电力电子学学习心得

这学期经过十几周的学习，与本科时期掌握的电力电子技术的知识相比，我对电力电子学有了更加深入的、详细的了解。 采用半导体电力开关器件构成各种开关电路，按一定的规律，周期性地，实时、适式的控制开关器件的通、断状态，可以实现电子开关型电力变化和控制。这种电力电子变换和控制，被称为电力电子学或电力电子技术。

在第一章电力电子变化和控制技术导论的学习中，我了解了电力电子学科的形成、四类基本的开关型电力电子变换电路、两种基本的控制方式（相控和脉冲宽度调制控制）、两类应用领域（电力变换电源和电力补偿控制），以及电力电子变换器的基本特性。经过这一章的学习，我对电力电子变换和控制技术有了一个全貌的认识。接下来的一章里学习了各类半导体电力开关器件的基本工作原理和静态特性。然后又学习了直流-直流（DC/DC），直流-交流（DC/AC），交流-直流（AC/DC），交流-交流（AC/AC）四类电力电子变换的工作原理和特性以及电力电子变换器中的辅助元器件和系统，还分析了开关器件的开通关断过程和各种缓冲器，以及电力电子变换电路的两类典型应用：多级开关电路组合型交流、直流电源和电力电子开关型电力补偿、控制器等。

在这学期的学习中，我们在老师的指导下还尝试了多种新的学习方法，例如分组学习并做PPT重点总结、自主学习后课堂讲解等，这些方法都大大的调动了我们课下学习的积极性，课前的预习也使我们上课时能更好的理解以及吸收学科知识。

感谢韩老师一学期的谆谆教诲，悉心指导，不仅使我们熟悉掌握了专业知识，也教会了我们在学习中应有的学习态度。

 

第二篇：电力电子总结

电力电子技术 第五版 王兆安 机械工业 2010-10-3

第一章 绪论（有第四版的电子书）

1 什么是电力电子技术：电力电子技术包括信息电子（模拟，放大状态，数字电路）技术和电力电子技术（电网电能电力，开关通断状态）。电力电子技术就是研究电力电子器件的性能，选用完成特定的电力电能的转换后来获得所需要的电力电能。一般我们从电网中获取的都是比较粗糙的电能，在各种精确和特定功能电路中不能满足要求，因此我们必须的进行变换（整流，逆变，斩波，交流电力控制）。电力电子技术包括电子学（电路和器件），电力学（静止和旋转电机），控制理论（如何实现控制）。电力电子技术可以看成是弱电对于强电的控制，其中控制理论就是纽带。

2 电力电子技术的发展

1947出现晶体管，1957出现了晶闸管，晶闸管属于半控型器件主要控制方式是改变导通的相位角，因此属于相控方式。七十年代后出现了可以关断的GTO，ＧＴＲ，MOSFET等全控型器件的出现，较相位控制后出现了斩控方式，主要是脉宽调制方式PWM，通过调制这种波形与载波的锯齿波来控制器件的通断，来形成所需要的电源波形，八十年代后IGBT的发展等复合型器件异军突起，以后的隔离，控制检测保护，电路的集成化

3 电力电子技术的应用

在各类电机的控制和调速系统，电力系统变电，无功补偿和抑制谐

波，电子装置，家用电器的电源部分

4 教材的简介和使用说明

第一部分：电力电子器件 2,9 基础 了解期间的结构原理参数应用特性，应该以电力二极管，晶闸管，电力MOSFET，IGBT应用较为广泛的为重点。第九章是器件的共同问题包括驱动控制保护以及增容的串并联。

第二部分：各种基本的电力电子电路3 4 5 6 主体 包括四种交直流间的变化。把握各种电路的共性和个性分析，注意电路的分析能力和方法的形成

第三部分：PWM的技术和软开关技术 7 8 这是精华

第四部分：电力电子的应用

还有基础实验部分

第二章 电力电子器件

2.1 电力电子器件的概述

1 主电路：直接承担电能变换任务的的电路电力电子器件可以直接用于主电路实现变换的器件。一般电力电子器件具有如下特点：承受电流电压能力，处理的功率大，本身的损耗，在实际应用中往往需要信息电子电路来控制即所谓的驱动电路

