现代电力电子技术的发展、现状与未来展望综述上课讲义
现代电力电子技术的发展、现状与未来展
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现代电力电子技术的发展、现状与
未来展望综述
学院：电气工程学院
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0 引言
电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。
1 电力电子技术的发展［1］
电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。
1.1半控型器件（第一代电力电子器件）
上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。
1.2全控型器件（第二代电力电气器件）
随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。
1.3电力电子器件的新发展
为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合
了MOSFET和GTO两种器件的特点。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助元件做成模块的形式，给应用带来了很大的方便。后来，又把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。功率集成电路代表了电力电子技术的一个重要发展方向。
近年来，在高压硅器件领域，世界各国的研究者关注的重点是利用新结构、新工艺去突破极限，挖掘潜力，努力推进各类器件性能的进一步改善，包括在获得合理通态电阻的前提下研制耐压更高的超结器件。比如，ABB公司在2008年IEEE功率半导体器件及集成电路会议（International Symposium on Power Semicon?ductor Devices and Ics，缩写为ISPSD）上报道了该公司新研制的逆导型IGBT（RC-IGBT），耐压高达3300 V。这种RC-IGBT是在阳极（或集电极）设置N+短路区，CE反偏时即可将P阱处P-N结的电流引出，构成与IGBT共享导电体积的反并联二极管。该结构优化了IGBT和内集二极管的性能，并且使二者通态电压均实现了正温度系数，制成的1 cm2芯片的额定电流为62.5A，模块的额定电流高达2250 A。
1.4基于新型材料的电力电子新器件
从晶闸管问世到各种高性能IGBT的出现，电力电子器件经过几十年的发展基本上都表现为对器件结构原理和制造工艺的改进和创新，在材料的应用上始终没有突破硅的范围。随着硅材料和硅工艺的日趋完善，各种硅器件的性能逐步趋于其理论极限。而现代电力电子技术的发展却不断对电力电子器件的性能提出了更高的要求，尤其是希望器件的功率和频率得到更高程度的兼顾。因此，越来越多的电力电子器件研究工作转向了对应用新型半导体材料制造新型电力电子器件的研究。结果表明，就电力电子器件而言，硅材料并不是最理想的材料，比较理想的材料应当是临界雪崩击穿电场强度、载流子饱和漂移速度和热导率都比较高的宽禁带半导体材料，这种材料比较典型的有砷化镓(GaAs)、碳化硅(SiC)等。目前，随着这些材料的制造技术和加工工艺日渐成熟，使用宽禁带半导体材料制造性能更加优越的电力电子新器件已成为可能[3]。21世纪初，碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)首先揭开了碳化硅器件在电力电子领域替代硅器件的序幕。随后，高耐温、高耐压的碳化硅场效应器件、碳化硅IGBT、碳化硅双极型器件纷纷出现，预示着不远的将来集高电压、大电流、高工作频率等优点于一身的新型器件即将诞生。
2 现代电力电子技术的应用
现代电力电子技术是高效节能、节约原材料、实用性极强的高新技术，具有广阔的应用空间。不仅用于一般工业，也广泛应用于交通运输、电力系统、
通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明，空调等家用电器及其他领域中也有广泛的应用。现就两个重要的应用领域加以阐述。
2.1一般工业
工业中大量应用各种交直流电机，全世界用电量有60%左右是电动机消耗掉的。直流电动机有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，随着交流变频调速技术的发展，交流调速传动开始大量应用并占据主导地位。用于交流变频调速的变频器更离不开电力电子技术。不仅如此，电化学工业中大量使用的直流电源也是由电力电子装置提供的；冶金工业中的高频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等都要用电力电子技术。
2.2电力系统
电力电子技术在电力系统中的应用表现在发电、输电、配电、用电的各个环节。（1）发电环节。电力电子技术在发电环节中的应用，一方面表现在改善传统发电设备的运行特性上，比如大型发电机的静止励磁采用晶闸管整流并励方式时具有结构简单、可靠性高及造价低等优点；另一方面表现在风能、太阳能并网发电等新能源利用上，比如太阳能电池阵列直流电转换为交流电的系统核心是具有最大功率跟踪功能的逆变器。（2）输电环节。高压直流输电技术在远距离输电时优越性很多。1970年，世界第一项晶闸管换流阀试验工程在瑞典建成，标志着电力电子技术正式用于直流输电。其后，随着全控型器件的出现及PWM控制技术的成熟，新一代HVDC技术应用越发广泛。基于电力电子技术用于改善电网环境的有源电力滤波器（APF）、静止无功补偿器（SVC）也获得实际应用[3].技术与现代控制技术结合的柔性交流输电技术（FACTS）对电力系统电压、参数、相位角、功率潮流的连续调控可大幅降低输电损耗，提高输电能力和系统稳定水平。近年来，柔性交流输电技术（FACTS）已在美国、日本、瑞典、巴西等国获得实际应用，国内也有深入研究和发展；（3）配电及用电环节。用户电力（Custom Power，简写为CP）技术是电力电子技术和现代控制技术在配用电系统中的应用，它和FACTS技术原理相同，主要用于加强供电可靠性和提高供电质量。典型的CP产品有动态电压恢复器（DVR）、固态断路器（SSCB）、故障电流限制器（FCL）、统一电能质量调节器（UPQC）等。
