電力電子技術(shù)教學(xué)大綱

泰州學(xué)院

教案

2023?2023學(xué)年第二學(xué)期

Q學(xué)院（系、部）_______________________________

教研室（試驗(yàn)室）電氣工程教研室

課程名稱電力電子技術(shù)

授課班級(jí)_______________________________

主講教師_______________________________

職稱_______________________________

使用教材《電力電子技術(shù)》王兆安主編

OXXXXXXX

二。一七年一月

電力電子技術(shù)課程教案

第1講

課程類別理論則實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題課口其他口2

女外

講課題目

1緒論

教學(xué)目的、規(guī)定

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.理解電力電子技術(shù)的發(fā)展史；

3.理解電力電子技術(shù)口勺應(yīng)用、電力電子技術(shù)的發(fā)展前景；

4.理解本教材的內(nèi)容。

教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)

重點(diǎn)：電力電子器件的分類，電能的4種變換形式。

難點(diǎn)：無(wú)

措施及手

教學(xué)過程

段

導(dǎo)入：電力電子技術(shù)的應(yīng)用案例。多媒體

新授：

1基本概念

1.1什么是電力電子技術(shù)

舉例講解

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1技術(shù)目前電力電子器

件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”可大到數(shù)百

MW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J關(guān)鍵，理論基礎(chǔ)是電路理論。

電力變換四大類：交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流

1.3與有關(guān)學(xué)科的關(guān)系

>電力電子學(xué)（PowerEleclronics）名稱60年代出現(xiàn)；

>1974年，美國(guó)B勺WNewcll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；

>器件的材料、工藝基本相似，采用微電子技術(shù)：

>應(yīng)用的理論基礎(chǔ)、分析措施、分析軟件也基本相似；

>信息電子電路H勺器件可工作在開關(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)功賠償、電力機(jī)

車牽引、交直流電力傳、電解、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)歸為電氣工程的一種分支，電力電子技術(shù)是電氣工

程學(xué)科中最為活躍的一種分支。

<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I技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電時(shí)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)是一門嶄新日勺技術(shù)，二十一世紀(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)送：電氣化鐵道、電動(dòng)汽車、航空、航海；

>電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無(wú)功賠償；

>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)：電力電子裝置提供應(yīng)負(fù)載H勺是多種不一樣的電源；

>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，尤其在大型風(fēng)機(jī)、水泵采

用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大啊照明電源等方血。

作業(yè)和思索題:

教學(xué)反思:

電力電子技術(shù)課程教案

第2講

課程類別理論課實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題課口其他口2

N女拜

講課題目

2.1電力電子器件概述

2.2不控型器件一電力二極管

教學(xué)目的、規(guī)定

1.掌握電力電子器件的概念和特性；

2.熟悉應(yīng)用電力電子器件日勺系統(tǒng)構(gòu)成；

3.理解電力電子器件的分類；

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、重要參數(shù)以及選擇和使用中應(yīng)注意的某些問題。

難點(diǎn)：基本特性及電力電子器件的1兩個(gè)基本規(guī)定。

措施及手

教學(xué)過程

段

導(dǎo)入：

復(fù)習(xí)回憶。

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性

>主電路(MainPowerCircuit)——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(PowerElectronicDevice)-----可直接用于處理電能日勺主電路

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。

>兩類中，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，真空管僅在頻率很高(如微波)口勺大功率

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(MercuryArc

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指電力半導(dǎo)體器件。

>電力半導(dǎo)體器件所采用H勺重要材料仍然是硅。

>同處理信息的電子器件相比，電力電子器件H勺一般特性：

1)處理電功率日勺能力小至亳瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)；

2)電力電子器件一般都工作在開關(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)不僅在器件封裝二講究散熱設(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)構(gòu)成

電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為關(guān)鍵的主電路構(gòu)成。

A按照器件可以被控制電路信號(hào)所控制日勺程度，分為如下三類：

A半控型器件：通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷，如晶閘管；

A全控型器件；通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其美斷，又稱自關(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以及門極可關(guān)斷晶閘管GTO；

A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：

A電流驅(qū)動(dòng)型：通過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)型：僅通過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)電的狀況分為三類：