2 应用电力电子系统的组成

组成：主要是有控制电路，驱动电路，检测电路，主电路。一般的

驱动电路和检测电路要和主电路强电部分采用光和磁进行电气隔离，还要注意电力电子器件一般比较昂贵耐压耐流能力稍微差一点，在主电路和控制电路中加一些保护电路

3 分类

（１）控制信号所控制的程度：不可控（电力二极管），半控型器件（只开通晶闸管），全控型器件（可以开通和关断ＧＴＯ，ＧＴＲ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ）

（２）驱动电路加在公共端和控制端的信号的性质：电流型（从控制端注入或者抽出电流来实现导通），电压型（来形成电压场效应） （３）信号的有效波形：脉冲型（使用脉冲使其开，关，不需要维持），电平型（持续维持导通，场效应）

（４）内部载流子的情况：单极性（有一种载流子，ＭＯＳＦＥＴ，肖特基二极管），双极性（有两种载流子，ＧＴＯ，ＧＴＲ，晶闸管，电力二极管），复合型：由单极性和双极性复合而成的ＩＧＢＴ，ＭＣＴ

总结：单极性和复合型的都是电压驱动型器件，都含有ＭＯＳＦＥＴ都是场效应驱动，且都是要电平型来维持场的存在，而电压型的特点就是输入阻抗大，驱动功率小，ＩＧＢＴ需要小于２０Ｖ驱动电路简单，开关频率高。

双极性的都是电流型器件，需要注入和抽出电流来开通和关断，有电平型的ＧＴＲ，和脉冲型的晶闸管和ＧＴＯ，电流型的由于具有电导调制效应（多子浓度增加，电阻率下降，电导率上升），具有通

态压降低和损耗小，工作频率低，驱动功率大和电路复杂

２．２ 不可控器件―――电力二极管

１ 原理：也称为导体整流器件，原理是ＰＮ节的单相导电性，容量大是由于采用了垂直导电结构，阴阳极是ＡＫ极

２ 特性;(1)静态特性：伏安特性，有门槛电压

（１） 动态特性：

3 主要参数：正向平均电流和正向压降，最高阶温度，回复时间，浪涌电流。正向平均电压是指最大工频正弦半波电流平均值，与有效值=1.57正向平均电压

4 主要类型：普通二极管（多用于频率不高于1KHZ，但电压达千安和千伏），快速反应二极管，肖特基二极管（反应快速，频率高，但是耐压低使用与200V以下，温度敏感限温工作）

2.3 半控型器件---晶闸管

１ 原理：采用PNPN四层结构，相当于PNP和NPN的两个器件门极触发导通 A 阳K阴 G控

２ 特性;(1)静态特性：当晶闸管承受反电压时，无论是否有触发都不导通，当在承受正向电压时，仅在门极触发时导通，导通后门极失去作用，都保持导通，仅在 晶闸管电流接近于零时才关断 （２） 动态特性：开通过程，关断过程

3 主要参数：电压额定通态峰值电压：是由断态和反向峰值电压中较小的一个决定，选用时留有2-3的裕量 电流额定：通态平均电流：的1.57倍等于有效值，一般是1.5—2的裕量，浪涌电流，作为设计

