《電力電子技術(shù)》教案

1、電力電子技術(shù)教案泰州學(xué)院教 案20172018學(xué)年第二學(xué)期學(xué)院(系、部) 教研室(實(shí)驗(yàn)室)電氣工程教研室課 程 名 稱(chēng)電力電子技術(shù)授 課 班 級(jí) 主 講 教 師 職 稱(chēng) 使 用 教 材電力電子技術(shù) 王兆安主編xxxxxxx二一七年一月 電力電子技術(shù) 課程教案第1講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目1 緒論教學(xué)目的、要求1掌握電力電子技術(shù)的基本概念、學(xué)科地位、基本內(nèi)容；2了解電力電子技術(shù)的發(fā)展史；3了解電力電子技術(shù)的應(yīng)用、電力電子技術(shù)的發(fā)展前景；4了解本教材的內(nèi)容。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：電力電子器件的分類(lèi)，電能的4種變換形式。難點(diǎn)：無(wú)教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：電力電

2、子技術(shù)的應(yīng)用案例。新授：1 基本概念1.1 什么是電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)：使用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱(chēng)電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級(jí)。電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。1.2 兩大分支（1）電力電子器件制造技術(shù)電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體物理。（2）變流技術(shù)（電力電子器件應(yīng)用技術(shù)）用電力電子器件構(gòu)成電力變換電路和對(duì)其進(jìn)行控制的技術(shù)，以及構(gòu)成電力電子裝置和電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。電力電子技術(shù)的核心，理論基礎(chǔ)是電路理論。電力變換四大類(lèi)：交流變直流、直流變交流

3、、直流變直流、交流變交流1.3 與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系 電力電子學(xué) (Power Electronics)名稱(chēng)60年代出現(xiàn)； 1974年，美國(guó)的W.Newell用倒三角形對(duì)電力電子學(xué)進(jìn)行了描述，被全世界普遍接受。（1）與電子學(xué)（信息電子學(xué)）的關(guān)系 都分為器件和應(yīng)用兩大分支；多媒體舉例講解 器件的材料、工藝基本相同，采用微電子技術(shù)； 應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析方法、分析軟件也基本相同； 信息電子電路的器件可工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也可工作在放大狀態(tài)；電力電子電路的器件一般只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；（2）與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系 電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中：高壓直流輸電、靜止無(wú)功補(bǔ)償、電力機(jī)車(chē)牽引、交直流電力傳、電解、

4、電鍍、電加熱、高性能交直流電源； 國(guó)內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個(gè)分支，電力電子技術(shù)是電氣工程學(xué)科中最為活躍的一個(gè)分支。（3）與控制理論（自動(dòng)化技術(shù)）的關(guān)系 電力電子技術(shù)是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電的接口；控制理論是這種接口的有力紐帶； 電力電子裝置是自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。（4）地位和未來(lái)電力電子技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制一起，和計(jì)算機(jī)技術(shù)共同成為未來(lái)科學(xué)技術(shù)的兩大支柱。電力電子技術(shù)是一門(mén)嶄新的技術(shù)，21世紀(jì)仍將以迅猛的速度發(fā)展。2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史 一般工業(yè)：交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)； 交通運(yùn)輸：電氣化鐵道、電動(dòng)汽車(chē)、航空、航海； 電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流

5、輸電、無(wú)功補(bǔ)償； 電子裝置電源：為信息電子裝置提供動(dòng)力； 家用電器： “節(jié)能燈”、變頻空調(diào)； 其他：UPS、 航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置。3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用 電源技術(shù)：電力電子裝置提供給負(fù)載的是各種不同的電源； 節(jié)能技術(shù)：電力電子技術(shù)對(duì)節(jié)省電能有重要意義，特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大的照明電源等方面。作業(yè)和思考題：教學(xué)反思：11 / 7811 / 7811電力電子技術(shù) 課程教案第2講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目2.1 電力電子器件概述2.2 不控型器件電力二極管教學(xué)目的、要求1.掌握電力電子器件的概念和特征；2.熟悉應(yīng)用電力電子器件