3 现代电力电子技术发展趋势及应用前景
电力电子技术从诞生到发展壮大到有今日的辉煌, 经历了十分艰难的发展历程。电力电子技术从本质上讲属于强电电子技术的范畴, 但是完成强电变换的主回路要用弱电来实现智能化、数字化和最优化控制, 这样就会不断有各种层次的问题在工程实践中被发现、被提出,提出的这些问题正是电力电子学理论
发展和新型器件诞生的强大推动力。电力电子装置的研发必须解决元器件选择、主电路拓扑设计、控制方案设计及优化、电磁兼容设计、结构布局和传热设计、可靠性及冗余设计直至工程实施等一系列技术难题。电力电子技术的发展也离不开相关理论与基础工业的支撑。下面,我们从技术发展的角度, 基于对电力电子技术从诞生到发展的回顾以及目前崭露头角的新苗头, 来初步展望电力电子技术及其应用在今后五至十年内可能出现的新发展。、
3.1 新型大功率高耐压半导体器件
功率MOSFET 、IGBT (绝缘栅双极性晶体管)、IGC T(集成换流型晶闸管)、IEGT(注入增强栅晶体管)、IPM(智能IGBT 功率模块)等新型器件的开发
使用使得大功率电力电子装置的高频化成为可能。超快恢复功率二极管, MOSFET 的同步整流技术的开发使得大电流低电压(1 -3V)输出的高频开关电源的研制突破了瓶颈。今后功率半导体器件将继续向提高性能、集成化方向发展,由单片集成向高组装密度的混合集成方向发展, 新型整机合一的集成智能模块, 将全面推广应用。此外, 新型碳化硅半导体器件亦会出现, 并将得到普遍应用。
3.2 软开关技术及应用
软开关技术的诞生、发展和应用使得电力电子装置和电子电源的高效率、高可靠、高频化和小型轻量化真正成为可能。这一技术给电力电子学和开关电源带来了一次真正意义的革命。今后, 软开关技术将日臻完善, 电力电子装置主电路拓朴的结构、参数和相关控制方案的优化将由更加成熟的仿真技术和计算机辅助工程来完成, 使高频变换器的变换频率、效率和可靠性进一步提高, 一种全新的中转母线配以直接安装在功能插件上的微型VTM 功率晶片(电压转
换模块)的供电方案将会在工程中推广应用。
3.3全面控制电气参数的变换, 实现电能的波形重组
一切电力电子装置其实质都是为了将输入装置的电气参数, 变换成用户所需的输出电气参数。最基本的电气参数有:电压、电流、频率、相数以及波形等。随着现代控制理论和控制技术研究的进展,DSP 、微处理器和一些超大规模专用控制芯片已成为许多电力电子变换装置控制环节的核心, 再加上半导体技术的进步, 使得电能波形的全面重组和优化成为可能。也使得高效率用电和高品质用电成为可能。无电磁污染的“绿色”电力电子装置,将会被越来越多地投入应用。
3.4大容量静止无功发生器(SVG)
SVG 是现代柔性交流输电系统中最基础、最重要的装置之一, 也将是21
世纪电力系统的三项重大变革之一。SVG 是现代电网进行无功调节的主要手段,
SVG 的并网使用将大大提高系统的暂态和动态稳定性, 提高电网电压的稳定性、有效减少电力系统的故障范围, 同时还可在不增建新发电厂和不增加输电通道的条件下增加供电和输电能力, 我国±20MVA 的SVG 已投入使用, ±
50MVA的SVG 正在研制, ±100MVA 的SVG 已进行可行性论证。
3.5电机节能调速系统
电动机拖动系统要消耗全国用电量的62 %左右, 既是第一用电大户, 也是节能潜力最大的用户。我国政府在本世纪初提出了电机系统节能计划, 在今后五年内, 将投入500 亿元, 争取年节电达1000亿KWH , 这是一项十分艰巨的任务, 特别是作为国民经济各重要行业中所用到的中电压(1 -10KV)大功率(400 -2000KW)电机系统, 实现调速节能还有许多复杂的问题有待解决。实现大功率和中小功率电机系统的节能调速, 被普遍看好的途经是采用IGBT 构建的多电平、级联式、无污染的变频器。近些年出现的永磁无刷电动机及其“直流变频”调速系统在电机的调速性能和节能效果等方面都显示出极强的生命力。它的显著特点是用永磁代替外电激磁(仅此即可节电4 -8 %), 用提取转子的位置信号来控制的电子换向替代电刷换向, 这种拖动系统调速范围宽、低速转矩大、启动迅速, 因而可免去许多场合下使用的齿轮变速箱或皮带传动, 大大减少噪声。因此这种永磁无刷电动机的“直流变频”调速系统已在许多领域取代交流异步电动机的变频调速系统, 在发达国家, 已广泛应用于工业、军工以及家用电器等领域, 特别是已成功应用于先进的水中武器-电雷的动力驱动系统之中, 我国在这一领域起步稍晚, 但发展势头良好。此外, 中小功率的无刷电机及调速系统的科研、生产以及在工业、家电等领域的应用都非常活跃, 前景看好。
3.6给新型微处理器供电的新一代低电压大电流稳压电源模块(VRM)
随着半导体工业的飞速发展, 各种微处理器和超大规模集成电路的集成密度越来越高, 更新换代周期越来越短, 这就要求为之供电的稳压电源模块能迅速适应飞速发展的要求, 以满足各种快速微处理器、数据处理系统、服务器、工作站等等设备的要求。英特尔公司从1989 年推出486 到1997 年推出奔腾
4 , 平均二年更新一次, 给微处理器供电的电压越来越低, 所需电流越来越大, 以奔腾4 为例,其供电电压为1 .6V(在1 .1 -1 .85V 间可调), 额定工作电流为60A , 据报导, 到2010 年超大规模集成电路的供电电压将降低到0 .
