电力电子关键技术教案.doc

泰州学院
教 案

～第二学期

学院(系、部)

教研室(实验室)
电气工程教研室
课 程 名 称
电力电子技术
授 课 班 级

主 讲 教 师

职 称

使 用 教 材
《电力电子技术》 王兆安主编

xxxxxxx
二○一七年一月 电力电子技术 课程教案
第1讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
1 绪论
教学目、规定
1．掌握电力电子技术基本概念、学科地位、基本内容；
2．理解电力电子技术发展史；
3．理解电力电子技术应用、电力电子技术发展前景；
4．理解本教材内容。
教学重点及难点
重点：电力电子器件分类，电能4种变换形式。
难点：无
教 学 过 程
办法及手段
导入：电力电子技术应用案例。

新授：
1 基本概念
1.1 什么是电力电子技术
电力电子技术：使用电力电子器件对电能进行变换和控制技术当前电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术变换“电力”可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至mW级。
电子技术普通即指信息电子技术，广义而言，也涉及电力电子技术。
1.2 两大分支
（1）电力电子器件制造技术
电力电子技术基本，理论基本是半导体物理。
（2）变流技术（电力电子器件应用技术）
用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统技术。电力电子技术核心，理论基本是电路理论。
电力变换四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流
1.3 与有关学科关系
Ø 电力电子学 (Power Electronics)名称60年代浮现；
Ø 1974年，美国W.Newell用倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受。
（1）与电子学（信息电子学）关系
Ø 都分为器件和应用两大分支；
多媒体

举例解说

Ø 器件材料、工艺基本相似，采用微电子技术；
Ø 应用理论基本、分析办法、分析软件也基本相似；
Ø 信息电子电路器件可工作在开关状态，也可工作在放大状态；电力电子电路器件普通只工作在开关状态；
（2）与电力学（电气工程）关系
Ø 电力电子技术广泛用于电气工程中：高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传、电解、电镀、电加热、高性能交直流电源；
Ø 国内外均把电力电子技术归为电气工程一种分支，电力电子技术是电气工程学科中最为活跃一种分支。
（3）与控制理论（自动化技术）关系
Ø 电力电子技术是弱电控制强电技术，是弱电和强电接口；控制理论是这种接口有力纽带；
Ø 电力电子装置是自动化技术基本元件和重要支撑技术。
（4）地位和将来
电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成为将来科学技术两大支柱。电力电子技术是一门崭新技术，21世纪仍将以迅猛速度发展。
2 电力电子技术发展史
Ø 普通工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业；
Ø 交通运送：电气化铁道、电动汽车、航空、航海；
Ø 电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿；
Ø 电子装置电源：为信息电子装置提供动力；
Ø 家用电器： “节能灯”、变频空调；
Ø 其她：UPS、航天飞行器、新能源、发电装置。
3 电力电子技术应用
Ø 电源技术：电力电子装置提供应负载是各种不同电源；
Ø 节能技术：电力电子技术对节约电能有重要意义，特别在大型风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大照明电源等方面。

作业和思考题：
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第2讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
2.1 电力电子器件概述
2.2 不控型器件—电力二极管
教学目、规定
1.掌握电力电子器件概念和特性；
2.熟悉应用电力电子器件系统构成；
3.理解电力电子器件分类；
4.掌握电力二极管工作特性。
教学重点及难点
重点：器件工作原理、基本特性、重要参数以及选取和使用中应注意某些问题。
难点：基本特性及电力电子器件两个基本规定。
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回顾。
新授：
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件概念和特性
Ø 主电路（Main Power Circuit）——电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务电路。
Ø 电力电子器件（Power Electronic Device）——可直接用于解决电能主电路中，实现电能变换或控制电子器件。
Ø 广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。
Ø 两类中，自20世纪50年代以来，真空管仅在频率很高（如微波）大功率高频电源中还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、闸流管（Thyratron）等电真空器件，成为绝对主力。因而，电力电子器件当前也往往专指电力半导体器件。
Ø 电力半导体器件所采用重要材料依然是硅。
Ø 同解决信息电子器件相比，电力电子器件普通特性：
1）解决电功率能力小至毫瓦级，大至兆瓦级；
2）电力电子器件普通都工作在开关状态；
3）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制；
4）不但在器件封装上讲究散热设计，在其工作时普通都要安装散热器。
1.1.2 应用电力电子器件系统构成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心主电路构成。