6、的系統(tǒng)組成；3.了解電力電子器件的分類(lèi)；4.掌握電力二極管的工作特性。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：器件的工作原理、基本特性、主要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。難點(diǎn)：基本特性及電力電子器件的兩個(gè)基本要求。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧。新授：1.1 電力電子器件概述1.1.1 電力電子器件的概念和特征 主電路（Main Power Circuit）電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。 電力電子器件（Power Electronic Device）可直接用于處理電能的主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導(dǎo)體器件兩類(lèi)。 兩類(lèi)

7、中，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，真空管僅在頻率很高（如微波）的大功率高頻電源中還在使用，而電力半導(dǎo)體器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、閘流管（Thyratron）等電真空器件，成為絕對(duì)主力。因此，電力電子器件目前也往往專(zhuān)指電力半導(dǎo)體器件。 電力半導(dǎo)體器件所采用的主要材料仍然是硅。 同處理信息的電子器件相比，電力電子器件的一般特征：1）處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)；2）電力電子器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；3）電力電子器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制；4）不僅在器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。1.1.2 應(yīng)用電力電子器件的系統(tǒng)組成電力電

8、子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路組成。1.1.3 電力電子器件的分類(lèi) 按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類(lèi)： 半控型器件：通過(guò)控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷，如晶閘管； 全控型器件：通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱(chēng)自關(guān)斷器件，包括絕緣柵雙極晶體管IGBT、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET以及門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO； 不可控器件：不能用控制信號(hào)來(lái)控制其通斷，因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路，如電力二極管。（2）按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，分為兩類(lèi)： 電流驅(qū)動(dòng)型：通過(guò)從控制端注入或者抽出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制； 電壓驅(qū)動(dòng)

9、型：僅通過(guò)在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。（3）按照器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類(lèi)： 單極型器件：由一種載流子參與導(dǎo)電的器件； 雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件； 復(fù)合型器件：由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 。1.2不可控器件電力二極管1.2.1 PN結(jié)與電力二極管的工作原理PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕憾O管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。造成電力二極管和信息電子電路中的普通二極管區(qū)別的一些因素： 正向?qū)〞r(shí)要流過(guò)很大的電流； 引線(xiàn)和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響； 承受的電流變化率di/dt較大； 為了

10、提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。1.2.2 電力二極管的基本特性（1）靜態(tài)特性：伏安特性當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門(mén)檻電壓UTO），正向電流才開(kāi)始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。（2）動(dòng)態(tài)特性：因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，此過(guò)程中的電壓電流特性是隨時(shí)間變化的。（3）開(kāi)關(guān)特性：反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過(guò)沖UFP，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才趨于接近穩(wěn)態(tài)壓降的某個(gè)值（如 2V）。這一動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間被稱(chēng)

11、為正向恢復(fù)時(shí)間tfr。1.2.3 電力二極管的主要參數(shù)（1）正向平均電流IF(AV)在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱(chēng)殼溫，用TC表示）和散熱條件下，其允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均值。（2）正向壓降UF指電力二極管在指定溫度下，流過(guò)某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。（3）反向重復(fù)峰值電壓URRM指對(duì)電力二極管所能重復(fù)施加的反向最高峰值電壓，通常是其雪崩擊穿電壓UB的2/3，使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管可能承受的反向最高峰值電壓的兩倍來(lái)選定。（4）最高工作結(jié)溫TJM結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示，最高工作結(jié)溫TJM是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能承受的最高平均溫度，TJM通常在1

12、25175C范圍之內(nèi)。（5）反向恢復(fù)時(shí)間trrtrr= td+ tf ，關(guān)斷過(guò)程中，電流降到0起到恢復(fù)反向阻斷能力止的時(shí)間。（6）浪涌電流IFSM指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個(gè)或幾個(gè)工頻周期的過(guò)電流。1.2.4 電力二極管的主要類(lèi)型 普通二極管（General Purpose Diode） 快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode FRD） 肖特基二極管作業(yè)和思考題：教學(xué)反思：電力電子技術(shù) 課程教案第3講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目2.3半控型器件晶閘管教學(xué)目的、要求1.掌握晶閘管的工作原理、參數(shù)的確定和型號(hào)的選擇，熟悉其基本特性，了解晶閘管的