5 ∽
0 .9V , 而输出电流则增大到100 -200A , 将给为之供电的VRM 提出更高的要求和挑战。现代V RM 的关键技术是采用MOSFET 同步整流技术(还期待MOSFET 性能的进一步提高)和多通道BUCK 变换技术以及寄生参量的控制、控制策略优化等等。
当前,电力电子技术已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。理论和实验证明电气产品的体积与质量反比于供电频率的平方根，频率提高对其设备的制造省材，运行节能和系统性能改善(尤其对航天工业)意义十分深远。电力电子器件高频化是其创新的主导方向，硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势。目前先进模块已和包括开关元件和与其反向并联的续流二极管及驱动保护电路多个单元且均以器件标准化和产品系列化，其一致性与可靠性达到极高水平。现日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的IPM智能化功率模块产品推出。电力电子技术随着新元器件的研发及现代计算机、控制技术的迅速发展而应用领域更加广泛，应用性能更加完善可靠，并引起了电力系统的重大变革，新的大功率电力电子器件的研发和应用将成为21世纪电力研究的前沿。
3.7非电磁感应电源变换技术
传统的开关电源和大多数电力电子变换装置都要采用电磁感应变压器来完成能量传递和原付边的电隔离, 电磁感应变压器的应用同时会带来电磁噪声的传递及电磁兼容等问题, 非电磁感应开关电源的显著优点是极大地改善了电磁兼容性能, 几乎不产生电磁污染、变换效率高以及利于集成化、小型模块化, 是一项极有前途的电源变换技术。目前, 世界各国都在至力于研究并应用所谓的“非电磁感应电源变换技术” , 最近推出的典型产品有美国ASTRODYNE 公司的DRL 系列开关电源系列:电源的输入电压范围:85Vac ∽ 265Vac , 输出电压:5V ∽48V , 输出功率:从25W 至320W。
3.8电力电子学领域还将继续面对下列技术问题
如何进一步提高电力电子变换装置和系统的电磁兼容性;为了构造高可靠性不断电的开关电源供电系统, 如何更好地解决多个开关电源间的并联冗余、负载分配控制、带电拨插、故障隔离报警以及如何减少由于并联冗余运行带来的附加电压和功率损耗;新型高性能磁性材料和器件的开发以及在电力电子变换系统中的应用等等。
参考文献
[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] 吴郁.2008年IEEE功率半导体器件及集成电路国际会议评述[J].电力电子，2009（2）：6-16.
[3] 王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制与无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2005.
《电力电子技术》综合复习资料
《电力电子技术》综合复习资料 一、填空题 1、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时，门极上加上电压，晶闸管就导通。 2、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。 3、整流是指将变为的变换。 4、单相桥式可控整流电路中，晶闸管承受的最大反向电压为。 5、逆变角β与控制角α之间的关系为。 6、MOSFET的全称是。 7、功率开关管的损耗包括两方面，一方面是；另一方面是。 8、将直流电源的恒定电压，通过电子器件的开关控制，变换为可调的直流电压的装置称为器。 9、变频电路从变频过程可分为变频和变频两大类。 10、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会，解决的办法就是在负载的两端接一个。 11、就无源逆变电路的PWM控制而言，产生SPWM控制信号的常用方法是。 12、在电力电子器件驱动电路的设计中要考虑强弱电隔离的问题，通常主要采取的隔离
措施包括：和。 13、IGBT的全称是。 14、为了保证逆变器能正常工作，最小逆变角应为。 15、当电源电压发生瞬时与直流侧电源联，电路中会出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，这称为或。 16、脉宽调制变频电路的基本原理是：控制逆变器开关元件的和时间比，即调节来控制逆变电压的大小和频率。 17、型号为KP100-8的元件表示管、它的额定电压为伏、额定电流为安。 二、判断题 1、给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 2、普通晶闸管外部有三个电极，分别是基极、发射极和集电极。 3、在单相桥式半控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。 4、GTO属于双极性器件。 5、电压型逆变电路，为了反馈感性负载上的无功能量，必须在电力开关器件上反并联反馈二极管。 6、对于三相全控桥整流电路，控制角α的计量起点为自然换相点。
现代电力电子技术作业及答案
2.1 试说明功率二极管的主要类型及其主要工作特点。 2.2 人们希望的可控开关的理想特性有哪些？ 2.3 阅读参考文献一，说明常用功率半导体器件的性能特点及其一般应用场合。 2.4 说明MOSFET和IGBT驱动电路的作用、基本任务和工作特点。 3.1 什么是半波整流、全波整流、不控整流、半控整流、全控整流、相控整流？ 3.2 什么是电压纹波系数、脉动系数、基波电流数值因数、基波电流移位因数（基波功率因素）和整流输入功率因数？ 3.3 简述谐波与低功率因数（电力公害）的危害，并说明当前抑制相控整流电路网侧电流谐波的措施。 4.1 画出降压换流器（Buck电路）的基本电路结构，简要叙述其工作原理，并根据临界负载电流表达式说明当负载电压VO和电流IO一定时，如何避免负载电流断续。 4.2 画出升压换流器（Boost电路）的基本电路结构，推证其输入/输出电压的变压比M表达式，说明Boost电路输出电压的外特性。 4.3 画出升降压换流器（Buck-Boost电路）的基本电路结构，说明电路工作原理，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 4.4 画出丘克换流器（Cuk电路）的基本电路结构，说明电路工作原理及主要优点，推证其输入/输出电压（电流）间的关系式。 5.1 正弦脉宽调制SPWM的基本原理是什么？幅值调制率ma和频率调制率mf的定义是什么？ 5.2 逆变器载波频率fs的选取原则是什么？ 5.3 简要说明逆变器方波控制方式与PWM控制方式的优缺点。 5.4 画出三相电压型逆变器双极性驱动信号生成的电路原理图，指出图中各变量的含义，简要叙述其工作原理。 6.1 柔性交流输电系统（FACTS）的定义是什么？FACTS控制器具有哪些基本功能类型？ 6.2 什么是高压直流输电（HVDC）系统？轻型高压直流输电系统在哪些方面具有良好的应用前景？ 6.3 晶闸管控制电抗器（TCR）的基本原理是什么？晶闸管触发控制角α<90°与α=90°两种情况下等效电抗是否相等，为什么？ 6.4 作图说明静止无功发生器（SVG）的工作原理与控制方式，分析其与5.4节所述三相逆变器的异同点？ 6.5 简要说明有源电力滤波器（APF）和动态电压恢复器（DVR）的基本功能和系统组成？ 6.6 阅读参考文献三，简要说明当前在风力发电技术领域中运用的储能技术、输电技术以及滤波与补偿技术？
电力电子技术作业解答
电力电子技术 作业解答 教材：《电力电子技术》，尹常永田卫华主编