·

1.1.3 电力电子器件分类
Ø 按照器件可以被控制电路信号所控制限度，分为如下三类：
Ø 半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，如晶闸管；
Ø 全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件，涉及绝缘栅双极晶体管IGBT、电力场效应晶体管MOSFET以及门极可关断晶闸管GTO；
Ø 不可控器件：不能用控制信号来控制其通断，因而也就不需要驱动电路，如电力二极管。
（2）按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号性质，分为两类：
Ø 电流驱动型：通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断控制；
Ø 电压驱动型：仅通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号就可实现导通或者关断控制。
（3）按照器件内部电子和空穴两种载流子参加导电状况分为三类：
Ø 单极型器件：由一种载流子参加导电器件；
Ø 双极型器件：由电子和空穴两种载流子参加导电器件；
Ø 复合型器件：由单极型器件和双极型器件集成混合而成器件 。
1.2不可控器件—电力二极管
1.2.1 PN结与电力二极管工作原理

PN结单向导电性：二极管基本原理就在于PN结单向导电性这一重要特性。
导致电力二极管和信息电子电路中普通二极管区别某些因素：
Ø 正向导通时要流过很大电流；
Ø 引线和焊接电阻压降等均有明显影响；
Ø 承受电流变化率di/dt较大；
Ø 为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也导致正向压降较大。
1.2.2 电力二极管基本特性

（1）静态特性：伏安特性
当电力二极管承受正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增长，处在稳定导通状态。与正向电流IF相应电力二极管两端电压UF即为其正向电压降。当电力二极管承受反向电压时，只有少子引起微小而数值恒定反向漏电流。
（2）动态特性：因结电容存在，三种状态之间转换必然有一种过渡过程，此过程中电压—电流特性是随时间变化。
（3）开关特性：反映通态和断态之间转换过程。

电力二极管正向压降先浮现一种过冲UFP，通过一段时间才趋于接近稳态压降某个值（如 2V）。这一动态过程时间被称为正向恢复时间tfr。
1.2.3 电力二极管重要参数
（1）正向平均电流IF(AV)
在指定管壳温度（简称壳温，用TC表达）和散热条件下，其容许流过最大工频正弦半波电流平均值。
（2）正向压降UF
指电力二极管在指定温度下，流过某一指定稳态正向电流时相应正向压降。
（3）反向重复峰值电压URRM
指对电力二极管所能重复施加反向最高峰值电压，普通是其雪崩击穿电压UB2/3，使用时，往往按照电路中电力二极管也许承受反向最高峰值电压两倍来选定。
（4）最高工作结温TJM
结温是指管芯PN结平均温度，用TJ表达，最高工作结温TJM是指在PN结不致损坏前提下所能承受最高平均温度，TJM普通在125~175°C范畴之内。
（5）反向恢复时间trr
trr= td+ tf ，关断过程中，电流降到0起到恢复反向阻断能力止时间。
（6）浪涌电流IFSM
指电力二极管所能承受最大持续一种或几种工频周期过电流。
1.2.4 电力二极管重要类型
Ø 普通二极管（General Purpose Diode）
Ø 快恢复二极管（Fast Recovery Diode— FRD）
Ø 肖特基二极管