》單極型器件：山一種載流于參與導(dǎo)電的器件；

A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不可控器件一電力二極管

1.2.1PN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@?重要特性。

導(dǎo)致電力二極管和信息電子電路中的一般二極管區(qū)別的某些原因：

A正向?qū)〞r(shí)要流過很大日勺電流；

A引線和焊接電阻的壓降等均有明顯的影響；

?承受的J電流變化率d〃dz較大；

A為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也導(dǎo)致正向壓降較大。

1.2.2電力二極管H勺基木特性

（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（門檻電壓So），正向電流才開始明顯

增長(zhǎng)，處在穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流丘對(duì)應(yīng)的J電力二極管兩端日勺電壓3即為其正向電

壓降。當(dāng)電力一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II勺反向漏電流。

（2）動(dòng)態(tài)特性：因結(jié)電容日勺存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一種過渡過程，此過程

中的電壓一電流特性是隨時(shí)間變化口勺。

（3）開關(guān)特性：反應(yīng)通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程。

電力二極管口勺正向壓降先出現(xiàn)一種過沖UFP，通過一段時(shí)間才趨于靠近穩(wěn)態(tài)壓降的

某個(gè)值（如2V）o這一動(dòng)態(tài)過程時(shí)間被稱為正向恢復(fù)時(shí)間"尸

1.2.3電力二極管的重要參數(shù)

（1）正向平均電流，F(xiàn)（AV）

在指定的管殼溫度（簡(jiǎn)稱克溫，用化表達(dá)）和散熱條件下，其容許流過日勺最大工

頻正弦半波電流H勺平均值。

（2）正向壓降UF

指電力二極管在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時(shí)對(duì)應(yīng)的正向壓降。

（3）反向反復(fù)峰值電壓URRM

指對(duì)電力二極管所能反復(fù)施加口勺反向最高峰值電壓，一般是其雪崩擊穿電壓UB的

2/3,使用時(shí)，往往按照電路中電力二極管也許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7）M

結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，川7）表達(dá)，最高工作結(jié)溫7加是指在PN結(jié)不致?lián)p壞

的前提下所能承受的最高平均溫度，TKi一般在125-175笛范圍之內(nèi)。

（5）反向恢復(fù)時(shí)間加

5=加+"，關(guān)斷過程中，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/FSM

指電力二極管所能承受最大II勺持續(xù)一種或幾種工頻周期的過電流。

1.2.4電力二極管的重要類型

A—?般二極管（GeneralPurposeDiode）

A快恢復(fù)二極管（FastRecoveryDiode—FRD）

A肖特基二極管

作業(yè)和思索題:

教學(xué)反思:

電力電子技術(shù)課程教案

第3講

課程類別理論課實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題課口其他口2

N女拜

講課題目

2.3半控型器件一品閘管

教學(xué)目的、規(guī)定

1.掌握晶閘管的工作原理、參數(shù)確實(shí)定和型號(hào)的選擇，熟悉其基本特性，理解晶閘管的派生器件；

2.熟悉可關(guān)斷晶閘管（GTO）的構(gòu)造和工作原理，理解有關(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)，品閘管的額定電流計(jì)算，GTO的工作原理；

難點(diǎn)：晶閘管口勺額定電流計(jì)算和型號(hào)選擇，幾種重要參數(shù)日勺理解；

措施及手

教學(xué)過程

段

導(dǎo)入；多媒體、

復(fù)習(xí)回憶：舉例

I.二極管的導(dǎo)通原理是什么？錄像

2.功率二極管的額定電流怎樣計(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半控型器件一晶閘管

晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管,又稱可控硅整流器（SiliconControlled

Rectifier——SCR）,1956年美國(guó)貝爾試驗(yàn)室（BellLab）發(fā)明了晶閘管，1957年美國(guó)通

用電氣企業(yè)（GE）開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品，1958年商業(yè)化，開辟了電力電子技術(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，在大容量口勺場(chǎng)所具有重要地位。

晶閘管的構(gòu)造與工作原理

下外形有螺栓型和平板型兩種封裝，

》引出陽(yáng)極A、陰極K和門極（控制端）G三個(gè)聯(lián)接端，

＞對(duì)于螺栓型封裝，一般螺栓是其陽(yáng)極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝以便，平板型

封裝的晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。

M)b)c)

工作原理：

Ici=aiIA+ICBOI:Iu2=a2k+ICBO2：

IK=IA+IG：IA=ICI+IC2O

a）b）

＞式中和分別是晶體管V|和V2/、J共基極電流增益；，CBO1和，CBO2分別是V］和V?