第一章 电力电子器件 1-1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定？ 答：晶闸管的导通条件是：（1）要有适当的正向阳极电压；（2）还有有适当的正向门极电压。 导通后流过晶闸管的电流由阳极所接电源和负载决定。 1-2维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是：流过晶闸管的电流大于维持电流。 利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，可使导通的晶闸管关断。 1-5某元件测得V U DRM 840=，V U RRM 980=，试确定此元件的额定电压是多少，属于哪个电压等级？ 答：根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，确定此元件的额定电压为800V ，属于8级。 1-11双向晶闸管有哪几种触发方式？常用的是哪几种？ 答：双向晶闸管有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ+和Ⅲ-四种触发方式。 常用的是：（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。 1-13 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 答：因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：（1）GTO 在设计时2α较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO 关断；（2）GTO 导通时的21αα+更接近于 1，普通晶闸管15.121≥+αα，而 GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；（3） 多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。 第二章 电力电子器件的辅助电路 2-5说明电力电子器件缓冲电路的作用是什么？比较晶闸管与其它全控型器件缓冲电路的区别，说明原因。 答：缓冲电路的主要作用是： ⑴ 减少开关过程应力，即抑制d u /d t ，d i /d t ；
电力电子技术课程综述.doc
HefeiUniversity 合肥学院电力电子技术课程综述 系别：电子信息及电气工程系 专业：自动化 班级： 姓名: 学号：
目录 摘要： (3) 绪论 (4) 1.1电力电子技术简介： (4) 1.2电力电子技术的应用： (4) 1.3电力电子技术的重要作用： (5) 1.4电力电子技术的发展 (5) 本课程简介 (6) 2.1电力电子器件： (6) 2.1.1根据开关器件是否可控分类 (6) 2.1.2 根据门极)驱动信号的不同 (6) 2.1.3 根据载流子参与导电情况之不同，开关器件又可分为单极型器件、双极型器 件和复合型器件。 (6) 2.2 DC-DC变换器 (7) 2.2.1主要内容： (7) 2.2.2直流-直流变换器的控制 (7) 2.3 DC-AC变换器（无源逆变电路） (8) 2.3.1电压型变换器 (8) 2.3.2电流型变换器 (8) 2.3.3脉宽调制(PWM)变换器 (9) 2.4 AC-DC变换器（整流和有源逆变电路） (9) 2.4.1简介 (9) 2.4.2工作原理 (9) 2.5 AC-AC变换器 (10) 2.5.1 简介 (10) 2.5.2 分类 (10) 2.6 软开关变换器 (10) 2.6.1分类 (10) 2.6.2 重点 (10) 总结 (11) 参考文献 (11)
摘要：电力电子技术是在电子、电力与控制技术上发展起来的一门新兴交 叉学科，被国际电工委员会（IEC）命名为电力电子学（Power Electronics）或称为电力电子技术。近20年来，电力电子技术已渗透到国民经济各领域，并取得了迅速的发展。作为电气工程及其自动化、工业自动化或相关专业的一门重要基础课，电力电子技术课程讲述了电力电子器件、电力电子电路及变流技术的基本理论、基本概念和基本分析方法，为后续专业课程的学习和电力电子技术的研究与应用打下良好的基础。 关键词：电力电子技术控制技术自动化电力电子器件 Abstract: Power electronic technology is in Electronics, electric Power and control technology developed on an emerging interdisciplinary, is the international electrotechnical commission (IEC) named Power Electronics (Power Electronics) or called Power electronic technology. Nearly 20 years, power electronic technology has penetrated into every field of national economy, and have achieved rapid development. As electrical engineering and automation, industrial automation or related professional one important courses, power electronic technology course about power electronics device, power electronic circuits, the basic theory of converter technology, the basic concept and basic analysis for subsequent specialized course of study and power electronic technology research and application lay a good foundation. Keywords:Power electronic technology control technology automation power electronics device
电力电子技术课后习题全部答案解析
电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：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。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：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。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t
现代电力电子技术
现代电力电子技术第1次作业 二、主观题(共12道小题) 11.电力电子技术的研究内容？ 答：主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。 12.电力电子技术的分支？ 答：电力学、电子学、材料学和控制理论等。 13.电力变换的基本类型？ 答： 包括四种变换类型：（１）整流ＡＣ－ＤＣ （２）逆变ＤＣ－ＡＣ （３）斩波ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换ＡＣ－ＡＣ 14.电力电子系统的基本结构及特点？ 答： 电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。' 15.电力电子的发展历史及其特点？ 答：主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来发展趋势 16.电力电子技术的典型应用领域？ 答：介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技术应用的主要特征。 17.电力电子器件的分类方式？ 答： 电力电子器件的分类 （１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型 （３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型 18.晶闸管的基本结构及通断条件是什么？ 答：晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。
19.维持晶闸管导通的条件是什么？ 答：流过晶闸管的电流大于维持电流。 20.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流IL在数值大小上有I L______I H。 答：I L__〉____I H 21.整流电路的主要分类方式？ 答： 按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）三种； 按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。 22.单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。 答：180o 现代电力电子技术第2次作业 二、主观题(共12道小题) 11.单相全控桥式整流阻性负载电路中，晶闸管的移相范围________。 答：0-180o 12.有源逆变产生的条件之一是：变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须与整流时输出的极性___ ________，且满足|Ud|<|Ed|。 答：相反 13.