作业和思考题：
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第3讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
2.3半控型器件—晶闸管
教学目、规定
1.掌握晶闸管工作原理、参数拟定和型号选取，熟悉其基本特性，理解晶闸管派生器件；
2.熟悉可关断晶闸管（GTO）构造和工作原理，理解关于特性和参数。
教学重点及难点
重点：晶闸管额定电流、额定电压参数，晶闸管额定电流计算，GTO工作原理；
难点：晶闸管额定电流计算和型号选取，几种重要参数理解；
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回忆：
1．二极管导通原理是什么？
2．功率二极管额定电流如何计算？
3．功率二极管伏安特性相比较有什么特点？
新授：
1.3 半控型器件—晶闸管
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，又称可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier——SCR），1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）创造了晶闸管，1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸管产品，1958年商业化，开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用崭新时代，20世纪80年代以来，开始被性能更好全控型器件取代，能承受电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量场合具备重要地位。
1.3.1 晶闸管构造与工作原理
Ø 外形有螺栓型和平板型两种封装，
Ø 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端，
Ø 对于螺栓型封装，普通螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装以便，平板型封装晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。

工作原理：
Ic1=a1 IA + ICBO1；Ic2=a2 IK + ICBO2；
IK=IA+IG ；IA=Ic1+Ic2。
多媒体、举例
录像

Ø 式中a1和a2分别是晶体管V1和V2共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2共基极漏电流。由以上式（1-1）~（1-4）可得

Ø 晶体管特性是：在低发射极电流下a 是很小，而当发射极电流建立起来之后，a 迅速增大。
Ø 阻断状态：IG=0，a1+a2很小，流过晶闸管漏电流稍不不大于两个晶体管漏电流之和。
Ø 开通（门极触发）：注入触发电流使晶体管发射极电流增大以致a1+a2趋近于1话，流过晶闸管电流IA（阳极电流）将趋近于无穷大，实现饱和导通。IA实际由外电路决定。
其她几种也许导通状况：
Ø 阳极电压升高至相称高数值导致雪崩效应；
Ø 阳极电压上升率du/dt过高；
Ø 结温较高；
Ø 光直接照射硅片，即光触发。光触发可以保证控制电路与主电路之间良好绝缘而应用于高压电力设备中之外，其他都因不易控制而难以应用于实践，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT）
Ø 只有门极触发（涉及光触发）是最精准、迅速而可靠控制手段。
晶闸管正常工作时特性总结：
Ø 承受反向电压时，无论门极与否有触发电流，晶闸管都不会导通；
Ø 承受正向电压时，仅在门极有触发电流状况下晶闸管才干开通；
Ø 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。
要使晶闸管关断，只能使晶闸管电流降到接近于零某一数值如下。
1.3.2 晶闸管基本特性

（1）正向特性
IG=0时，器件两端施加正向电压，只有很小正向漏电流，为正向阻断状态；正向电压超过正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通；随着门极电流幅值增大，正向转折电压减少。
（2）反向特性。
反向阻断状态时，只有极小反向漏电流流过；当反向电压达到反向击穿电压后，也许导致晶闸管发热损坏。
1.3.3 晶闸管重要参数
1）断态重复峰值电压UDRM
在门极断路而结温为额定值时，容许重复加在器件上正向峰值电压。
2）反向重复峰值电压URRM
在门极断路而结温为额定值时，容许重复加在器件上反向峰值电压。
3）通态（峰值）电压UT
——晶闸管通以某一规定倍数额定通态平均电流时瞬态峰值电压。
Ø 普通取晶闸管UDRM和URRM中较小标值作为该器件额定电压；
Ø 选用时，普通取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。
4） 维持电流 IH ：使晶闸管维持导通所必须最小电流。
5）擎住电流 IL :晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需最小电流。对同一晶闸管来说，普通IL约为IH2~4倍。
6）浪涌电流ITSM：指由于电路异常状况引起并使结温超过额定结温不重复性最大正向过载电流 。
7）通态平均电流 IT(AV)
使用时应按实际电流与通态平均电流所导致发热效应相等 ，即有效值相等原则来选用晶闸管。应留一定裕量，普通取1.5~2倍。

作业和思考题：P42习题4、5
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第4讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
2.4典型全控型器件
教学目、规定
1．熟悉可关断晶闸管（GTO）构造和工作原理，理解关于特性和参数；
2．熟悉电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（P-MOSFET）构造和工作原理。
教学重点及难点
重点：熟悉GTR、P-MOSFET、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）构造及其工作原理；
难点：上述各种器件导通和关断过程分析。

