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电力电子复习提纲2017（适用自动化和电气） (1).pdf
Ch0 绪论
电力电子复习提纲
1、电力电子技术的概念：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。
2、四种基本变流技术：AC/DC DC/DC DC/AC AC/AC
3、电力电子系统的一般组成：主电路和控制电路；主电路电压电流较大，控制电路电压
电流较小；链接路径上一般取药进行电气隔离。
Ch1 电力电子器件
一、器件的分类：
1、双极型，单极型（MOSFET），复合型(IGBT);
2、电压驱动型（MOSFET、IGBT），电流驱动型;
3、不控型（电力二极管）：不能控制通断
半控（晶闸管）：能控制导通，不能控制关断
全控型（MOSFET、IGBT）：能控制关断
二、与信息电子器件的区别：电力电子器件是工作在开关状态，用于功率转换的电力半导体器
件；为避免功耗过大，电力电子器件总工作于开关状态，而信息电子器件可工作于放大状态。
三、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：硅片中通过电流的有效面积增大，提高通流能力。
2、P 区与 N 区之间拥有漂移区：由于掺杂浓度低，可以承受很高电压而不被击穿。
3、内部存在电导调制效应：使 PN 结在正相电流较大时管压降保持很低。
四、反向恢复时间（了解）：原处于正向导通的电力二极管突加反向电压时，首先需要释放存
储的电荷后，才能进行反向阻断。其释放电荷时间称之为反向恢复时间。
五、晶闸管的导通关断条件：
U
U
0
0
AK
G
；关断
0AKU
导通：
选型：
参数:电压参数，电流参数、电压上升率、电流上升率。
六、MOS 管的工作原理和特点：通过控制 GSU 控制“感应电荷”的多少，已改变电荷形成导
电沟道状况，从而控制 mos 管通断。Mos 管为压控型器件，输入阻抗极高，输入电流非常小，
只能驱动输入电阻小，功率低较简单的电路。
七、IGBT 管的工作原理和特点：同 mos 管，通过控制 GSU 来控制 mos 管导通，从而为 PNP
型晶体管提供基极电流，使晶体管导通，从而使 IGBT 导通。当 GSU 通反向电压时，mos 管关
断，晶体管基极无电流供应，IGBT 关断。
Ch2 整流电路
1、触发角、移相范围和相位控制的概念：
触发角：从晶体管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度。
移向范围：改变角的大小称为移向，角有效移向范围，称为移向范围。
相位控制：通过控制触发脉冲的相位，控制直流输出电压大小。
2、单相全控桥、单相半控桥、三相半波可控整流电路和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，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，尤
其是当导通角为 0，30，45，60，以及上述各种整流电路对触发脉冲的要求。
（1）单相全控桥：
U d
9.0
2U
cos
；
I
d
U
d
；
R
晶闸管移向范围 90 度；（超过 90 度没有意义）
晶闸管最大承受电压
22U ；
（2）单相半控桥
增加一个二极管，起续流作用。
U d
9.0
U
2
1
cos
2
；
I
d ；
U
d
R
I
VT
1
I
VT
2
I
2
；
I
d
dVT
1
I
dVT
2
-
2
I
d
；
（2）三相半波可控
三脉波整流电路，三个自然换向点互错 120 度，其作为触发角起点。
30
时：
U d
17.1
2U
cos
30
时：
电阻型负载：
dU
.0
1(675
U RM
45.2 U
;
U FM
2
22U
cos(
6
))
阻感性负载：
U d
17.1
2U
cos
三相半波主要缺点在于变压器二次电流含有直流分量。
（4）三相全控桥
六脉波整流电路，六次脉冲相隔 60 度，横向 120 度，纵向 180 度，可采用双窄脉冲或单宽脉
冲。带电阻负载时移向范围 120 度，带电感负载时移向范围 90 度。
阻感负载或电阻负载
60
时：
U
2
cos
电阻负载
60
：
U d
34.2
U
1[
2
cos(
2.34 2
U
3
)]
二次侧电流有效值
I
2
2
3
I
d
0.816
I
d
3、 多重化整流电路的目的和意义：1）采用相同器件可达到更大功率；2）减少整流装置产生