电力电子技术作业1
浙江大学远程教育学院 《电力电子技术》课程作业 姓名： 林岩 学 号： 714066202014 年级： 14秋 学习中心： 宁波电大 ————————————————————————————— 第1章 1．把一个晶闸管与灯泡串联，加上交流电压，如图1-37所示 图 1-37 问：（1）开关S 闭合前灯泡亮不亮？（2）开关S 闭合后灯泡亮不亮？（3）开关S 闭合一段时间后再打开，断开开关后灯泡亮不亮？原因是什么？ 答： （1）不亮；（2）亮；（3）不亮，出现电压负半周后晶闸管关断。 2．在夏天工作正常的晶闸管装置到冬天变得不可靠，可能是什么现象和原因？冬天工作正常到夏天变得不可靠又可能是什么现象和原因？ 答： 晶闸管的门极参数I GT 、U GT 受温度影响，温度升高时，两者会降低，温度升高时，两者会升高，故会引起题中所述现象。 3．型号为KP100-3，维持电流I H ＝4mA 的晶闸管，使用在如图1-38电路中是否合理？为什么？（分析时不考虑电压、电流裕量） (a) (b) (c) 图 1-38 习题5图 .答： （1） mA I mA A I H d 42002.010 50100 3 =<==?=
R TM U V U >==3112220故不能维持导通 （2） 而 即晶闸管的最大反向电压超过了其额定电压， 故不能正常工作 （3） I d =160/1=160A>I H I T =I d =160A ＞1.57×100=157A 故不能正常工作 4．什么是IGBT 的擎住现象？使用中如何避免？ 答： IGBT 由于寄生晶闸管的影响，可能是集电极电流过大（静态擎住效应），也可能是d u ce /d t 过大（动态擎住效应），会产生不可控的擎住效应。实际应用中应使IGBT 的漏极电流不超过额定电流，或增加控制极上所接电阻R G 的数值，减小关断时的d u ce /d t ，以避免出现擎住现象。 H d I A I I I >==== 9.957.1/...56.152 10220 2 2
现代电力电子技术的发展、现状与未来展望综述上课讲义
现代电力电子技术的发展、现状与未来展 望综述
课程报告 现代电力电子技术的发展、现状与 未来展望综述 学院：电气工程学院 姓名： ********* 学号: 14********* 专业： ***************** 指导教师： *******老师 0 引言
电力电子技术就是使用电力半导体器件对电能进行变换和控制的技术，它是综合了电子技术、控制技术和电力技术而发展起来的应用性很强的新兴学科。随着经济技术水平的不断提高，电能的应用已经普及到社会生产和生活的方方面面，现代电力电子技术无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用，它涉及的应用领域包括国民经济的各个工业部门。毫无疑问，电力电子技术将成为21世纪的重要关键技术之一。 1 电力电子技术的发展［1］ 电力电子技术包含电力电子器件制造技术和变流技术两个分支，电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲的。 1.1半控型器件（第一代电力电子器件） 上世纪50年代，美国通用电气公司发明了世界上第一只硅晶闸管(SCR)，标志着电力电子技术的诞生。此后，晶闸管得到了迅速发展，器件容量越来越大，性能得到不断提高，并产生了各种晶闸管派生器件，如快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。但是，晶闸管作为半控型器件，只能通过门极控制器开通，不能控制其关断，要关断器件必须通过强迫换相电路，从而使整个装置体积增加，复杂程度提高，效率降低。另外，晶闸管为双极型器件，有少子存储效应，所以工作频率低，一般低于400 Hz。由于以上这些原因，使得晶闸管的应用受到很大限制。 1.2全控型器件（第二代电力电气器件） 随着半导体技术的不断突破及实际需求的发展，从上世纪70年代后期开始，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通又可使其关断。此外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可用于开关频率较高的电路。这些优点使电力电子技术的面貌焕然一新，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。 1.3电力电子器件的新发展 为了解决MSOFET在高压下存在的导通电阻大的问题，RCA公司和GE公司于1982年开发出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）,并于1986年开始正式生产并逐渐系列化。IGBT是MOS?FET和BJT得复合，它把MOSFET驱动功率小、开关速度快的优点和BJT通态压降小、载流能力大的优点集于一身，性能十分优越，使之很快成为现代电力电子技术的主导器件。与IGBT 相对应，MOS 控制晶闸管(MCT)和集成门极换流晶闸管（IGCT）都是MOSFET和GTO的复合，它们都综合
电力电子技术A实验讲义
实验四三相半波可控整流电路的研究一．实验目的 了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电感性负载时的工作情况。 二．实验线路及原理 三相半波可控整流电路用三只晶闸管，与单相电路比较，输出电压脉动小，输出功率大，三相负载平衡。不足之处是晶闸管电流即变压器的二次电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率低。 实验线路见图4－1。 1) 电源控制屏位于MEL-002T； 2) L平波电抗器位于NMCL-331挂件； 3) 可调电阻R位于NMEL-03/4挂件 4) G给定（Ug）位于NMCL-31调速系统控制单元中； 5) Uct位于NMCL-33F挂件； 6) 晶闸管位于NMCL-33F挂件。 图4-1 三．实验内容 1．研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作情况。
2．研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作情况。 四．实验设备及仪表 1．教学实验台主控制屏2．触发电路及晶闸主回路组件 3．电阻负载组件4．示波器 五．注意事项 整流电路与三相电源连接时，一定要注意相序。 六．实验方法 1. 三相半波可控整流电路带电阻性负载。 合上主电源，接上电阻性负载R。 ⑴改变给定电压U g，观察在不同触发移相角α（30°、60°）时，可控整流电路的输出电压U d的波形，并记录相应的U d、I d值。 ⑵改变给定电压U g，当α=30°时，记录晶闸管A、K间端电压U VT=f（t）的波形。 2. 三相半波可控整流电路带电阻—电感性负载。 接入的电抗器L=700mH。 ⑴改变给定电压U g，观察在不同触发移相角α（30°、60°）时，可控整流电路的输出电压U d的波形，并记录相应的U d、I d值。 ⑵改变给定电压U g，当α=30°时，记录晶闸管的端电压U VT=f（t）（电阻性负载、电阻—电感性负载）、I d=f（t）（电阻—电感性负载）的波形。 实验方法的具体内容，可参照表4进行。 七. 实验报告 分析、记录上述“实验方法”中的数据、波形等。 八、触发电路的调试方法 按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。 ⑴用示波器观察触发电路及晶闸管主回路的双脉冲观察孔，应有间隔均匀，幅度相同的双脉冲。触发脉冲均为双脉冲双脉冲之间间隔60°。
