电力电子技术期末总结

#绪论：1.电子技术的两大分支是什么？信息电子技术与电力电子技术*2.简单解释电力电子技术。使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，即应用于电力领域的电子技术。3.要学习的4种电力电子器件是什么？器件：电力二极管、晶闸管、IGBT、POWERMOSFET四种。*4.电力变换器有哪几种？交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流*5.电力电子技术的应用？一般工业：电化学工业；交通运输：电动汽车、航海；电力系统：柔性交流输电、谐波治理、智能电网；电子装置电源；家用电器：变频空调；其他：航天飞行器、发电装置。#第一章：1.*电力电子器件的分类：半控型：晶闸管；全控型：电力MOSFET、IGBT；不可控型：电力二极管；电流驱动型：晶闸管；电压驱动型：电力MOSFET、IGBT；2.*应用电力电子器件的系统组成：由控制电路和驱动电路和电力电子器件为核心的主电路组成。3.电导控制效应：电导控制效应使得PN结在正向电流较大时压降仍然很低，维持在1v左右，所以正向偏置的PN结表现为低阻态。4.电力二极管的基本特征：IOIFUTOUFU1.静态特征：当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与正向电流IF对应的电力二极管两端的电压UF即为其正向电压降。b)UFPuiiFuFtfrt02Va)IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt2.动态特性：延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf=t2-t1反向恢复时间：trr=td+tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf/td，或称恢复系数，用Sr表示-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。-。+·+·+·+·+·+·+·+·+·+·+·+·+·+·+·+-+-+-+-+-空间电荷区P型区N型区内电场交界处电子和空穴的浓度差别，造成了各区的多子向另一区的扩散运动，到对方区内成为少子，在界面两侧分别留下了带正、负电荷但不能任意移动的杂质离子。这些不能移动的正、负电荷称为空间电荷。空间电荷建立的电场被称为内电场或自建电场，其方向是阻止扩散运动的，另一方面又吸引对方区内的少子（对本区而言则为多子）向本区运动，即漂移运动。扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。5.电力二极管的主要参数：正向平均电流IF(AV)、正向压降UF、反向重复峰值电压URRM、最高工作结温TJM、反向恢复时间trr、浪涌电流IFSM6.电力二极管的类型：普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管7.晶闸管的静态特性和动态特性：AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a)b)正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IAIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM100%90%10%uAKttO0tdtrtrrtgrURRMIRMiA8.晶闸管的主要参数：电压定额、电流定额、动态参数1.静态特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；伏安特性类似二极管的反向特性;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，或：（p42T1参考答案）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；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。延迟时间td、上升时间tr、开通时间tgt＝td+tr反向阻断恢复时间trr、正向阻断恢复时间tgr、关断时间tq（tq=trr+tgr）9.电力MOSFET的基本特征：N+GSDP沟道b)N+N-SGDPPN+N+N+沟道a)GSDN沟道图1-1901020305040图1-202468a)10203050400b)1020305040饱和区非饱和区截止区ID/AUTUGS/VUDS/VUGS=UT=3VUGS=4VUGS=5VUGS=6VUGS=7VUGS=8VID/Aa）b)图1-21RsRGRFRLiDuGSupiD信号+UEiDOOOuptttuGSuGSPuTtd(on)trtd(off)tf10.IGBT基本特征：EGCN+N-a)PN+N+PN+N+P+发射极栅极集电极注入区缓冲区漂移区J3J2J1GEC+-+-+-IDRNICVJ1IDRonb)GCc)图1-20电力MOSFET的转移特性和输出特性a)转移特性b)输出特性漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导GfsGSDfsdUdIG图1图1-21电力MOSFET的开关过程a)测试电路b)开关过程波形up—脉冲信号源，Rs—信号源内阻，RG—栅极电阻，RL—负载电阻，RF—检测漏极电流,tr:Ugs从开启电压Ut上升到MOSFET进入非饱和区的栅源电压Ugsp这段时间称为上升时间O有源区正向阻断区饱和区反向阻断区a)b)ICUGE(th)UGEOICURMUFMUCEUGE(th)UGE增加(1)开关速度高，开关损耗小。在电压1000V以上时，开关损耗只有GTR的1/10，与电力MOSFET相当(2)相同电压和电流定额时，安全工作区比GTR大，且具有耐脉冲电流冲击能力(3)通态压降比VDMOSFET低，特别是在电流较大的区域(4)输入阻抗高，输入特性与MOSFET类似(5)与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点优点：开关速度高，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，安全工作区：正偏安全工作区（FBSOA）——最大集电极电流、最大集射极间电压和最大集电极功耗确定反向偏置安全工作区（RBSOA）——最大集电极电流、最大集射极间电压和最大允许电压上升率duCE/dt确定11、电力电子器件的驱动基本任务、作用和隔离方法：1.将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。