保护的参数。

4 派生的主要器件主要类型：快速晶闸管（速度高，电压电流不易做的太高）双向晶闸管 光控晶闸管 电气隔离好，减少电磁干扰

2.5 典型全控器件

GTO 门极可关断器件

1原理：由许多小GTO组成便于关断而设计的。导通时与普通晶闸管差不多。只不过饱和程度低，加入负脉冲后抽出门极电流。器件退出饱和

２ 特性;(1)静态特性：动态特性：

3 主要参数：最大可关断阳极电流

4 主要类型：现在很少使用，被MOSFET和IGBT替代

GTR 巨型晶体管BJT双极性晶体管 电力晶体管 都是等效的

１ 原理：与普通的双极性晶体管一样的达林顿管，巨型说明耐高压，电流大，开关特性好

２ 特性;(1)静态特性：伏安特性，有门槛电压

（３） 动态特性：

3 主要参数：

4 主要类型：很少使用

电力场效应管 电力MOSFET

利用栅极电压来控制漏极电流，显著的特点就是驱动电路简单，驱动功率小，开关速度快，工频高，耐热性好，不足的是耐电压电流小。一般在10KW，和1000V以下

参数：漏极电压是额定电压，漏极电流是额定电流，栅源极电压＜20V 绝缘栅极晶体管 IGBT（由电力MOSFET和GTR）

由于具有双极性两种导电电流型器件的电导效应使得耐压通流能力增强，又具有单极性电压型开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好驱动功率小驱动电路简单，占据中，大型电力电子器件的主导，和MOSFET一样场控器件，在栅发射极之间，加反向和不加电压时关断。

2.5 其它新型电力电子器件

MCT MOSFET control thyristor 的

SIT 和SITH 有待拓展

集成门极换流晶闸管IGCT 前景难以预料

功率集成电路 Power Integrated Circuit PIC将器件与逻辑，控制，保护，传感，检测，驱动，自诊断集成在同一芯片上

第三章 整流电路

整流是将交流电能转化成直流电能供直流设备使用

分类器件组成：不可控，半控，全控 电路结构：桥式和零式

交流相数：单相，三相 变压器二次侧电流方向单双 分为单拍，双 技术限制，未投入实际使用

拍

本章要掌握几种最基本整流电路，研究其基本原理和负载性质影响，器件通断以及波形分析，主要是相控整流

主要原理：通过控制器件的通断把交流电选定在某些时间段开通实现在某一电压方向（正负）的控制，再通过多次控制实现波动小，还可以利用电容来滤波平滑直流电，若阻感负载利用能量不能突变，原方向续流则更好的保证了是脉动较小的直流，从而完成交到直的整流过程

3.1 单相可控整流（电路图，波形，分析参见课本）

单相半波可控整流电路（电阻负载，阻感负载）

单相桥式可控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）可以根据电路设计的任务电压电流，计算选取晶闸管参数

单相全波可控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）

单相桥式半控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）

3.2 三相可控整流电路(同上)

当整流负载容量较大，要求直流脉动较小时，易滤波应采用三相整流 三相半波可控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）

三相桥式全控整流电路（电阻负载，阻感负载，反电动势）线电压的包围圈，移相角的确定

3.3 变压器漏感对整流电路的影响

3.4 电容滤波的不可控整流电路（单相，三相）

3.5 整流电路的谐波和功率因素

3.6 大功率可控整流电路 双反星型和多重化整流

3.7 逆变

3.8 整流电路的相位控制实现

触发器和集成触发器 KJ和KC系列三个KJ004可以形成六路双脉冲，

第四章 逆变电路

逆变电路是指把直流电通过变流变化，使其在负载中电压电流的流向发生改变，或是阻感负载的续流能力使其电流电压接近交流正余弦电（并非都是标准的正余弦，有可能是正负矩形波），交流形式

交流侧接有电源的称为有源逆变，交流侧接负载时无源逆变。

4.1换流：电流从一个支路像另一个支路转移的过程，有的支路接通，有的支路断开，这样就可以实现电流电压的换向。换流的方式有：器件换流（采用全控型自关断器件），电网换流（由电网提供换流电压，把负电压加在欲关断的晶闸管），负载换流（有负载的电压与电流不一致，容性负载，） ，强迫换流（给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或电流）

4.2 电压型逆变电路

直流侧是电压源的称为电压型逆变电路。

特点：直流侧为电压源，或者并有电容，直流侧电压基本上无脉动。由于电压源的钳位作用交流侧的电压波形为矩形波，与负载没有关系，而交流侧的电流因为负载的不同而不应是矩形波可能是。电容为交流侧的阻感提供缓冲无功能量通道

单相半桥电压型逆变电路

单相全桥电压型逆变电路

三相电压型逆变电路（可以产生阶梯矩形波更加接近正余弦）

4.3 电流型逆变电路

直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。

特点：直流侧为电流源，或者并有电感，直流侧电流基本上无脉动。由于电流源的钳位，只改变电流流向。交流侧的电流波形为矩形波，与负载没有关系，而交流侧的电压因为负载的不同而不应是矩形波可能是。电感为交流侧的阻感提供缓冲无功能量通道

