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第一篇基础知识第一章电力电子技术第一节电力电子技术简介电力电子技术是以电力为对象的电子技术，具体地说，就是利用电力电子器件对电能进行控制、转换和传输的技术。电力电子电路的根本任务是完成交流和直流电能的转换。其基本的转换形式可分为如下四种：一是将交流电能转换为直流电能，也称为整流；二是将不可控的直流电能转换为可控的直流电能，也称为直流斩波；三是将直流电能变换为交流电能，也称为逆变；四是把交流阴极电位，承受正向阳极电压，同时又在控制极施加高于阴极电位的正向控制极电位（即触发脉冲）时，可控硅导通。可控硅导通的条件为：一是阳极与阴极之间必须加上一定大小的正电能的参数(幅值、频率)加以转换，称为交流变换电路,细分为交流调压和交流变频电路。电力电子电路一般由电力电子器件、电力变换电路和控制电路组成。第二节常用电力电子器件简介电力电子器件根据不同的开关特性可分为不可控器件、半控型器件、全控型器件三种类型；根据控制信号不同，电力电子器件还可分为电流控制型器件、电压控制型器件两类。一.半导体自然界中的物质，按照它们导电能力的强弱可分为导体、半导体和绝缘体三大类。凡容易导电的物质称为导体；不容易导电的物质称为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。半导体具有热敏性、光敏性、杂敏性等特殊性能。二.硅可控整流电路晶闸管又称可控硅SCR，是一种可控的整流元件，习惯上简称可控硅。可控硅有三个级，分别为阳极A,阴极K和控制极G。可控硅具有可控的单相导电特性，即：一是当可控硅阳极电位高于阴极电位,承受正向阳极电压；二是控制极与阴极间必须加上正向触发电压。只有同时满足这两个条件，晶闸管才能导通，否则处于阻断状态。在整流电路中，晶闸管在承受正向电压的时间内，改变触发脉冲的输入时刻，即改变控制角（正向控制极电压的施加时刻滞后于自然换流点的电角度称为控制角）的大小，在负载上可得到不同数值的直流电压。应用:发电机励磁系统三相桥式全控整流电路三.门电路与组合逻辑电路最基本的逻辑门有三种，它们是与门、或门和非门。由这三种基本门电路可组成各种复合门电路以及能实现复杂逻辑功能的组合逻辑电路。1、与逻辑门电路实现与逻辑关系的电路称为与门。只有当输入端全为高电平时，输出才是高电平，否则输出均为低电平，符合与逻辑关系，故称为与门电路。如下图所示：2、或逻辑门电路实现或逻辑关系的电路称为或门。只要有一个输入端为高电平时，输出就是高电平，只有输入端均为低电平时输出才是低电平，符合或逻辑关系，故称为或门电路。如下图所示：3、非逻辑门电路实现非逻辑关系的电路称为非门。非门电路的输人与输出是相反的，即输入为1时，输出为0；输人为0时，输出为1,输出为输人的非，实现了非逻辑关系，故称为非门电路。如下图所示：4、与非逻辑门电路与非门是由一个与门和一个非门直接相连构成的。其中与门的输出连接非门的输入。与非门的逻辑关系可概括为：“有0为1,全1为0”。如下图所示：5、或非逻辑门电路或非门是由一个或门和一个非门直接相连构成的，其中或门的输出连接非门的输人。或非门的逻辑关系可概括为：“有1为0，全0为1”。如下图所示：6、TTL三态输出与非门(TSL)三态输出与非门，简称三态门。它是一种受控与非门，且输出有3种状态。高电平1态，低电平0态和高阻状态(称为开路状态或禁止状态)。逻辑符号中的EN为控制端，A、B为输入端。当EN有效时，输出F=AB，三态门工作，且相当于与非门：当EN无效时，不管A、B的状态如何，输出端开路总处于高阻状态或禁止状态。如下图(a)所示为EN高电平有效，如下图(b)所示为EN低电平有效。7、基本R-S触发器：基本R-S触发器由两个与非门交叉连接而成。Rd、Sd是信号输入端，Q、Q是输出端。在正常情况下，两个输出端Q、苍的逻辑状态能保持相反。一般把Q的状态规定为触发器的状态。基本R-S触发器有两个稳定状态，即置位(置1)或复位(置0)状态。