现代电力电子技术的发展(精)
现代电力电子技术的发展 浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化992班马玥 (浙江杭州310027 E-mail: yeair@https://www.docsj.com/doc/29874812.html,学号:3991001053 摘要:本文简要回顾电力电子技术的发展,阐述了现代电力电子技术发展的趋势,论述了走向信息时代的电力电子技术和器件的创新、应用,将对我国工业尤其是信息产业领域形成巨大的生产力,从而推动国民经济高速、高效可持续发展。 关键词:现代电力电子技术;应用;发展趋势 The Development of Modern Power Electronics Technique Ma Yue Electrical Engineering College. Zhejiang University. Hangzhou 310027, China E-mail: yeair@https://www.docsj.com/doc/29874812.html, Abstract: This paper reviews the development of power electronics technique, as well as its current situation and anticipated trend of development. Keywords: modern power electronics technique, application, development trend. 1、概述 自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来,电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台,以此为基础开发的可控硅整流装臵,是电气传动领域的一次革命,使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代,这标志着电力电子的诞生。
大工春电力电子技术经验在线作业
大工春电力电子技术经 验在线作业 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
(单选题)1:软开关电路根据软开关技术发展的历程，可以分成几类电路，下列哪项不属于其发展分类？（）A:整流电路 B:准谐振电路 C:零开关PWM电路 D:零转换PWM电路 正确答案: (单选题)2:（）是最早出现的软开关电路。 A:准谐振电路 B:零开关PWM电路 C:零转换PWM电路 D:以上都不正确 正确答案: (单选题)3:直流电动机可逆电力拖动系统能够在（）个象限运行。 A:1 B:2 C:3 D:4 正确答案: (单选题)4:下列选项中不是交流电力控制电路的控制方法的是？（） A:改变电压值 B:改变电流值
C:不改变频率 D:改变频率 正确答案: (单选题)5:下列哪个选项与其他三项不是同一概念？（） A:直接变频电路 B:交交直接变频电路 C:周波变流器 D:交流变频电路? 正确答案: (单选题)6:下列不属于单相交-交变频电路的输入输出特性的是（）。A:输出上限频率 B:输出功率因数 C:输出电压谐波 D:输入电流谐波 正确答案: (多选题)7:UPS广泛应用于下列哪些场合中？（） A:银行 B:交通 C:医疗设备 D:工厂自动化机器 正确答案: (多选题)8:斩波电路应用于下列哪些选项下，负载会出现反电动势？（）A:用于电子电路的供电电源
B:用于拖动直流电动机 C:用于带蓄电池负载 D:以上均不是 正确答案: (多选题)9:下列属于基本斩波电路的是（）。 A:降压斩波电路 B:升压斩波电路 C:升降压斩波电路 D:Cuk斩波电路 正确答案: (多选题)10:下列哪些属于UPS按照工作原理的分类？（） A:后备式 B:在线式 C:离线式 D:在线互动式 正确答案: (多选题)11:下列各项交流电力电子开关的说法，正确的是（）。A:需要控制电路的平均输入功率 B:要有明确的控制周期 C:要根据实际需要控制电路的接通 D:要根据实际需要控制电路的断开 正确答案: (多选题)12:下列哪些电路的变压器中流过的是直流脉动电流？（）
电力电子技术第2章-习题-答案
第2章电力电子器件课后复习题 第1部分：填空题 1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。 3. 电力电子器件一般工作在开关状态。 4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成， 由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。 5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件 和全控型器件。 6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。 7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。 8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。 9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。其 反向恢复时间较长，一般在5μs以上。 10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。 11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。 12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导 通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；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至维持电流以下。 13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，一般取 为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。 14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。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称为擎住电流。对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。 15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。 16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。 高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额不易做高。 17.双向晶闸管可认为是一对反并联联接的普通晶闸管的集成。 18.逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件。 19. 光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管。光触 发保证了主电路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响。