单相电流型逆变电路 三相电流型逆变电路

4.4 多重逆变电路和多电平逆变电路

电压型逆变电路输出地电压为矩形波，电流型逆变电路输出地电流为矩形波。矩形波中含有较多的谐波对负载产生不利的影响，可以利用多重逆变电路吧几个矩形波组合起来使之更加的接近正弦波，也可以改变电路结构多电平逆变电路，使之可以输出较多的电平。

PWM调制技术的逆变更加的优越

第五章 直流---直流 变流电路 斩波电路

是将直流电变成另一个固定电压和可调电压的直流电

5.1 基本斩波电路

（1）降压斩波电路：通过控制通断来调节占空比是的一个周期内的平均电压，占空比在0—1之间所以降压，电感续流 buck

（2）升压斩波电路：通过电容稳压与电源同等，电感充电，关断后电感放电，电容继续。电感储能转移实现平均电压增加。Boost

（3）升降压斩波电路：也是通过电感和电容的储能和续流，改变电路的形式使其平均电压既可以升高和降低，由占空比决定，0—0.5时降压，0.5—1时升压

（4）Cuk斩波电路优点：输入电源的电流和输出负载的电流都是连续的脉动较小，有助于对输入，输出进行滤波

和Sepic电源电流连续，负载电流断续，Zeta刚好相反。使用的都是 ，不同形式的升降斩波电路都断续，平均电压公式相同

5.2 复合斩波和多相多重斩波

电流可逆斩波电路：电流不断，正负两个方向，第一，二象限 桥式可逆直流电路：电压两个方向，三四象限

多相多重斩波备用

5.3 带隔离的直流-直流变流电路 直-交-直

采用此种复杂的变换的原因：输入与输出需要隔离，某些应用中需要多路相互隔离的输出，输出电压与输入电压比例远小于或大于1，交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器的滤波电感，电容的体积，产生高于20KHZ听觉极限，减少噪声

（1）正激电路 反激电路 半桥 全桥电路 推挽电路

（2）五种直交直电路优缺点比较，选用参见P136

第六章 交流-交流变流电路

改变频率的电路称为变频电路，只改变电压或者电流，控制点电路通断不改变频率 称为交流电力控制电路，通常把两个晶闸管反向并联合串在电路上的包括交流调压电路，交流调功电路，交流电力电子开关

6.1 交流调压电路

在每个半波周期里通过控制晶闸管的开通相位，可以方便的调节电压的有效值三相交流调压涉及到星型和三角形的接法，单相交流调压电路

6.2 交流调功电路

交流调功电路与交流调压电路完全相同，只是控制方式不同，而是将负载在电路上接通几个周波，在断开几个周波从而达到调节负载所消耗的平均功率

交流电力电子开关：替代机械开关

6.3 交-交变频电路

单相交-交变频的电路：电路有P组和N组反向并联的晶闸管变流电路构成，变流器P和N都是相控整流电路，P组合N组工作室负载的电流方向不同，让P和N按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。

矩阵式变频电路 理论电气性能十分理想，成本高，控制算法还不成熟

第七章 PWM控制技术

PWM控制技术在逆变电路的应用最为广泛，影响极为深刻，PWM技术正是由于逆变电路的应用才会发展的比较成熟，从而确定了其在电力电子技术的地位，近年来PWM技术在整流电路的开始应用，并显示优越性

7.1 PWM控制的基本原理

采样控制理论中：面积等效定理，冲量相等（面积相等）而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节，其效果相同。像这样脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效的PWM波形称为SPWM，就可以得到正弦波。

7.2 PWM逆变电路及其控制方法

1 计算法：根据PWM控制的基本原理，，如果给出了逆变电路的正弦波的输出频率，幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形的各脉冲宽度和时间间隔就可以计算出来，计算很繁琐，以便都变