口勺共基極漏電流”由以上式（1-1）-（1-4）可得

I_%,G+/CBO1+‘CBO2

41一（q+%）

》晶體管H勺特性是: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)：50,0+痣很小，流過晶閘管的漏電流稍不小于兩個(gè)晶體管漏電流

之和。

A開通（門極觸發(fā)）：注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致內(nèi)+⑦趨近于1

n勺話，流過晶閘管口勺電流〃（陽(yáng)極電流）將趨近丁?無(wú)窮大，實(shí)現(xiàn)飽和導(dǎo)通。人實(shí)際由外

電路決定。

其他幾種也許導(dǎo)通的狀況：

A陽(yáng)極電壓升高至相稱高口勺數(shù)值導(dǎo)致雪崩效應(yīng)；

A陽(yáng)極電壓上升率d〃處過高；

A結(jié)溫較高；

A光直接照射硅片，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，其他都因不易控制而難以應(yīng)用于實(shí)踐，稱為光控晶

閘管（LighlTriggeredThyristorLTT）

下只有門極觸發(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)：

A承受反向電壓時(shí)，不管門極與否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通；

A承受正向電壓時(shí)，僅在門極有觸發(fā)電流日勺狀況下晶閘管才能開通；

A晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。

要使要閘管關(guān)斷，只能使晶閘管H勺電流降到靠近于零H勺某?數(shù)值如下。

晶閘管的基本特性

（1）正向特性

/G=0時(shí)，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)；正

向電壓超過正向轉(zhuǎn)折電壓Ug,則漏電流急劇增大，器件開通；伴隨門極電流幅值的增

大，正向轉(zhuǎn)折電壓減少。

（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；當(dāng)反向電壓到達(dá)反向擊穿電壓后，

也許導(dǎo)致晶閘管發(fā)熱損壞。

晶閘管的重要參數(shù)

1）斷態(tài)反復(fù)峰值電壓UDRM

在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，容許反復(fù)加在器件I：日勺正向峰值電壓。

2）反向反復(fù)峰值電壓URRM

在門極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，容許反復(fù)加在器件上U勺反向峰值電壓。

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。

A一般取晶閘管『'JUDRM和URRM中較小H勺標(biāo)值作為該器件日勺額定電壓；

A選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2?3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II：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，一般h約為IH"勺2?4倍。

6）浪涌電流ITSM：指由「電路異常狀況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫H勺不反復(fù)性最

大正向過載電流。

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)平均電流所導(dǎo)致的發(fā)熱效應(yīng)相等，即有效值相等的原

則來(lái)選用晶閘管。應(yīng)留一定的裕量，一般取1.5?2倍。

作業(yè)和思索題：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

課時(shí)

課程類別理論課N實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題課口其他口2

安排

講課題目

2.4經(jīng)典全控型器件

教學(xué)目的、規(guī)定

1.熟悉可關(guān)斷晶閘管（GTO）的構(gòu)造和工作原理，理解有關(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J構(gòu)造和工作原理。

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）的構(gòu)造及其工作原理；

難點(diǎn)：上述多種器件的導(dǎo)通和關(guān)斷過程分析。

措施及手

教學(xué)過程

段

導(dǎo)入：多媒體

復(fù)習(xí)回憶：

1.晶閘管的額定電流怎樣計(jì)算？2.晶閘管的重要參數(shù)有哪些？3、與一般晶閘管

相比較，對(duì)GTO日勺構(gòu)造、工作原理進(jìn)行比較分析。

新授：舉例講解

1.4經(jīng)典全控型器件

門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）在20世紀(jì)80年代問世，是晶閘管的一種派生器件，標(biāo)

志電力電子技術(shù)進(jìn)入了一種嶄新時(shí)代，經(jīng)典代表包括門極可關(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。

門極可關(guān)斷晶閘管

（1）重要特點(diǎn)：

A可以通過在門極施加負(fù)口勺脈沖電流使其關(guān)斷

AGTO的電壓、電流容量較大。

（2）構(gòu)造：（與一般晶閘管相比）

》相似點(diǎn)：PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)造，外部引出陽(yáng)極、陰極和門極。

