绪论

电力电子技术：使用电力电子器件对电能进行转换和控制的技术

电力电子技术和信息电子技术的本质区别：

• 电力电子技术主要用于电能变换

• 信息电子技术用于信息处理

电能的基本变换：

• 交流变直流

• 直流变交流

• 直流变直流

• 交流变电流

• 软开关谐振功率变换技术（常用）

电力电子器件

电力电子器件：直接应用于主电路实现电能的变换或控制的电子器件。

主电路:电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。

• 驱动电路：用于控制功率半导体器件的开关，从而控制电路的电流和电压。

• 缓冲吸收电路：抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗

• 散热：器件工作时会产生热量，有电流流过。

电力电子器件的特征

1. 处理电功率的能力，远大于处理信息的电子器件

2. 一般工作与开关状态

3. 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制

4. 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器

5. 主要用途是高速开关，导通时有明显的管压降，关断时有漏电流。过载能力不强，器件使用的电压和电流须严格限制在给定的范围

器件	优点	缺点
IGBT	开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降低，输入阻抗高，电压驱动功率小	开关速度低于电力MOSFET，电压、电流容量不及GTO
GTR	耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低	开关速度低，电流驱动功率大，存在二次击穿
GTO	电压、电流容量大，适用于大功率，具有电导调制效应，通流能力强	电流关断增益小，关断时门极负脉冲电流大，开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低
电力MOSFET	开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿	电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置

常见小知识点：

1. 晶闸管具有螺栓型和平板型

2. 电压驱动型：在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可以实现导通和关断的控制

3. 脉冲触发型：在控制端施加一个脉冲信号就可以实现器件的开通和关断，并且能维持导通和阻断状态。(SCR)

电平控制型：必须持续施加信号（MOSFET，GTR,IGBT）

4. IGBT三个电极名称：门极(G)、发射极(E)、集电极（S）,和MOSFET一样控制信号都是给到G极

直流-直流

小知识点：

1. 脉冲调制方式：脉冲宽度调制和脉冲频率调制

2. 电感L和电容C组成低通滤波器，其设计原则使us(t) 的直流分量可以通过，而抑制us(t) 的开关频率及其谐波分量通过。

4、为什么当直流变换电路输入输出电压差别很大时，常常采用正激和反激电路，而不用Buck电路或Boost电路?

解:可以利用变压器的变比改变输出电压大小，避免控制过程的占空比过小或过大，提高控制精度,同时有利于减轻输出电路中电力电子器件的耐压要求。

采用变压器隔离型直流变换电路的意义

直流直流动态模型

小信号线性化模型的原理：忽略开关频率分量和开关频率谐波分量及其边频分量，建立占空比、输入电压等的低频扰动对变换器中的电压、电流影响的模型。

开关周期平均算子的物理意义：

调制器模型：

1. PWM调制器：实现控制量到脉冲序列变换的单元。

整流电路

逆变电路：

续流二极管：为交流测向直流侧反馈无功能量提供通道。

图 1 电流型全桥逆变电路

强制换流：负载电流由开关管向桥臂对管反并联二极管转移或者由续流二极管向桥臂对管转移的过程。强制换流改变电路的等效拓扑。

自然换流：电流在开关管及其自身反并联续流二极管之间的相互转移。自然换流不改变电路的等效拓扑

基波峰值：$U_{o1m}=\frac{4U_d}{\pi }$ 基波有效值：$U_{o1}=\frac{U_{o1m}}{\sqrt{2}}$

PWM控制：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。

调制信号：希望输出的波形。

载波：接受调制的信号，通常采用等腰三角形和锯齿波作为载波。

直流电压利用率：定义为输出线电压基波有效值与直流母线电压之比。

提升利用率方法：过调制（方波逆变为上限，同时岂会导致输出电压低次谐波大量出现）、3次谐波注入法、提高输入直流电压、输出端加升压变压器。

自然采样法：按照载波与正弦调制波比较产生SPWM脉冲序列叫做自然采样法，适合于模拟控制。

规则采样法：取载波周期的谷点时刻的调制波瞬时值为整个载波周期内调制波幅值，这样得到的PWM信号的方法叫规则采样法

双极型SPWM特点及问题

直流电压利用率低

解决办法：过调制（方波逆变为上限，同时岂会导致输出电压低次谐波大量出现）、3次谐波注入法、提高输入直流电压、输出端加升压变压器。

桥臂互补工作模式的可靠性问题

解决办法：开关管导通前加入一小段“死区时间”。

双极性SPWM性能优化

合理安排PWM开关角，采用软开关技术。

有源逆变

有源逆变的条件：

• 直流侧必须外接与直流电流同方向（晶闸管导通方向一致）的直流电源E,其数值要大于$U_d$，才能提供逆变能量。

• 晶闸管的控制角$\alpha >\pi /2$，使$U_d$为负值。

• 当存在续流二极管或者为半控制型器件时，不能进行逆变

交流测=》直流侧：$I_d=\frac{U_d-E_M}{R_{\Sigma }}$

直流测=》交流侧：$I_d=\frac{|E_M|-|U_d|}{R_{\Sigma }}$

晶闸管导通电流的有效值:$I_{VT}=\frac{I_d}{\sqrt{3}}$

变压器二次侧线电流有效值：$I_2=\sqrt{2}{I}_{VT}=\sqrt{\frac{2}{3}}{I}_d$

有源逆变和无源逆变：

• 有源逆变：交流测和电网直接相连；

• 无源逆变：交流侧电路直接接到负载。

逆变失败的原因：

谐波和无功：

谐波——频率为基波频率大于1整数倍的分量

功率因数——有功功率和视在功率的比值

反馈逆变：

软开关电路

通常在开关过程前后加入谐振，使开关开通前电压先降到0，关断前电流先降到0，消除开关过程电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗

期末

选择填空：电力电子器件的相关概念，用途、分类……

简答题：

1. PWM的面积等效原理的意义

2. 软开关对电路的作用

3. MOSFET和IGBT各自的特点

4. 使用小信号线性模型去建模boost电路的步骤

5. 开关频率高，有什么好处，缺点

大题：

1. 电压型反馈控制系统的结构图、原理、组成

2. Buck电路简单计算

3. 三相桥式