13、派生器件；2.熟悉可關(guān)斷晶閘管（GTO）的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解有關(guān)特性和參數(shù)。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：晶閘管的額定電流、額定電壓參數(shù)，晶閘管的額定電流計(jì)算，GTO的工作原理；難點(diǎn)：晶閘管的額定電流計(jì)算和型號(hào)選擇，幾個(gè)重要參數(shù)的理解；教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回憶：1二極管的導(dǎo)通原理是什么？2功率二極管的額定電流如何計(jì)算？3功率二極管的伏安特性相比較有什么特點(diǎn)？新授：1.3 半控型器件晶閘管晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，又稱(chēng)可控硅整流器（Silicon Controlled RectifierSCR），1956年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab）發(fā)明了晶閘管，1957年美國(guó)通用電

14、氣公司（GE）開(kāi)發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品，1958年商業(yè)化，開(kāi)辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代，20世紀(jì)80年代以來(lái)，開(kāi)始被性能更好的全控型器件取代，能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場(chǎng)合具有重要地位。1.3.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 外形有螺栓型和平板型兩種封裝， 引出陽(yáng)極A、陰極K和門(mén)極（控制端）G三個(gè)聯(lián)接端， 對(duì)于螺栓型封裝，通常螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便，平板型封裝的晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。工作原理：Ic1=a1 IA + ICBO1；Ic2=a2 IK + ICBO2；IK=IA+IG ；IA=Ic1+Ic2。多媒體、舉例錄像 式中a

15、1和a2分別是晶體管V1和V2的共基極電流增益；ICBO1和ICBO2分別是V1和V2的共基極漏電流。由以上式（1-1）（1-4）可得 晶體管的特性是：在低發(fā)射極電流下a 是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來(lái)之后，a 迅速增大。 阻斷狀態(tài)：IG=0，a1+a2很小，流過(guò)晶閘管的漏電流稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和。 開(kāi)通（門(mén)極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致a1+a2趨近于1的話(huà)，流過(guò)晶閘管的電流IA（陽(yáng)極電流）將趨近于無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。IA實(shí)際由外電路決定。其他幾種可能導(dǎo)通的情況： 陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)； 陽(yáng)極電壓上升率du/dt過(guò)高； 結(jié)溫較高； 光直接照射硅

16、片，即光觸發(fā)。光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中之外，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實(shí)踐，稱(chēng)為光控晶閘管（Light Triggered ThyristorLTT） 只有門(mén)極觸發(fā)（包括光觸發(fā)）是最精確、迅速而可靠的控制手段。晶閘管正常工作時(shí)的特性總結(jié)： 承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通； 承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開(kāi)通； 晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。1.3.2 晶閘管的基本特性（1）正向特性IG=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，

17、為正向阻斷狀態(tài)；正向電壓超過(guò)正向轉(zhuǎn)折電壓Ubo，則漏電流急劇增大，器件開(kāi)通；隨著門(mén)極電流幅值的增大，正向轉(zhuǎn)折電壓降低。（2）反向特性。反向阻斷狀態(tài)時(shí)，只有極小的反向漏電流流過(guò)；當(dāng)反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓后，可能導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。1.3.3 晶閘管的主要參數(shù)1）斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。2）反向重復(fù)峰值電壓URRM在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。3）通態(tài)（峰值）電壓UT晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。 通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓； 選用時(shí)，一

18、般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓23倍。4） 維持電流 IH ：使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。5）擎住電流 IL :晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號(hào)后， 能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對(duì)同一晶閘管來(lái)說(shuō)，通常IL約為IH的24倍。6）浪涌電流ITSM: 指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過(guò)額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過(guò)載電流 。7）通態(tài)平均電流 IT(AV) 使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等 ，即有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管。應(yīng)留一定的裕量，一般取1.52倍。作業(yè)和思考題：P42習(xí)題4、5教學(xué)反思：電力電子技術(shù) 課程教案第4講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題

