电力电子教材重点知识点总结
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《电力电子技术》复习题
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
（
< br>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，也叫斩波电路
（
4
）交流变交流
AC-
AC
：可以是电压或电力的变换，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。
4
、相控
方式
;
对晶闸管的电路的控制方式主要是相控方式
5
、斩空方式：与晶闸管电路的相位控制方式对应
，采用全空性器件的电路的主要控制
方式为脉冲宽度调制方式。相对于相控方式可称之为
斩空方式。
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：电力电子系统中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。广义
可分为
电真空器件和半导体器件。
2
电力
电子器件一般特征：
1
、处理的电功率小至毫瓦级大至兆瓦级。
2
、都工作于开关
状态，以减小本身损
耗。
3
、由电力电子电路来控制。
4<
/p>
、安有散热器
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<
/p>
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。<
/p>
（
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
（<
/p>
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。<
/p>
（
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
< br>。
（
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
）电流驱动型器件：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
驱动型器件：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
、
IGB
T
。
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。如
MOSFET
。
（
2
）双极型器件：由电子和空穴两种载流子参数导电的器
件。如
SCR
、
GTO
、
GTR
。
（
3
）复合型器件：有单极型器件和双极型器件集成混
合而成的器件。如
IGBT
。
5
半控型器件—晶闸管
SCR
2.3.1.4.4
晶闸管的关断工作原理
满足下面条件，晶闸管才能关断：
（
1
）去掉
A
K
间正向电压；
（
< br>2
）
AK
间加反向电压；
（
3
）设法使流过
晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。
2.3.2.1.1
晶闸管正常工作时的静态基本特性
（
1
）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸
管都不会导通。
（
2
）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。
（
3
）晶闸管一旦导通，门极就失去控
制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管
都保持导通。
（
4
）若要使已导通的晶闸管关断，只
能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。
2.4.1.1
GTO
的结构
（
1
）
GTO
与普通晶闸管的相同点
：是
PNPN
四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门
极。
（
2
）
GTO
与普通晶闸管的不同点：
GTO
是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个
甚至数百个供阳极的小
GTO
元，这些
GTO
元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是
这种特殊
结构才能实现门极关断作用。
2.4.1.2
GTO
的静态特性
（
1
）当
GTO
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
）当
GTO
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导通。
（<
/p>
3
）
GTO
导通
后，若门极施加反向驱动电流，则
GTO
关断，也即可以通过门
极电流控制
GTO
导通和关断。
（
4
）通过
AK<
/p>
间施加反向电压同样可以保证
GTO
关断
。
2.4.3
电力场效应晶体管
MOSFET
（
1
）电力
MOSFET
是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它是电压型
器件。
（
3
）
当
U
GS
大
于某一电压值
U
T
时，
栅极下
P
区表面的电子浓度将超过空穴浓度，
从而使
P
型半导体反型成
N
型半导体，形成反型层。
2.4.4
绝缘栅双极晶体管
IGBT
（
1
）
GTR
和
GTO
是双极型电流驱动器件，其优点是通流
能力强，耐压及耐电流等级高，
但不足是开关速度低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。
（
2
）电力
MOSFET
是单极型电压驱动器件，其优点是开关速度快、所
需驱动功率小，驱
动电路简单。
（<
/p>
3
）复合型器件：将上述两者器件相互取长补短结合而成，综合两
者优点。
（
4
）绝缘栅双极晶体管
IGBT
是一种复合型器件，由
GTR
和
MOSFET
两个器件复合而成，
具有
GTR
和
MOSFET
两者的优点，具有良好的特性。
第
3
章
整流电路
（
1
）整流电路定义：将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。
2
、整流电路主要分类方法有：按组成的器件可
分为不可控、半空、全控三种；按电路
结构分为桥式电路和零式电路；按交流输入相数分
为单相电路和多相电路，按变压器二
次电流方向是单向双向可分为单拍电路和双拍电路。
3.1.1
单相半波可控整流电路
（
1
）触发角
：
从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称
为
触发角或控制角。
（
2
）几个定义
瞬时值变化的脉动直流，其波形只在<
/p>
u
2
正半周内出现，因此称“半波”整流
。
②
单相
半波可控整流电路：
如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交
流输入为单相，因此为单相半波可控整流电路。
3
、
带电阻
情况：
u
d
=0.45U
2
(1+cos
)
范围是
（
0
π
）
4
、带阻感负载时
;
5
电力电子电路的基本特点及分析方法
（
1
）电力电子器件为非线性特性，因此电力电子电路是非线性
电路。
（
2
）电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过程时，
可以
将器件理想化，看作理想开关，即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；断态时认为
开关断
开，其阻抗为无穷大。
3.1.2
单相桥式全控整流电路
3.1.2.1
带电阻负载的工作情况
1
、
单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图
（
3
）全波
整流
在交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，因此
该电路为全波整流。
（
4
）直流输出电压平均值
U
d
1
2
U
2
sin
td<
/p>
(
t
)
2
2
U
2
1
cos
1
cos
0
.
