电力电子复习知识点

英文储备：Rectifier 整流电路 trigger 触发，引发，引起 第一章 1.电力电子器件的损耗： 主要损耗:包括通态损耗，断态损耗，开关损耗，开关损耗又包括开通损耗和关断损耗。 通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。

2.电力电子器件的分类：  按照器件能够被控制的程度，分三类：  不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱动电路。 半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——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。

 按照驱动电路信号的性质，分两类： 电流驱动型 ——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。 电压驱动型 ——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。  按照电子和空穴两种载流子参与导电的情况，分三类： 单极型器件 双极型器件 复合型器件

3.电力二极管（ Power Diodes） 基本结构及工作原理：

图1-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号 基本结构及工作原理: PN结的状态:

状

态参数 正向导通 反向截止 反向击穿

电流 正向大 几乎为零 反向大 电压 维持1V 反向大 反向大 阻态 低阻态 高阻态 —— 二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。 PN结的反向击穿（两种形式) 雪崩击穿 齐纳击穿 （均可导致热击穿）

4.晶闸管（thyristors SCR）Half controlled device

SCR的开通： 1) 在晶闸管阳极与阴极间施加正向阳极电压，IG =0时，正向阻断状态； 2) 给门极注入触发电流IG ，将形成强烈的正反馈，使两管饱和导通，撤去IG ，则管子仍保持导通。 SCR的关断： 减少IA或增大R，使IA

结论 1.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。 2.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。 3.晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。

AA

G

GKK

b)c)a)

AGK

KG

A

P1

N1

P2

N2

J1

J2

J34.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以下 。 晶闸管本身的压降很小，在1V左右。

晶闸管的主要参数： 1）通态平均电流IT(AV） ——在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。 ——使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。 IT(AV） 的计算： 公式：IT(AV）=（1.5~2）IT/1.57

2） 维持电流 IH

——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。 （3）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 （4）浪涌电流ITSM ——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 。

 门极可关断晶闸管GTO :电压电流容量较大。  电力晶体管GTR：又称：巨型晶体管，大功率晶体管，双极型功率晶体管BJT. 是电流控制型的全控开关器件。它有二次击穿现象。  电力场效应晶体管——电力MOSFET 单极型，用栅极电压来控制漏极电流。驱动电路简单，需要的驱动功率小。开关速度快，工作频率高。热稳定性优于GTR。电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置 。

GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，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。

 两类器件取长补短结合而成的复合器件—IGBT  结构：IGBT是以GTR为主功率元件，MOSFET为驱动元件的达林顿结构。

驱动电路——主电路与控制电路之间的接口 使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗。 对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现。 驱动电路的基本任务： 按控制目标的要求施加开通或关断的信号。 对半控型器件只需提供开通控制信号。 对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号。 驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。 电力电子器件的保护： 1.过电压保护 2.过电流保护 3.du/dt 保护（断态电压临界上升率） 4.di/dt 保护 （通态电流临界上升率）

缓冲电路(Snubber Circuit) ： 又称吸收电路，抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。

第二章 整流电路（Rectifier）将交流电变成直流电 1.单相半波可控整流电路(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier) 1） 带电阻负载的工作情况

2） 变压器T起变换电压和电气隔离的作用。 3） 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。 工作过程及波形分析： 首先，引入两个重要的基本概念： 触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲时的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示。 u2>0, 0< t< a ; t= a a < t< p; t= p p < t<2p

Id=U d/R I2=IVT SCR承受的峰值电压：U DM=U RM=根号2倍的U 2

导通角： θ= 180 - a

VT的a 移相范围为180 通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

2) 带阻感负载的工作情况 阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变。 讨论负载阻抗角j、触发角a、晶闸管导通角θ的关系。

续流二极管 (电流连续)

2cos145.0)cos1(22)(sin221222dUUttdUU当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断。 L储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。

数量关系(id近似恒为Id）

（平均值）

（有效值） （平均值） （有效值）

ddVT2

II

d2dVT2)(2

1ItdII

ddVDR

II2

d22dVD2)(2

1RItdII图2-4 单相半波带阻感负载有续流二极管的电路及波形 2. 单相桥式全控整流电路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier) 带电阻负载: 1`.电路结构

工作原理及波形分析 1.VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。 2.VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。 数量关系 :

a 角的移相范围为180 向负载输出的平均电流值为：

流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即：

2cos19.02cos122)(dsin21222dUUttUU

2cos19.02cos12222ddRURURUI 流过晶闸管的电流有效值： 变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：

2.带阻感负载

假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。 假设负载电感很大，负载电流id连续且波形近似为一水平线。 u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4并不关断。 至ωt=π+a 时刻，晶闸管VT1和VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2和VT3导通后，VT1和VT4承受反压关断，流过VT1和VT4的电流迅速转移到VT2和VT3上，此过程称换相，亦称换流。

2cos145.0212ddVTRUII

2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRU

I

2sin21)()sin2(1

2222RUtdtR

UII

II21VT