19、課 其他課時(shí)安排2授課題目2.4典型全控型器件教學(xué)目的、要求1熟悉可關(guān)斷晶閘管（GTO）的結(jié)構(gòu)和工作原理，了解有關(guān)特性和參數(shù)；2熟悉電力晶體管（GTR）、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-MOSFET）的結(jié)構(gòu)和工作原理。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：熟悉GTR、P-MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的結(jié)構(gòu)及其工作原理；難點(diǎn)：上述各種器件的導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程分析。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧：1晶閘管的額定電流如何計(jì)算？2晶閘管的主要參數(shù)有哪些？3、與普通晶閘管相比較，對(duì)GTO的結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行比較分析。新授：1.4 典型全控型器件門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）在20世紀(jì)80年代問(wèn)世，是晶閘管的一種派生

20、器件，標(biāo)志電力電子技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代，典型代表包括門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管。1.4.1 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（1）主要特點(diǎn)： 可以通過(guò)在門(mén)極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷 GTO的電壓、電流容量較大。（2）結(jié)構(gòu)：（與普通晶閘管相比） 相同點(diǎn)：PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽(yáng)極、陰極和門(mén)極。 不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件。（3）工作原理：普通晶閘管一樣，可以用圖所示的雙晶體管模型來(lái)分析。1.4.2 電力晶體管 電力晶體管（Giant TransistorGTR，直譯為巨型晶體管）； 耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction

21、TransistorBJT），英文有時(shí)候也稱(chēng)為Power BJT。 應(yīng)用：20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。多媒體舉例講解1GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）靜態(tài)特性 共發(fā)射極接法時(shí)的典型輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)； 在電力電子電路中GTR工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)；（2）動(dòng)態(tài)特性 開(kāi)通過(guò)程：延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr，二者之和為開(kāi)通時(shí)間ton。 關(guān)斷過(guò)程：儲(chǔ)存時(shí)間ts和下降時(shí)間tf，二者之和為關(guān)斷時(shí)間toff 。GTR的開(kāi)關(guān)時(shí)間在幾微秒以?xún)?nèi)，比晶閘管和GTO都短很多。（3）參數(shù)1）最高工作電壓 GTR上電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿； 擊穿電壓

22、不僅和晶體管本身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)； BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo。2）集電極最大耗散功率PcM 最高工作溫度下允許的耗散功率。 一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，Ic迅速增大，只要Ic不超過(guò)限度，GTR一般不會(huì)損壞，工作特性也不變。 二次擊穿：一次擊穿發(fā)生時(shí)，Ic突然急劇上升，電壓陡然下降，常常立即導(dǎo)致器件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。1.4.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），簡(jiǎn)稱(chēng)電力MOSFET（Power MOSFET）。（1）結(jié)構(gòu)截止：漏源極間加正電源，柵源極

23、間電壓為零；P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當(dāng)UGS大于UT時(shí)，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。（2）特性 漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱(chēng)為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。 ID較大時(shí)，ID與UGS的關(guān)系近似線(xiàn)性，曲線(xiàn)的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。1.4.4 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）（1）結(jié)構(gòu)和工作原理 三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E； N溝道VDMOSFET與GTR組合N溝道IGBT； IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強(qiáng)的通流能力； 簡(jiǎn)化等效電路表明，

24、IGBT是GTR與MOSFET組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，一個(gè)由MOSFET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)PNP晶體管； RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。 驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相同，場(chǎng)控器件通斷由柵射極電壓uGE決定：導(dǎo)通：uGE大于開(kāi)啟電壓UGE(th)時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通；通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小；關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號(hào)時(shí)，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。（2）基本特性作業(yè)和思考題：教學(xué)反思：16電力電子技術(shù) 課程教案第5講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目3.1單相可控

25、整流電路教學(xué)目的、要求1掌握單相半波可控整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系；2掌握不同負(fù)載時(shí)，單相橋式全控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：1.掌握單相半波可控整流電路的工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系；2.掌握單相橋式全控整流電路的工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系；難點(diǎn)：1.單相半波可控整流電路的工作原理、波形分析。2.單相橋式全控整流電路的工作原理、波形分析。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧：新授：2.1 單相可控整流電路2.1.1 單相半波可控整流電路（電阻負(fù)載） 變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用； 電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形