9
U
2
2
2
（
5
）负载直流电流平均值
I
d
U
d
2
2
U
2
< br>1
cos
< br>U
1
cos
< br>
0
.
9
2
R
R
2
R
2
（
6
）晶闸管参
数计算
①
承受最大正向电压：
1
(
2
2
U
2
< br>)
②
承受最大反向电压：
2
U
2
③
触发角的移相范围：
。
④
晶闸管电流平均值：
VT
1
、
VT
4
< br>与
VT
2
、
VT
3
轮流导电，因此晶闸管电
流平均值只有输
出直流电流平均值的一半，即
I
dVT
U
1
cos
1
I
d
0
.
45
2
2
R
2
。
3.1.2.2
带阻感负载的工作情况（
1
）单相桥式全控整流电路带阻感负载时的原理图
（
3
）直流
输出电压平均值
U
d
1
2
U
2
sin
td
(
t
)
2
2
U
2
cos
0
.
9
U
2
cos
（
4
）触发角的移相范围
（
5
）晶闸
管承受电压：
正向：
3.2
三相可控整流电路
3.2.1
三相半波可控整流电路
3.2.1.1
电阻负载
（
2
U
2
；反向：
2
U<
/p>
2
（
2
）三相半波不可控整流电路带电阻负载时的波形图
< br>
④
按照上述过程如此循环导
通，每个二极管导通
120
o
。
⑤
自然换向点：
在相电压的交点
t
1
、
t
2
、
t
3
处，出现二极管换相，即电流由一个二极
管向另一个二极管转移，这些交点为自然换向点
。
（
3
）三
相半波可控整流电路带电阻负载时的波形图（
0
o
）
< br>自然换向点：对于三相半波可控整流电路而言，自然换向点是各相晶闸管能触发导通的
最早时刻（即开始承受正向电压）
，该时刻为各晶闸管触发角
的起点，即
< br>0
o
。
（
6
）三相半波可控整流电路带电阻负载不同触发角工作时的
情况总结
①
当
30
o
时，负载电流处于连续状态，各相导电
120
o
。
②
当
30
o
时，负载
电流处于连续和断续的临界状态，各相仍导电
120
o
。
③
当
30
o
时，负载电流处于断续状态，直到
150
o
时，整流输出电压
为零。
④
结合上述分析，三相半波可控整流电路带电阻负载时
角的移相
范围为
150
o
，其中经
历了负载电流连续和断续的工作过程。
（
7
）数值计算
①
30
o
时，整流电压平均值（负载电流连续
）
：
<
/p>
1
6
3
6
U
d
2
U
sin
td
(
t
)
< br>U
2
cos
< br>
1
.
17
U
2
cos
2
2
2
6<
/p>
3
5
当
0
o
时，
U
d
最大，
U
d
1
.
17
U
2
。
②
< br>
30
o
时，整流电压平均值（
负载电流断续）
：
U
d
1
3
2
2
U
2
sin
td
(
t
)
U
2
[
1
cos(
< br>
)]
0
.
675
U
2
[
1
cos(
)]
2
2
6
6<
/p>
6
3
当
150
o
时，
U
d
最小，
U
d
0
。
U
d
< br>R
③
负载电流平均值：
I
d
。
④
晶闸管承受的最大反向电压：
为变压器二次侧线电压的峰值，
U
RM
⑤
晶闸管承受的最大正向电压：
2
3
U
2
6
U
2
2
.
45
U
2
如
a
相，
二次侧
a
< br>相电压与晶闸管正向电压之和为负载整流输出电压
U
d<
/p>
，
由于
U
d
最
小为
0
，因此晶
闸管最大正向电压
U
FM
2.2.1.
2
阻感负载
（
3
）三相半波可控整流电路带阻感负载不同触发角工作时的情况总结
①
阻感负载状态下，
由于大电感的存在，
使负载电流始终处于连续状态，
各相导电
120
o
。
②
当
30
o
时，负载电压
u
d
波形将出现
负的部分，并随着触发角的增大，使负的部分增
多。
③
当
90
o
时，负载
电压
u
d
波形中正负面积相等，
u
d
平均值为
0
。
④
结合上述分析，三相半波可控整流电路带阻感负载时
< br>角的移相范围为
90
o
。
（
4
）数值计算<
/p>
①
整流电压
平均值（负载电流始终连续）
：
U
d<
/p>
1
.
17
U
2
cos
。
②
晶闸管承受的最大正反向电压：
为变
压器二次侧线电压的峰值，
U
FM
<
/p>
U
RM
3.2.2
三相桥式全控整流电路
3.2.2.1
带电阻负载时的工作情况
（
3
）总结
①
对于共阴极组的
< br>3
个晶闸管来说，阳极所接交流电压值最高的一个导通；对于共阳
极组的
3
个晶闸管来说，阴极所接交流电压值最低的一
个导通。
②
每个时刻均需
2
个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，
其中
1
个晶闸管是共
阴极组的，
1
个是共阳极组的，且不能为同
1
相的晶闸管。
2
3
U
2
6
U
2
2
.
45
U
2
2
U
2
。