文章目录
Ch0 绪论
1.电力电子技术的概念
电力电子技术是利用电力电子器件构成的电路系统对电能进行变换和控制的技术，这种变换包括对电压，电流，频率和波形等方面的交换。
2.四种基本变流技术
电力电子变换电路主要有:
(1)AC/DC变换器:把固定的交流电变换成固定或可调的直流电,实现从交流到直流的电能变换。
(2)DC/DC变换器:把固定的直流电变换成固定或可调的直流电,实现从直流到直流的电能变换。
(3)DC/AC变换器:把固定的直流电变换成固定或可调的交流电,实现从直流到交流的电能变换。
(4)AC/AC变换器:把固定的交流电变换成电压或频率固定或可调的交流电,实现从交流到交流的电能变换。
*3.电力电子系统的一般组成
电力电子技术主要包含电力电子器件和电力电子电路及装置两个方面的内容。
4.电力电子器件相对于信息电子器件的特点
Ch1 电力电子器件
1.器件的分类
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类:
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。
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。
2.电力二极管可以承受高电压、流过大电流的原因
1)垂直导电结构 使得硅片中通过电流的有效面积增大，提高通流能力
2)低掺杂N区 使得电力二极管的结构形成P-i-N结构，由于掺杂浓度低，可以承受很高的电压而不被击穿 (低掺杂N区带来的高电阻率如何解决？P-i-N结的电导调制效应)
*3.反向恢复时间
反向恢复特性 (反向恢复特性是指原处于正向导通状态的电力二极管在突加反向电压时,需经过一段短暂的时间,才能反向阻断,这期间将伴随较大的反向电流和明显的反向电压过冲)不同,分为普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管三种形式。
1）. 普通二极管
普通二极管 频率不高 (1kHz以下) 反向恢复时间较长,一般在5μs以上,
优派克 (EUPEC)公司生产的 D2601N D8407N
2）. 快恢复二极管
快恢复二极管 反向恢复过程很短(一般在5μs以下)快速二极管 分为
快速恢复和超快速恢复 ， 前者数百纳秒或更长,后者100ns以下,甚至达到20~30ns。但其反向耐压多在1200V 以下。如优派克 (EUPEC)公司生产的IDW100E60续流二极管,
3）. 肖特基二极管
肖特基二极管 反向恢复时间很短 (10~40ns),多用于200V以下
4.（*晶闸管的结构、开通原理、）开通关断条件、参数、选型
2）
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。
3）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。
要使晶闸管由导通变为关断，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。
4）主要参数
a.电压定额
断态重复峰值电压UDRM——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。
反向重复峰值电压URRM ——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。
通态（峰值）电压UT ——晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。
（通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，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）
b.电流定额
通态平均电流 IT(AV）——在环境温度为400C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。
维持电流 IH——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。
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。
c. 动态参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
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。
——电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。
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。
——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。
5.MOS管的（*结构、工作原理、）开通关断条件、特点和重要参数截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零
6.IGBT管的（*结构、工作原理、）开通关断条件、特点和重要参数。
Ch2 整流电路
1.触发角、移相范围和相位控制的概念
控制角： a
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,用a表示,也称触发角或控制角。
导通角：θ， a +θ = 180°
晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用θ表示 。
移相及移相范围：
改变a角的大小称移相， a角有效移相范围称移相范围
相位控制：
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.单相全控桥整流电路在RL（大）和RL（大）E负载下的工作分析、波形和计算
（波形包括整流输出电压ud、输出电流id、变压器二次侧电流i2及晶闸管两端电压uVT的波形，计算包括Ud、Id、λ、P、S和VT的选型等）
1)单项全控桥
带负载R：
带电感L
带反电动势E
RLE负载当L很大时，各量波形与RL负载时相同。
3.三相全控桥整流电路在RL（大）和RL（大）E负载下的工作分析、波形和计算
三相全控整流电路
1.
只能是共阴极组的一个VT和共阳极组且不同相的一个VT同时导通，电路中才有电流流通。
三相桥式全控整流电路的特点：
（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不
能为同1相器件
（2）对触发脉冲的要求：
按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60°。
? 共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°
? 同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°
（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。
（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：一种是宽脉冲触发， 一种是双窄脉冲触发（常用）
(5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
一，带电阻负载时的工作情况
当a≤60°时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续
波形图： a =0 °（图2-18 ）
a =30° （图2-19）
a =60°（图2-20）
当a>60°时，ud波形每60°中有一段为零，ud波形不能出现负值
波形图： a =90° （ 图2-21）
带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120°
**二，**阻感负载时的工作情况
a≤60°时（a =0° 图2-22；a =30° 图2-23）
ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。
主要包括：各晶闸管的通断情况；输出整流电压ud波形； 晶闸管承受的电压波形
区别在于：得到的负载电流id波形不同。当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线
a >60°时（ a =90°图2-24）
阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。
电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。
阻感负载时，ud波形会出现负的部分。
带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相
范围为90°
2.分析计算
a≤60°
电阻、阻感负载时，整流电压、电流均连续。
a >60°
电阻负载，电流断续
电感性负载，
电流连续，与 a＜60°相同 
晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。
接反电势阻感负载时，在负载电流连续的情况下，电路工作情况与电感性负载时相似，电路中各处电压、电流波形均相同。
仅在计算Id时有所不同，接反电势阻感负载时的Id为：
Id=(Ud-E)/R
式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值
4.三相半波可控整流电路分别在R和RL（大）负载下的工作分析和波形绘制
1)电阻负载
a =0°时的工作原理分析
变压器二次侧a相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕
组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。
a=30°的波形（图2-12）
特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。
a>30°的情况（图2-13）
特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120°
2）阻感负载
3）共阳极接法
5.上述各种整流电路对触发脉冲的要求
单相全控：
两对晶闸管的触发脉冲相差180°
三相全控：
六个晶闸管脉冲相位依次差60°；共阴（阳）极组脉冲相位依次相差120°；采用0°双窄脉冲或60°~80°的宽脉冲
三相半波可控：
三个晶闸管的触发脉冲相位依次差120°
6.整流电路交流侧谐波规律和功率因数分析
1）单相桥式全控
谐波规律
功率因数
2）三相桥式全控
谐波规律
功率因数
7.整流输出电压中的谐波规律
a =0°时整流电压、电流中的谐波有如下规律：
1.m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2，2…）次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为mk次。
2.当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速。
3.m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压
纹波因数迅速下降
a 不为0°时的情况：
8.非正弦电路中（主要考虑电压为正弦、电流为非正弦的情况）功率因数的计算
9.有源逆变的概念、应用案例、条件
逆变（Invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过程。
逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
有源逆变电路——交流侧和电网连结，能量流向电网。
应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。
产生逆变的条件有二：
1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。
2）晶闸管的控制角a > π/2，使Ud为负值。
（半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路）
10.有源逆变失败的概念和原因
1）逆变失败（逆变颠覆）
逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。
2） 逆变失败的原因
a.触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。
b.晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。
c.交流电源缺相或突然消失。
d.换相的裕量角不足，引起换相失败。