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；2.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。对器件或整个装置的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；3.一般采用光隔离或磁隔离。12、晶闸管的触发电路要求：触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通（结合擎住电流的概念）。触发脉冲应有足够的幅度。不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。ItIMt1t2t3t4TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E213、过电压的产生原因：外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外因；内因过电压主要来自装置内部器件的开关过程。14、过电流保护的方法和第一保护措施：电子电路作为第一保护措施。图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1~t2--脉冲前沿上升时间（1μs）；t1~t3--强脉宽度IM--强脉冲幅值（3IGT~5IGT）；t1~t4：脉冲宽度；I--脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT）15、*缓冲电路（吸收电路）及其作用：抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt或者过电流、di/dt，减少器件的开关损耗a)b)图1-38RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiC#第二章1、整流电路中变压器T的作用：起变换电压和隔离的作用。2、触发延迟角与导通角：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止的电角度,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称为导通角，用θ表示。3、换相重叠角：换相过程持续的时间用电角度γ表示。4、变压器漏感对整流电路的影响：5、电力电子装置消耗无功对公共电网的危害：1、无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致设备容量增加；2、无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加；3、使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。6、电力电子装置产生的谐波对公共电网的危害：1、谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。2、谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪音和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、使绝缘老化、寿命缩短以至损坏；3、谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使上述1）和2）两项的危害大大增加，甚至引起严重事故；4、谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。5、谐（1）出现换相重叠角g，整流输出电压平均值Ud降低。（2）整流电路的工作状态增多；（3）晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。（4）换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。（5）换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。7、触发电路或触发电路的概念：8、触发电路的定相与关键：#第三章1、脉冲宽度调制：T不变，变ton2、升压斩波电路升压的关键原因：（——升压比，调节其大小即可改变Uo大小）#第四章1、单相交流调压电路电阻负载与阻感负载的移相范围：电阻：移相范围为0≤a≤π；阻感：Ф≤a≤π（Ф=arctan(wL/R)）#第五章1、换流方式的种类：全控型器件：器件换流、晶闸管：电网换流、负载换流、强迫换流#第六章1、同步调制与异步调制：异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式；同步调制——N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步#第七章1、零电压开关与零电流开关：零电压开关：使开关开通前其两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关。零电流开关：使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零电流关断，简称零电流开关。#第一章1、晶闸管的触发电路要求：#第三章1、升压斩波电路原理：EVRLVDa)Cioi1iGuob)iGioI1OOtt升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因：一是L储能之后具有使电压泵升的作用；二是电容C可将输出电压保持住。2、复合斩波电路和多相多重斩波电路：tta)OOb)ELV1VD1uoioV2VD2EMuoioiV1iD1iV2iD2MR电流可逆斩波电路：V1和VD1构成降压斩波电路，由电源向直流电动机供电，电动机为电动运行，工作于第1象限V2和VD2构成升压斩波电路，把直流电动机的动能转变为电能反馈到电源，使电动机作再生制动运行，工作于第2象限假设L值很大，C值也很大V通时，E向L充电，充电电流恒为I1，同时C的电压向负载供电，因C值很大，输出电压uo为恒值，记为Uo。设V通的时间为ton，此阶段L上积蓄的能量为：E*I1*tonV断时，E和L共同向C充电并向负载R供电。设V断的时间为toff，则此期间电感L释放能量为:（U0—E）*I1*toff稳态时，一个周期T中L积蓄能量与释放能量相等,即：（T/toff1,所以为升压）EtTEtttUoffoffoffonoEtTEtttUoffoffoffonooff/tTELR+-V1VD1uoV3EMV2VD2ioV4VD3VD4M桥式可逆斩波电路：使V4保持通时，等效为图3-7a所示的电流可逆斩波电路，向电动机提供正电压，可使电动机工作于第1、2象限，即正