教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回顾：
1．晶闸管额定电流如何计算？2．晶闸管重要参数有哪些？3、与普通晶闸管相比较，对GTO构造、工作原理进行比较分析。

新授：
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管（GTO）在20世纪80年代问世，是晶闸管一种派生器件，标志电力电子技术进入了一种崭新时代，典型代表涉及门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管。
1.4.1 门极可关断晶闸管
（1）重要特点：
Ø 可以通过在门极施加负脉冲电流使其关断
Ø GTO电压、电流容量较大。
（2）构造：（与普通晶闸管相比）
Ø 相似点：PNPN四层半导体构造，外部引出阳极、阴极和门极。
Ø 不同点：GTO是一种多元功率集成器件。
（3）工作原理：普通晶闸管同样，可以用图所示双晶体管模型来分析。
1.4.2 电力晶体管
Ø 电力晶体管（Giant Transistor—GTR，直译为巨型晶体管）；
Ø 耐高电压、大电流双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称为Power BJT。
Ø 应用：20世纪80年代以来，在中、小功率范畴内取代晶闸管，但当前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。

多媒体

举例解说

1．GTR构造和工作原理
（1）静态特性
Ø 共发射极接法时典型输出特性：截止区、放大区和饱和区；
Ø 在电力电子电路中GTR工作在开关状态；

（2）动态特性
Ø 开通过程：延迟时间td和上升时间tr，两者之和为开通时间ton。
Ø 关断过程：储存时间ts和下降时间tf，两者之和为关断时间toff 。
GTR开关时间在几微秒以内，比晶闸管和GTO都短诸多。
（3）参数
1）最高工作电压
Ø GTR上电压超过规定值时会发生击穿；
Ø 击穿电压不但和晶体管自身特性关于，还与外电路接法关于；
Ø BUcbo> BUcex> BUces> BUcer> Buceo。
2）集电极最大耗散功率PcM
Ø 最高工作温度下容许耗散功率。
Ø 一次击穿：集电极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大，只要Ic不超过限度，GTR普通不会损坏，工作特性也不变。
Ø 二次击穿：一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下降，经常及时导致器件永久损坏，或者工作特性明显衰变。
1.4.3 电力场效应晶体管
普通重要指绝缘栅型中MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），简称电力MOSFET（Power MOSFET）。
（1）构造

截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零；
P基区与N漂移区之间形成PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
导电：在栅源极间加正电压UGS
当UGS不不大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。
（2）特性
Ø 漏极电流ID和栅源间电压UGS关系称为MOSFET转移特性。
Ø ID较大时，ID与UGS关系近似线性，曲线斜率定义为跨导Gfs。

1.4.4 绝缘栅双极晶体管（IGBT）
（1）构造和工作原理

Ø 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E；
Ø N沟道VDMOSFET与GTR组合——N沟道IGBT；
Ø IGBT比VDMOSFET多一层P+注入区，具备很强通流能力；
Ø 简化等效电路表白，IGBT是GTR与MOSFET构成达林顿构造，一种由MOSFET驱动厚基区PNP晶体管；
Ø RN为晶体管基区内调制电阻。
Ø 驱动原理与电力MOSFET基本相似，场控器件通断由栅射极电压uGE决定：
导通：uGE不不大于启动电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通；
通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小；
关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内沟道消失，晶体管基极电流被切断，IGBT关断。
（2）基本特性

作业和思考题：
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第5讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
3.1单相可控整流电路
教学目、规定
1．掌握单相半波可控整流电路电路构造、工作原理、波形分析、数量关系；
2．掌握不同负载时，单相桥式全控整流电路构造、工作原理、波形分析和数量关系。
教学重点及难点
重点：1.掌握单相半波可控整流电路工作原理、波形分析和数量关系；
2.掌握单相桥式全控整流电路工作原理、波形分析和数量关系；
难点：1.单相半波可控整流电路工作原理、波形分析。
2.单相桥式全控整流电路工作原理、波形分析。
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回顾：
新授：
2.1 单相可控整流电路
2.1.1 单相半波可控整流电路（电阻负载）

