第1章 功率二极管、晶闸管以及单相相控整流电路(第一部分)
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电力电子技术期末考试复习要点课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章电力电子器件的原理与特性1、本章学习要求1.1 电力电子器件概述,要求达到“熟悉”层次。
1)电力电子器件的发展概况及其发展趋势。
2)电力电子器件的分类及其各自的特点。
1.2 功率二极管,要求达到“熟悉”层次。
1)功率二极管的工作原理、基本特性、主要参数和主要类型。
2)功率二极管额定电流的定义。
1.3 晶闸管,要求达到“掌握”层次。
1)晶闸管的结构、工作原理及伏安特性。
2)晶闸管主要参数的定义及其含义。
3)电流波形系数k f的定义及计算方法。
4)晶闸管导通和关断条件5)能够根据要求选用晶闸管。
1.4 门极可关断晶闸管(GTO),要求达到“熟悉”层次。
1)GTO的工作原理、特点及主要参数。
1.5 功率场效应管,要求达到“熟悉”层次。
1)功率场效应管的特点,基本特性及安全工作区。
1.6 绝缘栅双极型晶体管(IGBT),要求达到“熟悉”层次。
1)IGBT的工作原理、特点、擎住效应及安全工作区。
1.7 新型电力电子器件简介,要求达到“熟悉”层次。
2、本章重点难点分析有关晶闸管电流计算的问题:晶闸管是整流电路中用得比较多的一种电力电子器件,在进行有关晶闸管的电流计算时,针对实际流过晶闸管的不同电流波形,应根据电流有效值相等的原则选择计算公式,即允许流过晶闸管的实际电流有效值应等于额定电流I T对应的电流有效值。
利用公式I = k f×I d = 1.57I T进行晶闸管电流计算时,一般可解决两个方面的问题:一是已知晶闸管的实际工作条件(包括流过的电流波形、幅值等),确定所要选用的晶闸管额定电流值;二是已知晶闸管的额定电流,根据实际工作情况,计算晶闸管的通流能力。
前者属于选用晶闸管的问题,后者属于校核晶闸管的问题。
1)计算与选择晶闸管的额定电流解决这类问题的方法是:首先从题目的已知条件中,找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数(如电流幅值、触发角等),据此算出通过晶闸管的实际电流有效值I,考虑(1.5~2)倍的安全裕量,算得额定电流为I T = (1.5~2) I /1.57,再根据I T值选择相近电流系列的晶闸管。
第一章功率半导体器件1.1 概述1.1.1 功率半导体器件的定义图1-1为电力电子装置的示意图,输入电功率经功率变换器变换后输出至负载。
功率变换器即为通常所说的电力电子电路(也称主电路),它由电力电子器件构成。
目前,除了在大功率高频微波电路中仍使用真空管(电真空器件)外,其余的电力电子电路均由功率半导体器件组成。
图1-1 电力电子装置示意图一个理想的功率半导体器件、应该具有好的静态和动态特性,在截止状态时能承受高电压且漏电流要小;在导通状态时,能流过大电流和很低的管压降;在开关转换时,具有短的开、关时间;通态损耗、断态损耗和开关损耗均要小。
同时能承受高的di/dt和du/dt以及具有全控功能。
1.1.2功率半导体器件的发展功率半导体器件是电力电子技术的基础,也是电力电子技术发展的“龙头”。
从1958年美国通用电气公司研制出世界上第一个工业用普通晶闸管开始,电能的变换和控制从旋转的变流机组和静止的离子变流器进入由功率半导体器件构成的变流器时代。
功率半导体器件的发展经历了以下阶段:大功率二极管产生于20世纪40年代,是功率半导体器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件。
目前已形成整流二极管(Rectifier Diode)、快恢复二极管(Fast Recovery Diode —FRD)和肖特基二极管(Schottky Barrier Diode—SBD)等3种主要类型。
晶闸管(Thyristor, or Silicon Controlled Rectifier—SCR)可以算作是第一代电力电子器件,它的出现使电力电子技术发生了根本性的变化。
但它是一种无自关断能力的半控器件,应用中必须考虑关断方式问题,电路结构上必须设置关断(换流)电路,大大复杂了电路结构、增加了成本、限制了在频率较高的电力电子电路中的应用。
此外晶闸管的开关频率也不高,难于实现变流装置的高频化。
晶闸管的派生器件有逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等。
《电力电子技术》课程标准一、教学对象电气技术应用专业、机电技术应用专业的学生二、课程的性质和定位电力电子技术课程是电气技术、机电技术专业的一门专业必修课程,也是一门实践应用性强的专业技术课。
根据该本专业的人才培养目标,学生通过对本课程的学习,了解各种电力电子器件的结构、型号、分类、符号和工作特性,了解电力电子器件的驱动和保护电路。
熟悉可控整流电路的结构、工作原理、性能特点和简单计算,学会可控整流电路的安装接线、通电调试和故障处理的技能;了解有源逆变的条件和无源逆变的用途;熟悉PWM技术在各种电力电子变换电路的应用;熟悉交流变频电路的种类、结构和工作原理;了解交流调压电路的工作原理,学会交流调压电路的安装接线和通电调试技能。
了解开关电源、UPS、中频电源等典型电力电子设备的工作原理、性能特点和应用场合。
了解电力电子技术的新器件、新电路和新用途,为今后从事专业工作打下较坚实的基础。
它以《电气安装与实施》课程的学习为基础,也是进一步学习《PLC控制系统的设计与维护》、《交直流调速系统运行与维护》课程的基础。