26、相同； 基本數(shù)量關(guān)系：VT的 移相范圍為180，通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱(chēng)為相位控制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)相控方式。多媒體舉例講解觸發(fā)延遲角：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用a表示，也稱(chēng)觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度，用表示。2.1.2 單相半波可控整流電路（阻感負(fù)載）（1）特點(diǎn)： 電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過(guò)電感的電流不發(fā)生突變； VT的移相范圍為180； 簡(jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。（2）討論負(fù)載阻抗角、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角的關(guān)系。 當(dāng)u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，u

27、d為零，VT承受反壓關(guān)斷； L儲(chǔ)存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過(guò)程通常稱(chēng)為續(xù)流，數(shù)量關(guān)系（id近似恒為Id）：2.1.3單相橋式全控整流電路1帶電阻負(fù)載的工作情況（1）工作原理及波形分析 VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。 VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。（2）數(shù)量關(guān)系 的移相范圍為180。 向負(fù)載輸出的平均電流值為： 流過(guò)晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即： 流過(guò)晶閘管的電流有效值： 變壓器二次測(cè)電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：

28、2帶阻感負(fù)載的工作情況（1）工作原理及波形分析 假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變； 假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線(xiàn)；（2）數(shù)量關(guān)系 晶閘管移相范圍為90。 晶閘管導(dǎo)通角與a無(wú)關(guān)，均為180。電流的平均值和有效值：作業(yè)和思考題： P97習(xí)題1、3教學(xué)反思：21電力電子技術(shù) 課程教案第6講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目3.2三相可控整流電路（三相半波可控整流電路）教學(xué)目的、要求1掌握三相半波可控整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：工作原理、輸出電壓波形、晶閘管電壓波形分析；難點(diǎn)：三相可控整流電路時(shí)，強(qiáng)調(diào)

29、自然換流點(diǎn)、觸發(fā)脈沖移相范圍、臨界連續(xù)點(diǎn)等概念。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧：新授：2.2 三相可控整流電路 交流測(cè)由三相電源供電。 負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易濾波。 基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣 。2.2.1三相半控整流電路1電阻性負(fù)載（1）電路特點(diǎn) 變壓器二次側(cè)接成星形得到零線(xiàn)，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。 三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰極接法。（2）自然換相點(diǎn)二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn)，即a =0。多媒體舉例講解（3）整流電

30、壓平均值的計(jì)算 a30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有： a30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：（4）負(fù)載電流平均值為（5）晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線(xiàn)電壓峰值，即（6）晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即2電阻性負(fù)載（1）特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。 a30時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。 a30時(shí)（如a=60時(shí)的波形如圖2-16所示）。 u2過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。 id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線(xiàn)。 阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90。（2）數(shù)量關(guān)系

31、變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為 晶閘管的額定電流為 晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線(xiàn)電壓峰值作業(yè)和思考題： P97習(xí)題7教學(xué)反思：24電力電子技術(shù) 課程教案第7講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目3.2三相可控整流電路（三相橋式全控整流電路）教學(xué)目的、要求1掌握三相橋式全控整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：工作原理、輸出電壓波形、晶閘管電壓波形分析；難點(diǎn)：三相可控整流電路時(shí)，強(qiáng)調(diào)自然換流點(diǎn)、觸發(fā)脈沖移相范圍、臨界連續(xù)點(diǎn)等概念。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧：新授：2.2.2三相全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣

32、泛的整流電路。1帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況 當(dāng)a60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)。：多媒體舉例講解 當(dāng)a60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值波形圖： ：帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120對(duì)觸發(fā)脈沖的要求： 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60； 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120；同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180； ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波

33、整流電路； 需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖。2阻感負(fù)載時(shí)的工作情況（1）a60時(shí) ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。各晶閘管的通斷情況、 輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形。 區(qū)別在于：得到的負(fù)載電流id波形不同。當(dāng)電感足夠大的時(shí)候， id的波形可近似為一條水平線(xiàn)。（2）a 60時(shí) 阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同； 電阻負(fù)載時(shí)，ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分； 阻感負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分； 帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90。定量分析： 當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a60時(shí)）的平均值為： 帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓

