Fast Recovery Diode—— FRD)、肖特基二极管(Schottky Barrier Diode——SBD) (5)晶闸管
αU d fL
α Io fC
升降压
α 1−α Ud
1− α α
IdαU d fL Nhomakorabeaα Io fC
库克
α 1−α Ud
1− α α
Id
αU d fL1
1、难点:电感电流纹波和电容电压纹波
αU d fL2
α Io
αUd
fC1
8 f 2 L2C2
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第五章 逆变电路
1、复习方法 (1)有源逆变:同第三章整流电路 (2)无源逆变:
0.9 cosα
0.9 cosα
0.955 cos α
输入电路谐波
2k +1
2k +1
6k ±1
输出电压谐波
2k
2k
6k
mk
注意以上两个表格仅适用负载电感很大负载电流近似为一条直线的情况,
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并且 m ≥ 2 5、重点和难点:波形分析 (1) 首先要绘制出相电压和线电压的波形,找对自然换相点,否则控制角无法定; (2) 波形的上下对应关系,最好用虚线连接起来,坐标标注清楚,绝不可以依靠
①电路原理图 ②工作原理 ③波形分析:输出电压、电流波形 ④定量计算:输出电压、输出谐波 ⑤主要特点 2、基本知识点: (1)有源逆变: ①定义 ②条件 ③逆变角: β = π −α ④逆变失败或逆变颠覆 ⑤逆变失败的原因 ⑥最小逆变角的确定: βmin = δ + γ +θ ′ (2)无源逆变 ①定义 ②四种基本换流方式:定义、特点 ③电压源型和电流源型逆变电路的特点 ④◆电压源型单相半桥和单相全桥逆变电路 A、 半桥 Ⅰ、电路原理图和输出电压和电路波形
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第二章 电力电子器件
1、复习方法 (1)器件电气符号 (2)工作原理 (3)基本特性:静态+动态 (4)主要参数 (5)主要特点 2、基本知识点 (1)主要电力电子器件的电气符号,按照三种分类方法各属于哪一种:
①Power Diode ②Thyristor(SCR) ③GTO ④GTR ⑤Power MOSFET ⑥IGBT (2)各器件的主要特点: ①Power Diode:单向导电性 ②Thyristor(SCR):半控型,目前主要的电力电子器件中容量最大的 ③GTO:晶闸管的派生器件,全控,关断时需要从门极抽取很大的电流才 能使之关断,在全控型电力电子器件中容量最大 ④GTR:二次击穿,安全工作区 ⑤Power MOSFET:主要电力电子器件中开关速度最快的, U GS ≤ 20V ⑥IGBT:结合 GTR 和 Power MOSFET 的优点,但开关速度比 Power MOSFET 低,容量比 GTR 小,擎住效应(自锁效应),MOSFET 作为输入级 UGE ≤ 20V (3)◆电导调制效应:当 PN 结上流过的正向电流较小时,二极管的电阻主要 是作为基片的低掺杂 N 区的欧姆电阻,其阻值较高且为常量,因而管压降随正 向电流的上升而增加;当 PN 结流过的正向电流较大时,注入并积累在低掺杂 N
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L = ∞ 或 ωL R ,这几个条件等价,负载电流不仅连续而且波动很小,可近似看
作一条直线(即负载中流过直流电流)。电感对直流相当于短路,因此 Id = Ud / R 。 从另外一个角度分析
Id = UdR / R = (UdR + UdL ) / R = Ud / R 。 (2)在反电动势阻感负载时,只要α ≥ δ ,电路就能正常工作,其波形形状和 阻感负载完全一样,定量计算中只有输出电流的平均值不同,反电动势阻感负
载时 Id = (Ud − E) / R ;如果α < δ ,触发脉冲采用脉冲列电路也可以启动工作,但 实际的控制角α = δ 。 (3)单相桥和单相全波整流电路的异同点:①输入端②输出端③主电路④驱动 电路 (4)三相桥式全控整流电路对触发脉冲的要求①脉冲相位②脉冲形式 (5)考虑变压器漏感对整流电路影响
①导通的条件和关断的方法 ②导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿 ③晶闸管的关断时间包括反向阻断恢复时间( trr )和正向阻断恢复时间 ( tgr ),在正向阻断恢复时间内如果重新对晶闸管施加正向电压,晶闸管会重 新正向导通 ④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,额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰 值电压 2—3 倍。 ⑤维持电流 I H ——由导通转为关断。擎住电流 I L ——由关断转为导通。 对同一晶闸管来说,通常 I L 约为 I H 的 2—4 倍 ⑥◆动态参数: A、断态电压临界上升率 du / dt ——指在额定结温和门极开路的情况下,不 导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。防止晶闸管误导通 B、通态电流临界上升率 di / dt ——指在规定条件下,晶闸管能承受而无 有害影响的最大通态电流上升率。防止晶闸管门极热损坏 ⑦晶闸管的派生器件:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸 管。 (6)GTO 与普通晶闸管的不同点 (7)GTR 工作在开关状态是在截止区和饱和区之间进行来回转换,中间经过 放大区;
ΔU d
XB π
Id
cosα − cos(α + γ )
Id XB 2U 2
(6)功率因数和谐波规律
2XB π
Id
2Id XB 2U 2
3XB 2π
Id
2XBId 6U 2
3XB π
Id
2XBId 6U 2
mX B 2π
Id
Id XB π
2U2 sin m
单相全波 单相全控桥 三相全控桥 m 脉波
功率因数
主开关器件的 P + N − P 晶体管组成寄生晶闸管。其中 NPN 晶体管基极与发射极 之间存在体区短路电阻, P 形体区的横向空穴电流会在该电阻上产生压降,相 当于对 J3 结施加正偏压,一旦 J3 开通,栅极就会失去对集电极电流的控制作用 导致集电极电流增大,造成器件功耗过高而损坏。这种电流失控的现象,就像 普通晶闸管被触发以后,即使撤销触发信号晶闸管仍然因进入正反馈而维持导 通的机理一样,因此被称为擎住效应或自锁效应。
① 换相输出电压为同时导通两相电压的平均值
② 单相桥换相时流过漏感的电流从 Id → −Id 或 −Id → Id ,因此公式需要修 正。
③ 三相桥整流电路输出电压是线电压的一部分,因线电压有效值为 3U2 ,
所以公式中的U2 用 3U2 代替 ④ 主要整流电路换相压降和换相重叠角的公式
单相全波 单相全控桥 三相半波 三相全控桥 m 脉波
(11)晶闸管的串并联:解决串联不均压和并联不均流的措施 (12)电压驱动和电流驱动电力电子器件的特点:
A、电压驱动型器件的共同特点是:输入阻抗高,所需驱动功率小,驱动 电路简单,工作频率高。