的谐波和无功功率对电网的干扰。
双反星形带平衡电抗器的整流电路中双反星形的作用：1）任意时刻只有一个晶闸管导通，
输出为六脉动波；2）变压器无直流磁化。
平衡电抗器的作用：使两组三相半波整流电路同时导电，并联运行。
4、有源逆变的概念、条件：
有源：交流侧与电网连接
逆变：直流变交流
条件：1）有直流电动势，且极性与晶闸管导通方向相同，其值大于变流器直流侧平均电
压（电势由高到底）；2）晶闸管控制角
；使 dU 为负值（同极性，否者短路）。
2
5、全控整流电路有源逆变工作时分析、波形和计算（电压和反电动势负载均带负号进行求解，
具体公式与整流电路相同）。
6、有源逆变失败的概念和原因及预防措施：
逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管形成短路，使变流器输出的平均电
压与直流电动势形成顺向串联，产生很大的短路电流。
原因：1）触发电路不可靠，不能适时，准确的给各晶体管分配脉冲
2）晶闸管发生故障，不能正常通断
3）交流电源缺相或突然消失
4）换相裕量角不足
措施：1）采用精确可靠的触发电路
2）性能良好的晶闸管
3）保证交流电源质量
4）留出充足的换相裕量角
7、了解谐波的概念、危害和规律；
8、了解非正弦电路中（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、整流电路交流侧电流的谐波规律：
三相桥式不可控整流电路：
1）谐波次数为 6k+1 次
2）谐波次数越高，谐波幅值越小
3）谐波与基波关系是不固定的
单相桥式不可控整流电路
1）谐波次数为奇数
2）谐波次数越高，谐波幅值越小
3）谐波与基波关系不固定
4） LC 越大，则谐波越小
整流输出电压中的谐波规律：
1）m 脉波整流电压谐波次数为为 mk 次；整流电流的谐波由整流电压确定，也为 mk 次。
2）随谐波次数增大，谐波幅值减小，其最低次谐波是最主要的。当负载中存在电感时，
其幅值衰减更快。
3）m 增加时，幅值迅速衰减，电压波纹因素迅速下降。
10、了解整流电路相位控制的思路及 PWM 整流电路相对于相位控制的优点。
Ch3 直流-直流变流电路
1、 降压斩波、升压斩波的电路结构、工作原理和波形、计算；
占空比：
D
t
on
t
off
t
on
t
on
T
s
降压斩波：
负载电压负载电流：
U o ；
DE
I
o
U
o
输出功率等于输入功率：
IU
d
d
IU
oo
；
R
U
U
E
M
D
o ；
d
I
I
d
o
D
电感电流连续：
L
sRTD
1
2
升压斩波：
负载电压：
U
U
o
d
1
1
D
电感电流连续：
DL
1(
2
D
)
2
sRT
注：升压斩波电路能够升压的原因：1）电感储能；2）电容稳压
2、 占空比和斩波控制的概念；
占空比：一个脉冲循环内通电时间所占比例
斩波控制：通过控制占空比来控制直流到直流转换的幅值。
3、 带变压器隔离的直流-直流变换电路有什么优点？
答：1）输出端与输入端一般存在电气隔离，在其中加入高频变压器，可达到隔离作用。
2）某些应用中需要相互隔离的多路输出。
3）输出电压与输入电压的远小于 1 或远大于 1。
4）交流环节采用较高的频率，可以减小变压器的滤波电容、滤波电感的体积与重量；工
作频率高于 20hz 这一人耳极限，可避免变压器与电感产生噪音。
4、了解正激电路和反激电路的电路结构、原理和输出电压计算。
5、了解斩波电路在电感电流断续时电压上升的特点。
Ch4 逆变电路
1、无源逆变的概念、分类：
无源：交流侧接负载
逆变：直流变交流
分类：
1）根据直流侧电源性质不同：电压型逆变电路，电流型逆变电路；
2）根据主电路结构不同：半桥逆变器，全桥逆变器，二电平逆变器，多电平逆变器。
3）根据换流方式不同：自关断（全控型开关），强迫关断（半控型开关）。
4）根据控制方式不同：PWM 逆变器，PAM 逆变器，方波或阶梯波逆变器。
2、电压型逆变和电流型逆变各自的特点：
电压型逆变：直流侧为电压源或并联大电容，保持电压不变；输出电压为矩形波，与负载
无关，输出电流含有高次谐波，对负载反映灵敏；需并联反馈二极管给无功能量提供通道。
电流型逆变：直流侧为电流源或串联大电感，保持电流不变；输出电流为矩形波，电压波
形取决于负载；电感起缓冲无功能量的作用，不需并联反馈二极管
3、单相电压型逆变的电路分析、工作原理和波形：
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