在直接置位端加负脉冲(RD=0)即可置位(Q=1〉，在直接复位端加负脉冲(RD=0)即可复位(Q=0)。负脉冲除去后，直接置位端和直接复位端都处于高电平(因为两个输入端平时固定接高电平)，此时触发器保持相应负脉冲去掉前的状态(保持原状态不变)，实现存储或记忆功能。但要注意负脉冲不可同时加在直接置位端和直接复位端。如下图所示：8、可控R-S触发器：克服基本R-S触发器输出状态直接受输入信号控制的缺点，在基本R-S触发器的基础上增加两个控制门和一个触发信号，让输入控制信号经过控制门传送到基本触发器。与非门GA和GB构成基本R-S触发器；与非门Gc和GD是控制门；S和R是置1和置0信号输入端(高电平有效)；CP是时钟脉冲，时钟脉冲起触发信号的作用。这就是可控R-S触发器。如下图所示：第二章电路原理及设备参数释义第一节基本概念及定律一.基本概念1、电路为实现一定的目的，将有关的电气设备或部件按照一定方式联接起来所构成的电流的通路。它包括电源设备、负载设备、中间设备。根据电源与负载之间连接方式的不同，电路有通路、开路、短路三种不同的状态。2、电流带电体周围空间存在一种特殊形态的物质，称为电场。电场对置于其中的电荷有力的作用，称电场力。在电场的作用下，电荷有次序的流动这一物理现象叫做电流。衡量电流大小的量叫做电流强度，它等于单位时间内通过导体某横截面的电量。电流强度简称电流。并规定：正电荷流动的方向为电流的方向。3、电压电荷在电场力的作用下从一点移动到另一点，其电位能的改变量称为电压。用来衡量电场力做功的能力。4、有功在交流电能的发、输、送、用过程中用于转换成非电、磁形式（如光、热、机械能等）的那部分能量叫有功。5、无功无功电路内电、磁场交换的那部分能量叫无功。6、有功功率（P）在有功中转换的平均功率叫有功功率。7、无功功率（Q）在无功交换中的最大功率叫无功功率。8、视在功率（S）对于单相电路来说，视在功率就是相电压与相电流的乘积，对于三相对称电路来讲则为线电压与线电流乘积的3倍。视在功率（S）与有功功率（P）和无功功率（Q）之间的关系为：22QPS9、功率因数额定有功功率与额定视在功率的比值。当机组并网运行后，若功率因数为正值，表示发电机发出感性无功，若功率因数为负值则表明发电机发出容性无功或者说发电机向系统吸收无功。10、电动势衡量电源将非电能转换为电能本领大小的物理量，用e表示。电动势仅存在于电源内部，并规定：电动势的方向是从负极到正极，电位升的方向。11、电位在电场中，单位正电荷从a点移至参考点时，电场力所做的功，称为a点对参考点的电位。12、电阻反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，是客观存在的，它与导体两端所加的电压和流过的电流强度大小无关，是用导体两端的电压同流过导体的电流强度的比值来表示该导体的电阻，单位用欧姆表示。13、电功电流通过用电器所做的功，称为电功。单位用焦耳表示。14、电功率单位时间内电流所做的功，称为电功率。单位用瓦特表示。15、交流电流和电压大小和方向都随时间变化的电流和电压。16、正弦交流电流电压及相关慨概念随时间按正弦规律变化的交流电流和电压。其表达式为：i=Imsin(ωt+ψ)、u=Umsin(ωt+ψ)，正弦交流量的三要素：Im最大值（振幅角）、ω角频率、ψ初相角。一个周期交流量（电压或电流）和某一直流量分别作用与同一电阻R上，若在相同的时间内它们所产生的热量相等，则称这个直流量的值为交流量的有效值，用I或U表示。设一交流量为：i=Imsin(ωt+ψ)或u=Umsin(ωt+ψ)，则其有效值与最大值的关系为：在正弦交流电路，某一时刻电路吸收或发出的功率，称为瞬时功率。在交流电能的发、输、用过程中，用于转换成非电、磁形式（如光、热、机械能等）的那部分能量的平均功率称为有功功率，即电路中电阻元件所消耗的功率之和，用P表示，P=UIcosφ。用于电路内电、磁场交换的那部分能量最大功率，称为无功功率，用Q表示，Q=UIsinφ。