电力电子技术总复习
电力电子技术总复习-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《电力电子技术》综合复习资料 一、填空题 1、开关型DC/DC变换电路的3个基本元件是、和。 2、逆变角β与控制角α之间的关系为。 3、GTO的全称是。 4、直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有斩波电路；斩波电路； ----斩波电路。 5、变频电路从变频过程可分为变频和变频两大类。 6、晶闸管的工作状态有正向状态，正向状态和反向状态。 7、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。 8、从晶闸管开始承受正向电压起到晶闸管导通之间的电角度称为角。 9、GTR的全称是。 10、在电流型逆变器中，输出电压波形为波，输出电流波形为波。 11、GTO的关断是靠门极加出现门极来实现的。 12、普通晶闸管的图形符号是，三个电极分别是，和。 13、整流指的是把能量转变成能量。 14脉宽调制变频电路的基本原理是：控制逆变器开关元件的和时间比，即调节来控制逆变电压的大小和频率。 15、型号为KP100-8的元件表示管、它的额定电压为伏、额定电流为安。 16、在电力电子器件驱动电路的设计中要考虑强弱电隔离的问题，通常主要采取的隔离措施包括：和。 二、判断题 1、KP2—5表示的是额定电压200V，额定电流500A的普通型晶闸管。 2、给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 3、普通晶闸管外部有三个电极，分别是基极、发射极和集电极。 4、逆变电路分为有源逆变电路和无源逆变电路两种。 5、只要让加在晶闸管两端的电压减小为零，晶闸管就会关断。 6、普通晶闸管内部有两个PN结。 7、逆变失败，是因主电路元件出现损坏，触发脉冲丢失，电源缺相，或是逆变角太小造成的。 8、应急电源中将直流电变为交流电供灯照明，其电路中发生的“逆变”称有源逆变。
现代电力电子技术发展及其应用
现代电力电子技术发展及其应用 摘要：电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。 一、引言 自上世纪五十年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢？电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术，它广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和民用部门。它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉学科。目前，电力电子技术的应用已遍及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新的理论、器件、技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断地得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。 二、电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压
和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1、整流器时代 大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 2、逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。 3、变频器时代 进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能
电力电子技术-西南大学作业教程文件
电力电子技术-西南大学2016年作业
第一批 单选题 题目说明: （10.0分）1.IGBT属于（）控制型元件 A．A：电流 B．B：电压 C．C：电阻 D．D：频率 （10.0分）2.触发电路中的触发信号应具有（） A．A：足够大的触发功率 B．B：足够小的触发功率 C．C：尽可能缓的前沿 D．D：尽可能窄的宽度 （10.0分）3. 对于单相交交变频电路如下图，在t1~t2时间段内，P组晶闸管变流装置与N组晶闸管变流装置的工作状态是（）
A．A：P组阻断，N组整流 B．B：P组阻断，N组逆变 C．C：N组阻断，P组整流 D．D：N组阻断，P组逆变 （10.0分）4.电流型逆变器中间直流环节贮能元件是() A．A：电容 B．B：电感 C．C：蓄电池 D．D：电动机 （10.0分）5.单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角a的最大移相范围是（） A．A：90° B．B：120° C．C：150° D．D：180° （10.0分）6.具有自关断能力的电力半导体器件称为() A．A：全控型器件 B．B：半控型器件 C．C：不控型器件 D．D：触发型器件 （10.0分）7.IGBT是一个复合型的器件，它是（）
A．A：GTR驱动的MOSFET B．B：MOSFET驱动的GTR C．C：MOSFET驱动的晶闸管 D．D：MOSFET驱动的GTO （10.0分）8.从晶闸管开始承受正向电压的到晶闸管导通时刻的电度角称为（）。 A．A：控制角 B．B：延迟角 C．C：滞后角 D．D：重叠角 （10.0分）9.将直流电能转换为交流电能供给负载的变流器是() A．A：有源逆变器 B．B：A/D变换器 C．C：D/A变换器 D．D：无源逆变器 （10.0分）10.已经导通的晶闸管的可被关断的条件是流过晶闸管的电流（） A．A：减小至维持电流以下 B．B：减小至擎住电流以下 C．C：减小至门极触发电流以下 D．D：减小至5A以下
电力电子技术(王兆安第五版)课后习题全部答案
电力电子技术答案 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2.使晶闸管导通的条件是什么？答：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。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：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。 2-4图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流 最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1 、I d2 、I d3 与电流有效值I 1 、I 2 、I 3 。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I 1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ? π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I 2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ? π ? π π π wt d t c) I d3= ?= 2 Im 4 1 ) ( Im 2 1π ω π t d I 3= Im 2 1 ) ( Im 2 1 2 2= ?t dω π π 2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶阐管能送出的平均电流I d1、 I d2、I d3 各为多少?这时，相应的电流最大值I m1 、I m2 、I m3 各为多少? 解：额定电流I T(AV) =100A的晶闸管，允许的电流有效值I=157A,由上题计算 结果知