34、平均值為：輸出電流平均值為 ： 當(dāng)整流變壓器為采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流有效值為：作業(yè)和思考題： P97習(xí)題7、13教學(xué)反思：29電力電子技術(shù) 課程教案第8講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響教學(xué)目的、要求1掌握變壓器漏感對(duì)整流電路的影響及換相壓降的計(jì)算教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：換相過(guò)程中的換相重疊角概念、換相期間的整流電壓和換相壓降、重疊角的計(jì)算；難點(diǎn)：重疊角的產(chǎn)生，換相期間整流電壓、換相壓降和重疊角的計(jì)算。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧。新授：2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電

35、感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示，現(xiàn)以三相半波為例，然后將其結(jié)論推廣。（1）VT1換相至VT2的過(guò)程：因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik；ik=ib是逐漸增大的，而ia=Id-ik是逐漸減小的；當(dāng)ik增大到等于Id時(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷，換流過(guò)程結(jié)束。多媒體舉例講解（2）換相重疊角換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間，用電角度表示。 換相過(guò)程中，整流電壓ud為同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相電壓的平均值： 換相壓降與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降低的多少。 換相重疊角的計(jì)算（3）變壓器漏抗對(duì)各種整流

36、電路的影響 出現(xiàn)換相重疊角，整流輸出電壓平均值Ud降低； 整流電路的工作狀態(tài)增多； 晶閘管的di/dt 減小，有利于晶閘管的安全開(kāi)通。有時(shí)人為串入進(jìn)線(xiàn)電抗器以抑制晶閘管的di/dt； 換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路； 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。作業(yè)和思考題： 教學(xué)反思：32電力電子技術(shù) 課程教案第9講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目3.4電容濾波的不可控整流電路教學(xué)目的、要求1了解電容濾波的不可控整流電路單相、三相的工作原理和波形分析。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：電容濾波的不可控整流電路單相、三相的工作原理和波

37、形分析。難點(diǎn)：無(wú)教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回憶。新授：2.4 電容濾波的不可控整流電路2.4.1電容濾波的單相不可控整流電路常用于小功率單相交流輸入的場(chǎng)合，如目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中。（1）基本工作過(guò)程： 在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至wt=0期間，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流； 至wt=0之后，u2將要超過(guò)ud，使得VD1和VD4開(kāi)通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。（2）主要的數(shù)量關(guān)系多媒體舉例講解1）輸出電壓平均值 空載時(shí)，； 重載時(shí)，Ud逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性； 在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容C

38、值，此時(shí)輸出電壓為：Ud1.2 U2。2）電流平均值 輸出電流平均值為： ， 二極管電流平均值為： 3）二極管承受的電壓2.4.2電容濾波的三相不可控整流電路（1）基本原理 某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線(xiàn)電壓中最大的一個(gè)，該線(xiàn)電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。 當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。 考慮實(shí)際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時(shí)的工作情況： 電流波形的前沿平緩了許多，有利于電路的正常工作。 隨著負(fù)載的加重，電流波形與電阻負(fù)載時(shí)的交流側(cè)電流波形逐漸接近。（2）主要數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值：Ud在（2.34U2 2.45U2）之間變

39、化。（2）電流平均值： 輸出電流平均值為： 與單相電路情況一樣，電容電流平均值為零，因此 二極管電流平均值為的1/3，即： （3）二極管承受的電壓 二極管承受的最大反向電壓為線(xiàn)電壓的峰值，為。作業(yè)和思考題：教學(xué)反思：35電力電子技術(shù) 課程教案第10講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)教學(xué)目的、要求1.掌握逆變的概念、逆變的分類(lèi)、有源逆變與無(wú)源逆變的區(qū)別；2.有源逆變的條件、逆變失敗、造成逆變失敗的原因與預(yù)防措施。了解有源逆變的應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：逆變的概念、分類(lèi)，有源逆變與無(wú)源逆變的區(qū)別，實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件、逆變失敗的原因與預(yù)防

40、措施；難點(diǎn)：有源逆變的條件、影響逆變失敗的因素。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回憶。新授：一、逆變的概念1什么是逆變？為什么要逆變？1)逆變（Invertion）：把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過(guò)程。2)逆變電路：把直流電逆變成交流電的電路。 有源逆變電路：交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)，應(yīng)用在直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。 無(wú)源逆變電路：變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，將在第5章介紹。對(duì)于可控整流電路，滿(mǎn)足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變；既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱(chēng)為變流電路。2逆變產(chǎn)生的條件1）從上述分析中