电路输入端电压有效值U和电流有效值的乘积，称为视在功率用，S表示，S=UI。有功功率、无功功率、视在功率三者的关系：S2=P2+Q2。有功功率与视在功率的比值，称为功率因数，用cosφ表示。17、谐振当一个含有L、C元件的无源一端口网络在正弦激励作用下，其端口阻抗呈电阻性，即网络中电压和电流同相时，这种工作状态称为谐振。谐振是正弦稳态电路的一种特殊工作状态，也是电路的一种特殊现象。当RLC串联电路发生谐振时称串联谐振，串联谐振条件：Xl=Xc，串联谐振又称为电压谐振，它具有很大的破坏性。当RLC并联电路发生谐振时称并联谐振，并联谐振的条件：ωC=1/ωL，并联电路发生谐振时，电感电流与电容电流大小相等，相位相反，支路电流在数值上会比总电流大很多，所以并联谐振又称电流谐振。18、三相制由三个频率相同而相位不同的电压源作为电源供电的体系。19、对称三相正弦交流电源由三个频率相同、振幅相等、相位互差120度的正弦电压源按一定方式联接而成的。每一个电压源称为一相。对称三相电压通常由三相交流发电机产生。三相电源中，各相电压经过同一值的先后次序称为三相电源的相序。三相电源和负载均可联成Y形和△形，三相电源和三相负载通过端线相联，可接成Y——Y、Y——△、△——Y、△——△四种形式。在三相电路中，流过每相的电流称相电流，流过每相的电压称为相电压。三相电源和三相负载间的联接线称为端线，流过端线的电流称为线电流，流过端线的电压称为线电压。三相电源的关系：对于三角型电源来说，线电压等于相电压，而线电流等于相电流的√3倍；对于星型电源来说，线电压等于相电压的√3倍，而线电流等于相电流。20、三相四线制系统三相电源和负载采用Y-Y联接，且电源与负载的中性点相连接，称为三相四线制系统。电源与负载的中性点的连线称为中线，有时以大地作为中线，所以又称地线。在三相四线制系统中，即有中线的Y-Y系统，若中线阻抗ZN=0，则负载中性点和电源中性点电位相等，即中性点重合，这时虽然负载不对称，但是负载相电压仍是对称的。若中线阻抗ZN不等于0，则负载中性点和电源中性点电位相等，即中性点不重合，这种现象称中性点位移。21、对称三相电路由对称的三相电源和对称的三相负载用输电线联接起来所组成的系统，称为对称三相电路。22、不对称三相电路在三相电路中，电源、负载或线路阻抗只要有一部分不对称，就称为不对称三相电路。任意一组不对称的三相正弦电压或电流相量都可以分解三组对称的分量。一组是正序分量，用下标“1”表示，正序分量相序与原不对称正弦两的相序一致，各相位互差120度。一组是负序分量，用下标“2”表示，负序分量相序与原正弦量相反，即A-C-B，相位互差120度。一组是零序分量，用下标“0”表示，三相的相位相同。二.基本定律1、部分电路的欧姆定理不含电源的电路称为部分电路。指通过某一导体的电阻R的电流I与加在电阻两端的电压U成正比，与该导体的电阻R成反比。即I=U/R。2、全电路欧姆定律含有电源的闭合电路称为全电路。指在闭合回路中的电流与电源的电动势成正比，与电源内阻和外电阻之和成反比。3、楞次定律线圈中感应电动势的方向总是企图使它所产生的感应电流反抗原有磁通的变化，即感应电流产生新的磁通反抗原有磁通的变化，这个规律就称为楞次定律。4、库仑定律：两个点电荷之间作用力F的大小与两个点电荷q1、q2的乘积成正比，与两个点电荷间距离r的平方成反比，还和电荷所处的空间的媒介（用系数K表示）有关，即：F=K×q1×q2/2r。5、基尔霍夫电流定律（KCL）在某一瞬间，流入某一接点的电流之和等于从该接点流出的所有电流之和。6、基尔霍夫电压定律（KCV）将单位正电荷，从电路的一点出发，沿着一回路绕行一周又回到原来的出发点时。其电位能的改变量的总和为0。即沿电路中的一个回路绕行一周，回路中各支路电压的代数和等于0。7、齐性原理在线性电路中，当只有一个独立源作用时，任一支路的响应与激励源的激励成正比。8、叠加原理当线性电路中有两个或两个以上独立源作用时，任一支路的响应等于各独立源单独作用下，分别在该支路上所产生的响应的代数和，这个关系叫做