2 调制法：把希望输出地波形作为调制信号，接受调制的信号作为载波，通过信号波对载波的调制得到所期望的PWM波形

实现方法：把载波Uc和信号波Ur比较在每个相交的时刻控制IGBT的通断

单相桥式逆变电路只是加一个用于比较的调制电路

半波内只有一个方向的称为单极性，半波内既有正负的称为双极性 3 载波比N=fc：fr 同步调制N为常数，在改变载波信号时，信号波保持同步 异步调制 N是变化的

上面的调制方法称为自然采样法，很接近正弦波，但需要求解超越方程，微机控制需要大量的计算时间

4 规则采样法：在三角波的两个正峰值之间，中线与实际波的交点。 5 空间矢量PWM控制三相开关三个八个状态，六个60°导通状态，另外的111,000位零工作状态这种逆变器称为6拍逆变器。采用SVPWM控制可以是交流电动机的磁通尽量接近圆形需要的电压矢量不是六个基本矢量时，用u1，u2的线性组合来实现，若U1，u2时间作用之和小于周期T，不足的时间用零矢量补齐。

6 PWM逆变电路的多重化，可以减少谐波

7.3 PWM跟踪技术

把希望输出地信号作为指令信号，实际输出的作为电压电流作为反馈信号，两者瞬时电路的比值决定期间的通断。滞环比较，三角波比较 特点：硬件电路简单，实时控制，电流相应快速。不用载波不含特定的谐波分量属于闭环控制。

7.4 PWM整流电路原理及其控制方法

第八章 软开关技术

通常滤波电感，电容，变压器占据装置的体积和重量的很大比例，提高开关频率可以减小滤波参数，但频率的增加的同时也增加了开关损耗和开关噪声问题，软开关技术就是解决开关损耗和开关噪声的可使开关频率大幅提高。

硬开关：会产生开关噪声，软开关：谐振过程限制开关过程的电压和电流变化率，是的开关噪声显著减小

零电压开关和零电流开关主要是电路中的谐振来实现，开关上并联电容或者是串联电感实现的，

分类：准谐振电路：电路中电压电流波形为正弦半波

零开关PWM电路，引入辅助开关来控制谐振开始的时刻，使谐振仅发生在开关过程前后

零转换PWM电路：控制开关开始时刻，只不过是谐振与开关并联，输入电压和电路的电流对电路的影响很小

第九章 电力电子器件应用的共性问题

9.1 电力电子器件的驱动

1 是主电路和控制电路的之间的接口电路，简单的说就是把控制电路传来的信号按其控制目标和要求转换成电力电子器件控制端和公共端的可以使其开通和关断的信号。电流型驱动和电压型驱动

隔离：光隔离和磁隔离。光耦隔离由发光二极管和光敏晶体组成。有普通，高速，高传输比

一般的电力电子器件都有专门的集成驱动芯片，注意选用即可

9.2 电力电子器件的保护

1 过电压保护 内应和外因过电压

2 过电流保护

缓冲电路抑制过电压和过电流，减小开关损耗

9.3 电力电子器件的串并联

对于大型的电力电子装置，电力电子器件电压或电流不能满足要求时可以将器件串并联。

1 晶闸管 串联考虑加均压电阻R静态均压，RC动态均压

并联也要考虑静态和动态均流，选用一致器件和均流电抗 2 电力MOSFET并联时具有一定的电流自动均衡能力，因而并联比较容易，走线尽量对称，散热一致，为加强动态均流，可以串入均流小电感起均流电抗作用。

3 IGBT同上

第十章 电力电子技术的应用

10.1 晶闸管直流电动机系统

工作整流，有源逆变，可逆拖动系统

10.2 变频器和交流调速系统

交-直-交变频器 变频调速

10.3 不间断电源 UPS uninterrupted power supply

整流，逆变

10.4 开关电源

电子设备中需要多路不同的电压供电

多路输出整流电路，分布式供电系统， 48V 直流母线，其他的各取

所需，还可以有沉于电源 在某个发生故障时启用电路 10.5 功率因素校正

10.6 在电力系统中应用

高压直流输电，无功功率控制，谐波抑制，电能质量控制 10.7 家用

电子整流器

实验

1三相桥式全控整流电路的性能研究

2 直流斩波电路的性能研究

3 单相交流调压电路的性能研究

4 单相交-直-交变频电路的性能研究

5 半桥型开关稳压电源电路的性能研究