三、教学目的1. 了解电力电子技术的应用领域,电力电子器件和电力电子新技术的发展方向。
2. 掌握各种电力电子器件的结构、型号、符号、性能特点和用途的有关知识。
3. 掌握电力电子器件的驱动和保护方法。
4. 掌握可控整流电路电气原理、工作波形和性能特点的分析方法,可控整流电路的简单计算方法。
5. 掌握有源逆变的电路和使用条件,无源逆变电路的分类、特点和应用的有关知识。
6. 掌握SPWM技术的有关知识。
7. 掌握交流调压电路的应用知识。
8. 掌握典型电力电子设备的电路和技术参数。
9. 具有创新精神、实践能力和学习、掌握新技术的能力。
四、课程内容和教学要求这门学科的知识与技能要求分为了解、理解、掌握、学会四个层次。
教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
第一章整流电路教学要求教学内容了解理解掌握学会1.1 功率二极管√1.2 晶闸管√1.3 单相可控整流电路√1.4 晶闸管简单触发电路√1.5三相可控整流电路√1.6 可控整流电路的换相压降√1.7晶闸管的保护√1.8晶闸管相控触发电路√1.9触发脉冲与主电路电压的同步√第二章有源逆变电路教学要求教学内容了解理解掌握学会2.1有源逆变电路的工作原理√2.2三相有源逆变电路√2.3有源逆变电路的应用√第三章直流斩波电路教学要求教学内容了解理解掌握学会3.1全控型电力电子器件√3.2直流斩波工作原理√3.3基本直流斩波电路√3.4其他直流斩波电路√3.5直流斩波电路应用√第四章交流调压电路教学要求教学内容了解理解掌握学会4.1双向晶闸管√4.2交流调压电路√4.3交流电力电子开关√4.4交流调压电路应用√第五章无源逆变电路教学要求教学内容了解理解掌握学会5.1无源逆变电路的工作原理√5.2电压型逆变电路√5.3电流型逆变电路√5.4多重逆变器和多电平逆变器√5.5脉宽调制型逆变器√5.6无源逆变电路的应用√第六章变频电路教学要求教学内容了解理解掌握学会6.1变频电路的基本概念√6.2交—交变频电路√6.3交—直—交变频电路√6.4软开关技术√6.5变频电路在交流调速系统中的应用√第七章电力电子技术的应用教学要求教学内容了解理解掌握学会7.1混合动力电动汽车√7.2半导体照明技术√7.3太阳能光伏发电系统√7.4风力发电系统√五、学时分配表序号内容讲授课时实践课时第一章整流电路18 2第二章有源逆变电路14 2第三章直流斩波电路14 2第四章交流调压电路14 2第五章无源逆变电路12第六章变频电路10 12第七章电力电子技术应用8小计90 20合计110六、教学与组织方式本课程以基于工作过程的课程开发理念为指导,以职业能力培养和职业素养养成为重点,根据技术领域和职业岗位(群)的任职要求,融合维修电工职业资格标准,以变流与变频典型工作过程,以来源于企业的实际案例为载体,以理实一体化的教学实训室为工作与学习场所,对课程内容进行序化。
绪论(introduction)电力电子技术介绍一、电力电子技术的概念电力电子技术:以电力为对象的电子技术称为电力电子技术(Power electronics), 包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分,是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。
电力电子技术能实现对电流、电压频率和相位等基本参数的精确控制和高效处理二、电力电子技术发展:经历了三个时代:整流器时代、逆变器时代和变频器时代(一)电力电子器件分类1、按开特性分为:(1)、半控型:只能控制其导通不能控制其关断,叫半控型。
(2)、全控型:既能控制其导通也能控制其关断,叫全控型。
2、按参与导电的载流子分(1)、单极:凡由一种载流子参与导电的称为单极型器件。
(2)、双极:凡由电子和空穴两种载流子参与导电的称为双极型器件。
(3)、三极:由单极型和双极型两种器件组成的复合期间称为混合型器件。
3、按控制极信号不同(1)、电流控制型:是通过控制极注入或抽出电流的方式来实现对器件导通和关断的控制。
(2)、电压控制型:是利用场控原理控制的电力电子器件,其导通和关断是由控制极上的电压信号控制的,控制电流极小。
(二)电力电子技术发展1整流器时代:AC/DC2逆变器时代:DC/AC3变频器时代三、现代电子的应用领域1、开关电源技术一次电源:在通信领域中,通常将整流器称为一次电源;二次电源:将直流—直流(DC/DC)变换器称为二次电源;2、DC/DC变换器DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压(直流斩波);3、UPS不间断电源是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。
4变频器电源(应用于交流电机变频调速)5、高频逆变式整流焊极电源高频逆变式整流焊机电源是一种性能、高效、省材的新型焊机电源,代表可当今焊机电源的发展方向。
6、大功率开关型高压直流电源大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT 机等大型设备7、电力有源滤波器习题:一、名词解释1、可控整流:AC/DC 把不变的交流电压变换成可调的直流电压2、有源逆变:DC/AC 把直流电压变换成与交流电网同频率的交流电并将直流电能回馈给交流电网3、交流调压:AC/AC 把不变的交流电压变成电压有效值可调的交流电压4、无源逆变(逆变器):AC/DC/AC 把电网的交流电变换成频率和幅值均可调的交流电供给负载通常是先将电网的交流电变换成直流电,然后再变换成电压频率均可调的交流电。