Ø 变压器T起变换电压和电气隔离作用；
Ø 电阻负载特点：电压与电流成正比，两者波形相似；
Ø 基本数量关系：

VT 移相范畴为180°，通过控制触发脉冲相位来控制直流输出电压大小方式称为相位控制方式，简称相控方式。
多媒体

举例解说

触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止电角度，用a表达，也称触发角或控制角。
导通角：晶闸管在一种电源周期中处在通态电角度，用θ表达。
2.1.2 单相半波可控整流电路（阻感负载）

（1）特点：
Ø 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感电流不发生突变；
Ø VT移相范畴为180°；
Ø 简朴，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，导致变压器铁芯直流磁化。
（2）讨论负载阻抗角、触发角a、晶闸管导通角θ关系。

Ø 当u2过零变负时，VDR导通，ud为零，VT承受反压关断；
Ø L储存能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程普通称为续流，数量关系（id近似恒为Id）：

2.1.3单相桥式全控整流电路
1．带电阻负载工作状况

（1）工作原理及波形分析
Ø VT1和VT4构成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。
Ø VT2和VT3构成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。
（2）数量关系

Ø 移相范畴为180°。
Ø 向负载输出平均电流值为：

Ø 流过晶闸管电流平均值只有输出直流平均值一半，即：

Ø 流过晶闸管电流有效值：

Ø 变压器二次测电流有效值I2与输出直流电流I有效值相等：

2．带阻感负载工作状况

（1）工作原理及波形分析
Ø 假设电路已工作于稳态，id平均值不变；
Ø 假设负载电感很大，负载电流id持续且波形近似为一水平线；

（2）数量关系
Ø 晶闸管移相范畴为90°。
Ø 晶闸管导通角θ与a无关，均为180°。电流平均值和有效值：

作业和思考题： P97习题1、3
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第6讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
3.2三相可控整流电路（三相半波可控整流电路）
教学目、规定
1．掌握三相半波可控整流电路电路构造、工作原理、波形分析、数量关系。

教学重点及难点
重点：工作原理、输出电压波形、晶闸管电压波形分析；
难点：三相可控整流电路时，强调自然换流点、触发脉冲移相范畴、临界持续点等概念。
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回顾：

新授：
2.2 三相可控整流电路
Ø 交流测由三相电源供电。
Ø 负载容量较大，或规定直流电压脉动较小、容易滤波。
Ø 基本是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广 。

2.2.1三相半控整流电路
1．电阻性负载
（1）电路特点
Ø 变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。
Ø 三个晶闸管分别接入a、b、c三相电源，其阴极连接在一起—共阴极接法。
（2）自然换相点
二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a起点，即a =0°。

多媒体

举例解说

（3）整流电压平均值计算
Ø a≤30°时，负载电流持续，有：

Ø a>30°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有：

（4）负载电流平均值为

（5）晶闸管承受最大反向电压，为变压器二次线电压峰值，即

（6）晶闸管阳极与阴极间最大正向电压等于变压器二次相电压峰值，即

2．电阻性负载

（1）特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。
Ø a≤30°时：整流电压波形与电阻负载时相似。
Ø a>30°时（如a=60°时波形如图2-16所示）。
Ø u2过零时，VT1不关断，直到VT2脉冲到来，才换流，——ud波形中浮现负某些。
Ø id波形有一定脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。
Ø 阻感负载时移相范畴为90°。
（2）数量关系

Ø 变压器二次电流即晶闸管电流有效值为

Ø 晶闸管额定电流为

Ø 晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值

作业和思考题： P97习题7
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第7讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
3.2三相可控整流电路（三相桥式全控整流电路）
教学目、规定
1．掌握三相桥式全控整流电路电路构造、工作原理、波形分析、数量关系。
教学重点及难点
重点：工作原理、输出电压波形、晶闸管电压波形分析；
难点：三相可控整流电路时，强调自然换流点、触发脉冲移相范畴、临界持续点等概念。
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回顾：

新授：
2.2.2三相全控整流电路
三相桥是应用最为广泛整流电路。

1．带电阻负载时工作状况
Ø 当a≤60°时，ud波形均持续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状同样，也持续。
：