电力电子技术作业
解:a) b) c) Idl-— (￥片1)俺 d 2717 Ta JI 2 d ,0. 1767 I a 4 ￡ -匚 l rn ——(纟 + 1)缺 0.胡 31 A TT 2 sin 亦泊3) ~~~ l + ± fe 0.898 J = J — f : = 0. 5 A 7.晶闸管的触发脉冲需要满足哪些条件? 第2至第8章作业 第2章电力电子器件 1. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：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 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 答：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。 3. 怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：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. 图1中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为 I m ，试计 算各波形的电流平均值 I d1、|d2、I d3与电流有效值11、12、|3。 a) b) c) 图1晶闸管导电波形
答：A：触发信号应有足够的功率 B:触发脉冲应有一定的宽度，脉冲前沿尽可能陡，使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 C:触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。 第3章整流电路 1.单相半波可控整流电路对电感负载供电，L = 20mH，U2= 100V，求当a= 0°和60。时的负 载电流I d，并画出u d与i d波形。 解：a = 0°寸，在电源电压U2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成 ud与id的波形如下图:L―- = sin(oi di亠 考虑到初始条件二半时2±_0可解方程紂： 心一' (l^cos^) (cL -顷-22. 51 (A) (t)L
电力电子技术课程综述
目录 摘要： (1) 一、电力电子技术主要内容 (1) 1、1电力电子器件及应用 (1) 1、1、1电力电子器件分类 (1) 1.1.2电力电子器件的应用 (2) 1．2 整流（AC-DC变换器） (2) 1．2.1整流电路分类 (2) 1.2.2 整流的概念 (3) 1．3斩波 (3) 1.3.1基本概念 (3) 1.3.2主要内容 (3) 1、4逆变 (4) 1.4.1基本概念 (4) 1.4.2主要内容 (4) 1、5 AC-AC变换器 (4) 1.5.1基本概念 (4) 1.5.2主要内容 (5) 二、电力电子技术的应用 (5) 三、学习小结 (5) 四、电力电子的发展及其发展趋势 (6) 五、电力电子技术的具体应用 (7) 参考文献 (8)
摘要： 电力电子技术（Power Electronics Technology）是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。电力电子技术（Power Electronics Technology）是研究电能变换原理及功率变换装置的综合性学科，是在电子、电力与控制技术基础上发展起来的一门新兴交叉学科。包括电压、电流、频率和波形变换等知识，涉及电子学、自动控制原理和计算机技术等学科。 关键字:整流、逆变、斩波、变频 正文 一、电力电子技术主要内容 1、1电力电子器件及应用 1、1、1电力电子器件分类 按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类： 1.半控型器件，例如晶闸管；
电力电子技术课后题答案
0-1.什么是电力电子技术? 电力电子技术是应用于电力技术领域中的电子技术；它是以利用大功率电子器件对能量进行变换和控制为主要内容的技术。国际电气和电子工程师协会（IEEE）的电力电子学会对电力电子技术的定义为：“有效地使用电力半导体器件、应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术，它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。” 0-2.电力电子技术的基础与核心分别是什么? 电力电子器件是基础。电能变换技术是核心. 0-3.请列举电力电子技术的 3 个主要应用领域。 电源装置;电源电网净化设备;电机调速系统;电能传输和电力控制;清洁能源开发和新蓄能系统;照明及其它。 0-4.电能变换电路有哪几种形式?其常用基本控制方式有哪三种类型? AD-DC整流电;DC-AC逆变电路;AC-AC交流变换电路;DC-DC直流变换电路。 常用基本控制方式主要有三类：相控方式、频控方式、斩控方式。 0-5.从发展过程看，电力电子器件可分为哪几个阶段? 简述各阶段的主要标志。可分为：集成电晶闸管及其应用；自关断器件及其应用；功率集成电路和智能功率器件及其应用三个发展阶段。集成电晶闸管及其应用：大功率整流器。自关断器件及其应用：各类节能的全控型器件问世。功率集成电路和智能功率器件及其应用：功率集成电路（PIC），智能功率模块（IPM）器件发展。 0-6.传统电力电子技术与现代电力电子技术各自特征是什么? 传统电力电子技术的特征：电力电子器件以半控型晶闸管为主，变流电路一般 为相控型，控制技术多采用模拟控制方式。 现代电力电子技术特征：电力电子器件以全控型器件为主，变流电路采用脉宽 调制型，控制技术采用PWM数字控制技术。 0-7.电力电子技术的发展方向是什么? 新器件：器件性能优化，新型半导体材料。高频化与高效率。集成化与模块化。数字化。绿色化。 1-1.按可控性分类，电力电子器件分哪几类? 按可控性分类，电力电子器件分为不可控器件、半控器件和全控器件。 1-2.电力二极管有哪些类型?各类型电力二极管的反向恢复时间大约为多少? 电力二极管类型以及反向恢复时间如下： 1）普通二极管，反向恢复时间在5us以上。 2）快恢复二极管，反向恢复时间在5us以下。快恢复极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复二极管。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者在100ns 以下，甚至达到20~30ns，多用于高频整流和逆变电路中。 3）肖特基二极管，反向恢复时间为10～40ns。 1-3.在哪些情况下，晶闸管可以从断态转变为通态? 维持晶闸管导通的条件是什么? 1、正向的阳极电压； 2、正向的门极电流。两者缺一不可。阳极电流大于维持电流。