?不一樣點(diǎn)：GTO是一種多元的J功率集成器件。

（3）工作原理：一般晶閘管同樣，可以用圖所示的雙晶體管模型來(lái)分析。

電力晶體管

A電力晶體管（GiantTransistor—GTR,直譯為巨型晶體管）；

A耐高電壓、大電流H勺雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor----BJT）,英

文有時(shí)候也稱為PowerBJTo

A應(yīng)用：20世紀(jì)80年代以來(lái)，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶間管，但目前又大多被IGBT

和電力MOSFET取代。

1.GTRI向構(gòu)造和工作原理

(1)靜態(tài)特性

A共發(fā)射極接法時(shí)的經(jīng)典輸出特性：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū);

A在電力電子電路中GTR工作在開關(guān)狀態(tài)；

(2)動(dòng)態(tài)特性

A開通過程：延遲時(shí)間la和上升時(shí)間。，兩者之和為開通時(shí)間

?關(guān)斷過程：儲(chǔ)存時(shí)間&和下降時(shí)間tf,兩者之和為關(guān)斷時(shí)間。

GTR的開關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和GTO都短諸多。

(3)參數(shù)

1)最高工作電壓

AGTR上電壓超過規(guī)定值時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿；

?擊穿電壓不僅和晶體管自身特性有關(guān)，還與外電路接法有關(guān)；

xBUcbo>BUcex>BUc?>BUCCr>Blkw。

2)集電極最大耗散功率PcM

A最高工作溫度下容許日勺耗散功率。

》一次擊穿：集電極電壓升高至擊穿電壓時(shí)，k迅速增大，只要Ic不超過程度，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忽然急劇上升，電壓隧然下降，常常立即導(dǎo)致器

件的永久損壞，或者工作特性明顯衰變。

電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管

一般重要指絕緣柵型中歐1Mos型(MelalOxideSemiconductorFET),簡(jiǎn)稱電力

MOSFET(PowerMOSFET)。

構(gòu)造

DD

J

^

J二-

IA

I

-G」-

S

s

道

研p沏

N-

a)b)

截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零；

P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成H勺PN結(jié)L反偏，漏源極之間無(wú)電流流過。

導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS

當(dāng)UGS不小于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)Ji消失，漏極和源極導(dǎo)電。

(2)特性

》漏極電流ID和柵源間電壓UGSH勺關(guān)系稱為MOSFETH勺轉(zhuǎn)移特性。

AID較大時(shí),ID與UGS的關(guān)系近似線性,曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gf3.

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）

（I）構(gòu)造和工作原理

》三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E；

AN溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT：

AIGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強(qiáng)的J通流能力；

A簡(jiǎn)化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET構(gòu)成的達(dá)林頓構(gòu)造，一種由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。

A驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本相似，場(chǎng)控器件通斷由柵射極電壓UGE決定：

導(dǎo)通：UGE不小于啟動(dòng)電壓UGW）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)壓降戒??；

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)和思索題;

教學(xué)反思:

電力電子技術(shù)課程教案

第5講

課程類別理論課實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題課口其他口2

N女拜

講課題目

3.1單相可控整流電路

教學(xué)目的、規(guī)定

1.掌握單相半波可控整流電路的電路構(gòu)造、工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系；

2.掌握不一樣負(fù)載時(shí)，單相橋式全控整流電路的構(gòu)造、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)最關(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。

措施及手

教學(xué)過程

段

導(dǎo)入；多媒體

復(fù)習(xí)回憶：

新授：

2.1單相可控整流電路

單相半波可控整流電路（電阻負(fù)載）

舉例講解

》變壓器T起變換電壓和電氣隔離H勺作用；

A電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相似:

A基本數(shù)量關(guān)系：

Ud=—jV2f/2sin(otd(cot)=-(1+cosa)=0.45U2

VTH勺移相范圍為180。，通過控制觸發(fā)脈沖歐I相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式

稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。

觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用a

表達(dá)，也稱觸發(fā)角或控制角。

導(dǎo)通角：晶閘管在一種電源周期中處在通態(tài)H勺電角度，用。表達(dá)。

2.1.2單相半波可控整流電路（阻感負(fù)載）

（1）特點(diǎn):