41、，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件有： 有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓； 晶閘管的控制角，使Ud為負(fù)值。2）逆變和整流的區(qū)別：控制角a不同： 時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)； 時(shí)，電路工作在逆變狀態(tài)。3波形與參數(shù)計(jì)算多媒體舉例講解 把時(shí)的控制角用表示，稱(chēng)為逆變角； 逆變角和控制角的計(jì)量方向相反，其大小自的起始點(diǎn)向左方計(jì)量；4 逆變失?。孀冾嵏玻┠孀儠r(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。1）逆變失敗的原因 觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致

42、使晶閘管不能正常換相。 晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通。 交流電源缺相或突然消失。 換相的裕量角不足，引起換相失敗。2）確定最小逆變角的依據(jù)逆變時(shí)允許采用的最小逆變角應(yīng)等于，這樣，一般取3035。作業(yè)和思考題：P98習(xí)題27、28、29教學(xué)反思：38電力電子技術(shù) 課程教案第11講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目4.1換流方式教學(xué)目的、要求1了解逆變電路的概念、換流方式和應(yīng)用；2理解基本的逆變電路的結(jié)構(gòu)及其工作原理。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：逆變電路的結(jié)構(gòu)及其工作原理；難點(diǎn)：無(wú)。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧：逆變的概念：與整流相對(duì)應(yīng)，直流電變成交流電，

43、交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變；交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變。新授：5.1 換流方式（1）逆變與變頻 變頻電路：分為交交變頻和交直交變頻兩種。 交直交變頻由交直變換（整流）和直交變換兩部分組成，后一部分就是逆變。（2）主要應(yīng)用 各種直流電源，如蓄電池、干電池、太陽(yáng)能電池等。 交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置的核心部分都是逆變電路。5.1.1 逆變電路的基本工作原理以單相橋式逆變電路為例說(shuō)明最基本的工作原理。逆變電路最基本的工作原理：改變兩組開(kāi)關(guān)切換頻率，可改變輸出交流電頻率：S1、S4閉合，S2、S3斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載電壓uo為正；S1、S4斷開(kāi)，S2、S3閉合時(shí)，負(fù)載電壓uo為負(fù)

44、。多媒體舉例講解換流：電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路轉(zhuǎn)移的過(guò)程，也稱(chēng)為換相。 開(kāi)通：適當(dāng)?shù)拈T(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)就可使器件開(kāi)通。 關(guān)斷：全控型器件可通過(guò)門(mén)極關(guān)斷；半控型器件晶閘管，必須利用外部條件才能關(guān)斷；一般在晶閘管電流過(guò)零后施加一定時(shí)間反壓，才能關(guān)斷；研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。5.1.2 換流方式分類(lèi)1）器件換流（Device Commutation）利用全控型器件的自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。在采用IGBT 、電力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件的電路中的換流方式是器件換流。2）電網(wǎng)換流（Line Commutation）電網(wǎng)提供換流電壓的換流方式。將負(fù)的電網(wǎng)電壓施加在欲關(guān)斷的晶閘管上

45、即可使其關(guān)斷。不需要器件具有門(mén)極可關(guān)斷能力，但不適用于沒(méi)有交流電網(wǎng)的無(wú)源逆變電路。3）負(fù)載換流（Load Commutation）4）強(qiáng)迫換流（Forced Commutation）作業(yè)和思考題：P149 習(xí)題1教學(xué)反思：41電力電子技術(shù) 課程教案第12講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目4.2電壓型逆變電路教學(xué)目的、要求1掌握無(wú)源逆變器的分類(lèi)、電流型和電壓型逆變器的概念；2了解單相半橋、單相全橋逆變電路；掌握1800導(dǎo)電型交-直-交逆變電路。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：無(wú)源逆變器的分類(lèi)、電流和電壓型逆變器的概念、1800導(dǎo)電型交-直-交逆變電路；難點(diǎn)：電流型和電壓型逆變器