第一章第1章 思考题与习题1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答:晶闸管的导通条件是:晶闸管阳极和阳极间施加正向电压,并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流(或脉冲)。
导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定,负载上电压由输入阳极电压U A 决定。
1.2晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?答:晶闸管的关断条件是:要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态,可采用阳极电压反向使阳极电流I A 减小,I A 下降到维持电流I H 以下时,晶闸管内部建立的正反馈无法进行。
进而实现晶闸管的关断,其两端电压大小由电源电压U A 决定。
1.3温度升高时,晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化?答:温度升高时,晶闸管的触发电流随温度升高而减小,正反向漏电流随温度升高而增大,维持电流I H 会减小,正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
1.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种?答:非正常导通方式有:(1) I g =0,阳极电压升高至相当高的数值;(1) 阳极电压上升率du/dt 过高;(3) 结温过高。
1.5请简述晶闸管的关断时间定义。
答:晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。
即gr rr q t t t +=。
1.6试说明晶闸管有哪些派生器件?答:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。
1.7请简述光控晶闸管的有关特征。
答:光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管,在光的照射下,光电二极管电流增加,此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。
主要用于高压大功率场合。
1.8型号为KP100-3,维持电流I H =4mA 的晶闸管,使用在图题1.8所示电路中是否合理,为什么?(暂不考虑电压电流裕量)图题1.8答:(a )因为H A I mA K VI <=Ω=250100,所以不合理。
《电力电子技术》机械工业出版社命题人马宏松第一章功率二极管和晶闸管知识点:●功率二极管的符号,特性,参数●晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●双向晶闸管的符号、特性、参数、工作原理●可关断晶闸管的符号、特性、参数、工作原理一、填空题1、自从_1956__ __ 年美国研制出第一只晶闸管。
2、晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等特点。
3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极。
4、晶闸管导通的条件:在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压,同时在它的阴极和门极间也加正向电压,两者缺一不可。
5、晶闸管一旦导通,门极即失去控制作用。
6、晶闸管的关断条件:使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流。
7、双向晶闸管的四种触发方式:I+ 触发方式 I-触发方式Ⅲ+触发方式Ⅲ-触发方式。
8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。
9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间。
10、功率二极管的导通条件:加正向电压导通,加反向电压截止。
11、对同一晶闸管,维持电流I H 与擎住电流I L在数值大小上有I L___>_____I H。
12、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为,U DSM__<______U BO13、普通晶闸管内部有两个PN结,,外部有三个电极,分别是阳极A极阴极K 极和门极G极。
14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时,门极上加上触发电压,晶闸管就导通。
15、、晶闸管的工作状态有正向阻断状态,正向导通状态和反向阻断状态。
16、某半导体器件的型号为KP50—7的,其中KP表示该器件的名称为普通晶闸管,50表示额定电流50A,7表示额定电压700V。
17、只有当阳极电流小于维持电流电流时,晶闸管才会由导通转为截止。
18、当增大晶闸管可控整流的控制角α,负载上得到的直流电压平均值会减小。
二、判断题1、第一只晶闸管是1960年诞生的。
(错)2、1957年至1980年称为现代电力电子技术阶段。
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 ;⑵改变器件的开关轨迹,使器件工作于安全工作区内,避免过电压、过电流损坏;⑶减少器件的开关损耗。