A電感對(duì)電流變化有抗拒作用.使得流過電感的電流不發(fā)生突變：

AVT的移相范圍為180。；

A簡(jiǎn)樸，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，導(dǎo)致變壓器鐵芯直流

磁化。

（2）討論負(fù)載阻抗角0、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角。的關(guān)系。

?當(dāng)9過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零，VT承受反壓關(guān)斷；

AL儲(chǔ)存日勺能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程?般稱為續(xù)流，數(shù)量

關(guān)系（id近似恒為h）：

7F4-6Z

IdVDR

2兀

2.1.3單相橋式全控整流電路

1.帶電阻負(fù)載的工作狀況

b)

M'W0

C)_

04

III⑼

d)

(1)工作原理及波形分析

AVT1和VT4構(gòu)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

過零時(shí)關(guān)斷。

AVT2和VT3構(gòu)成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓川2,得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，

當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。

(2)數(shù)量關(guān)系

2y[2U1+cosa

(21+costz

Ua=—^\[2U2sinotd(cot)=0.9U,

式22

>a的移相范圍為180。。

A向負(fù)載輸出的平均電流值為:

U2Cu>1+costzU、1+coscr

，d=d

--------=------------------二-------------------------0.9—------------------

R7rR2R2

A流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的二分之一，即:

U21+COS6Z

—/=0.45

dVT2dR2

A流過晶閘管的電流有效值:

技A.、2々、U、7i-a

-------^smw)-d(m)=1—sin2a-+

R叵R7171

A變壓器二次測(cè)電流有效值L與輸出直流電流I有效值相等:

2.帶阻感負(fù)載的I工作狀況

（I）工作原理及波形分析

A假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id^l平均值不變；

》假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id持續(xù)且波形近似為一水平線；

UA=—j^°\/2U2sincoid（（ot）=^^-U2cosa=0.9U2cosa

（2）數(shù)量關(guān)系

A晶閘管移相范圍為90。。

A晶閘管導(dǎo)通用。與a無(wú)關(guān)，均為180。。電流的平均值和有效值:

=0.707/

9d

作業(yè)和思索題：P97習(xí)題1、3

教學(xué)反思:

電力電子技術(shù)課程教案

第6講

課時(shí)

課程類別理論課N實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題深口其他口2

安排

講課題目

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、規(guī)定

1.掌握三相半波可控整流電路的電路構(gòu)造、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、臨界持續(xù)點(diǎn)等概念。

措施及手

教學(xué)過程

段

導(dǎo)入：多媒體

復(fù)習(xí)回憶：

新授：

2.2三相可控整流電路

舉例講解

A交流測(cè)由三相電源供電。

A負(fù)載容量較大，或規(guī)定直流電壓脈動(dòng)較小、輕易濾波“

A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。

T

叫

叫

三相半控整流電路

1.電阻性負(fù)載

（1）電路特點(diǎn)

A變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形防止3次諧波流入電網(wǎng)。

A三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電以3其陰極埼二接在一一起一共陰極接法。

（2）自然換相點(diǎn)

二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各在1晶閘管能蒯!發(fā)導(dǎo)追卅、J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。=0。。

(3)整流電壓平均值口勺計(jì)算

AaW30。時(shí)，負(fù)載電流持續(xù)，有:

13疾

Ud=互叵U、sincjt)td(cot)='、U、cosa=1.17U,cosa

2%

3

》〃>30。時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有:

3叵v2TC

U.=1一■V2/7,sin①id(①I)------(7JI+cos(—Fa)=0.6751+cos6+a)

女J丁2萬(wàn)66

3

(4)負(fù)載電流平均值為

(5)晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即

r

%=V2XCU?=V6C2=2.45心

(6)晶閘管陽(yáng)極與陰極間FI勺最大正向電壓等于變壓器二次相電壓R勺峰值，即

=J2U2

2.電阻性負(fù)載

%町

d

R

（1）特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。

A4W30。時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相似。

A>30。時(shí)（如〃=60。時(shí)時(shí)波形如圖2-16所示）。

下〃2過零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT21內(nèi)脈沖到來(lái)，才換流，——〃d波形中出現(xiàn)負(fù)的

部分。

Aid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。

A阻感負(fù)載時(shí)時(shí)移相范圍為90。。

（2）數(shù)量關(guān)系

4=4。=1.17力

A變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為

G嘖「0577￡

A晶閘管的I額定電流為

’VT（AV）=]—0.368/d

A?/

A晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值

UFM=URM=2.45%

作業(yè)和思索題：P97習(xí)題7

教學(xué)反思:

電力電子技術(shù)課程教案

第7講

課時(shí)

課程類別理論課N實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題涕口其他口

安排

講課題目

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、規(guī)定

1.掌握三相橋式全控整流電路的電路構(gòu)造、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、臨界持續(xù)點(diǎn)等概念。

教學(xué)過程

導(dǎo)入：多媒體

復(fù)習(xí)回憶：

新授：

2.2.2三相全控整流電路

三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路。舉例講解

ft

2砸

i.帶電阻負(fù)載時(shí)的工作狀況

A當(dāng)aW60。時(shí)，ud波形均持續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀同樣，也持續(xù)。

a=0°：

也

81

st

(Ot

A當(dāng)a>60。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:

a=90°：

帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角R勺移相范圍是120°

對(duì)觸發(fā)脈沖的規(guī)定：

/

>?VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT60'J次序，相位依次差6()。；

A共陰極組VT|、VT3、VT5的脈沖依次差120。，共陽(yáng)極組VTj、VTs、VT?也依次差

120°；同一相的上下兩個(gè)橋臂,即V，與VT4,VT3與VT6,VTs與VTz，脈沖相差180。；

Aud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都同樣，故該電路為6脈波整流電路；

A需保證同步導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖。

2.阻感負(fù)載時(shí)的|工作狀況

(1)aW60。時(shí)

波形持續(xù)，工作狀況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。各晶閘管的通斷狀況、輸出

整流電壓〃d波形、晶閘管承受的電壓波形。

A區(qū)別在于：得到口勺負(fù)載電流id波形不一樣。當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，汨的波形可

近似為一條水平線。

(2)a>60。時(shí)

A阻感負(fù)載時(shí)的工作狀況與電阻負(fù)載時(shí)不一樣；

A電阻負(fù)載時(shí)，〃d波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分；

A阻感負(fù)載時(shí)，“d波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分；

A帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路日勺a角移相范圍為90。。

。=90°

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~0r^<XM—XM—XM—XM—xMt

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義/T\\/\

定量分析：

?當(dāng)整流輸出電壓持續(xù)時(shí)(即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載aW60。時(shí))的平均值為:

V6C72sincotd{cot)=2.34C/2cosez

A帶電阻負(fù)載且〃>60。時(shí)，整流電壓平均值為:

sin(Dtd{cut)=2.34^721+cos(----ba)

輸出電流平均值為：3U/R

A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:

人二七11(,,丁2+("、2^[2

作業(yè)和思索題：P97習(xí)題7、13

教學(xué)反思：

電力電子技術(shù)課程教案

第8講

課

時(shí)

課程類別理論課刊實(shí)訓(xùn)課口試驗(yàn)課口習(xí)題課口其他口2

安

排

講課題目

3.3變壓器漏感對(duì)整流電路R勺影響

教學(xué)目的、規(guī)定

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)：換相過程中口勺換相重疊角概念、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11勺產(chǎn)生，換相期間整流電壓、換相壓降和重疊角的計(jì)算。

措

施

及

教學(xué)過程

手

段

多

導(dǎo)入：

媒

復(fù)習(xí)回憶。

體

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)電感口勺影響，該漏感可用一種集中的電感￡B表達(dá)，現(xiàn)以

三相半波為例，然后將其結(jié)論推廣。

舉

例

講

解

(1)VT1換相至VT21內(nèi)過程：

因a、b兩相均有漏感，故由、小均不能突變。于是VT1和VT2同步導(dǎo)通，相稱于將a、b兩相

短路，在兩相構(gòu)成㈣可路中產(chǎn)生環(huán)流水；永=也是逐漸增大時(shí)而ia=/d-/k是逐漸減小丹當(dāng)水增大

到等于/d時(shí)，h=0,VT1關(guān)斷，換流過程結(jié)束。

(2)換相重疊角——換相過程持續(xù)的時(shí)間，用電角度7'表達(dá)。

?換相過程中，整流電壓⑷為同步導(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:

「dz『dzu..+u.

=u+Lr>k—=w_Lnk—=--------

d°B”卜hf由2

A換相壓降一與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，〃d平均值減少的多少。

?a+y+—(J/

△4=擊匚不防-〃m(血)=5/