46、的比較；1800導(dǎo)電型交-直-交逆變電路。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧。新授：5.2 電壓型逆變電路1逆變電路的分類(lèi)（根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同） 直流側(cè)是電壓源：電壓型逆變電路又稱(chēng)為電壓源型逆變電路； 直流側(cè)是電流源：電流型逆變電路又稱(chēng)為電流源型逆變電路。2電壓型逆變電路的特點(diǎn) 直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng),直流回路呈現(xiàn)低阻抗； 輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同； 阻感負(fù)載時(shí)需提供無(wú)功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。5.2.1 單相電壓型逆變電路1半橋逆變電路（1）工作原理多媒體舉例講解 V1和V2柵極信號(hào)

47、在一周期內(nèi)各半周正偏、半周反偏，兩者互補(bǔ)，輸出電壓uo為矩形波，幅值為Um=Ud/2。 V1或V2通時(shí)，io和uo同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量；VD1或VD2通時(shí)，io和uo反向，電感中貯能向直流側(cè)反饋。VD1、VD2稱(chēng)為反饋二極管,它又起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，又稱(chēng)續(xù)流二極管。（2）優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，使用器件少。（3）缺點(diǎn)：輸出交流電壓幅值為Ud/2，且直流側(cè)需兩電容器串聯(lián)，要控制兩者電壓均衡。（4）應(yīng)用： 用于幾kW以下的小功率逆變電源； 單相全橋、三相橋式都可看成若干個(gè)半橋逆變電路的組合。2全橋逆變電路（1）工作原理 共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路組合而成，兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180； 輸出電

48、壓和電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍； 改變輸出交流電壓的有效值只能通過(guò)改變直流電壓Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)； 阻感負(fù)載時(shí)，還可采用移相得方式來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓移相調(diào)壓。 V3的基極信號(hào)比V1落后（0180），V3、V4的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移180，輸出電壓是正負(fù)各為的脈沖，改變q就可調(diào)節(jié)輸出電壓。5.2.2 三相電壓型逆變電路工作原理和特點(diǎn)： 基本工作方式：180導(dǎo)電方式 每橋臂導(dǎo)電180，同一相上下兩臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度差120； 任一瞬間有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通； 每次換流都是在同一相上下兩臂之間進(jìn)行，也稱(chēng)為縱向換流。作業(yè)和思考題：P149 習(xí)題4教學(xué)反思：45電力電子技術(shù) 課程教案

49、第13講課程類(lèi)別理論課 實(shí)訓(xùn)課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 其他課時(shí)安排2授課題目5.1 基本斬波電路教學(xué)目的、要求1 熟悉直流斬波電路的基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)；2 掌握降壓式和升壓直流斬波電路的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和波形；3 掌握降壓和升壓式直流斬波電路的輸入和輸出之間的關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理、輸入輸出關(guān)系、電路解析方法和工作特點(diǎn)；難點(diǎn)：直流斬波電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、輸入和輸出之間的關(guān)系分析。教 學(xué) 過(guò) 程方法及手段導(dǎo)入：復(fù)習(xí)回顧。新授：3.1.1 降壓斬波電路（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作原理 t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線(xiàn)上升

50、； t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線(xiàn)下降； 通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。（3）數(shù)量關(guān)系 電流連續(xù) 負(fù)載電壓平均值： 負(fù)載電流平均值：多媒體舉例講解（4）斬波電路三種控制方式 T不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制（PWM）。 ton不變，變T 頻率調(diào)制。 ton和T都可調(diào)，改變占空比混合型。3.1.2 升壓斬波電路（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作原理 假設(shè)L和C值很大； V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定； V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。（3）數(shù)量關(guān)系輸出電流的平均值Io為： 3.1.3 升降壓斬波電路（1）電路結(jié)構(gòu)（2）基本工作原理 V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電； V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱(chēng)作反極性斬波電路。（3）數(shù)量關(guān)系輸出電流：3.1.3 Cuk斬波電路（1）工作原理 V通時(shí)，EL1V回路和RL2CV回路有電流； V斷時(shí)，EL1CVD回路和RL2VD回路有電流； 輸出電壓的極性與電源電壓極性相反； 電路相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換。（2）數(shù)量關(guān)系作業(yè)和思考題： P111習(xí)題2