多媒体

举例解说

Ø 当a>60°时，ud波形每60°中有一段为零，ud波形不能浮现负值波形图：
：

带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角移相范畴是120°
对触发脉冲规定：
Ø 按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6顺序，相位依次差60°；
Ø 共阴极组VT1、VT3、VT5脉冲依次差120°，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120°；同一相上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180°；
Ø ud一周期脉动6次，每次脉动波形都同样，故该电路为6脉波整流电路；
Ø 需保证同步导通2个晶闸管均有脉冲。
2．阻感负载时工作状况
（1）a≤60°时
Ø ud波形持续，工作状况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管通断状况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受电压波形。
Ø 区别在于：得到负载电流id波形不同。当电感足够大时候， id波形可近似为一条水平线。
（2）a >60°时
Ø 阻感负载时工作状况与电阻负载时不同；
Ø 电阻负载时，ud波形不会浮现负某些；
Ø 阻感负载时，ud波形会浮现负某些；
Ø 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路a角移相范畴为90°。

定量分析：
Ø 当整流输出电压持续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60°时）平均值为：

Ø 带电阻负载且a >60°时，整流电压平均值为：

输出电流平均值为 ：
Ø 当整流变压器为采用星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流有效值为：

作业和思考题： P97习题7、13
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第8讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
3.3 变压器漏感对整流电路影响
教学目、规定
1．掌握变压器漏感对整流电路影响及换相压降计算
教学重点及难点
重点：换相过程中换相重叠角概念、换相期间整流电压和换相压降、重叠角计算；
难点：重叠角产生，换相期间整流电压、换相压降和重叠角计算。
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回顾。
新授：
2.3 变压器漏感对整流电路影响
考虑涉及变压器漏感在内交流侧电感影响，该漏感可用一种集中电感LB表达，现以三相半波为例，然后将其结论推广。

（1）VT1换相至VT2过程：
因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同步导通，相称于将a、b两相短路，在两相构成回路中产生环流ik；ik=ib是逐渐增大，而ia=Id-ik是逐渐减小；当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断，换流过程结束。
多媒体

举例解说

（2）换相重叠角——换相过程持续时间，用电角度表达。
Ø 换相过程中，整流电压ud为同步导通两个晶闸管所相应两个相电压平均值：

Ø 换相压降—与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值减少多少。

Ø 换相重叠角计算

（3）变压器漏抗对各种整流电路影响
Ø 浮现换相重叠角，整流输出电压平均值Ud减少；
Ø 整流电路工作状态增多；
Ø 晶闸管di/dt 减小，有助于晶闸管安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管di/dt；
Ø 换相时晶闸管电压浮现缺口，产生正du/dt，也许使晶闸管误导通，为此必要加吸取电路；
Ø 换相使电网电压浮现缺口，成为干扰源。

作业和思考题：
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第9讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
3.4电容滤波不可控整流电路
教学目、规定
1．理解电容滤波不可控整流电路单相、三相工作原理和波形分析。
教学重点及难点
重点：电容滤波不可控整流电路单相、三相工作原理和波形分析。
难点：无
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回忆。
新授：
2.4 电容滤波不可控整流电路
2.4.1电容滤波单相不可控整流电路
惯用于小功率单相交流输入场合，如当前大量普及微机、电视机等家电产品中。

（1）基本工作过程：
Ø 在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2<ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流；
Ø 至wt=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同步向负载R供电。
（2）重要数量关系

多媒体

举例解说

1）输出电压平均值
Ø 空载时，；
Ø 重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时特性；
Ø 在设计时依照负载状况选取电容C值，此时输出电压为：Ud≈1.2 U2。
2）电流平均值
Ø 输出电流平均值为： ，
Ø 二极管电流平均值为：
3）二极管承受电压

2.4.2电容滤波三相不可控整流电路
（1）基本原理
Ø 某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大一种，该线电压既向电容供电，也向负载供电。
Ø 当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。
Ø 考虑实际电路中存在交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联电感时工作状况：
Ø 电流波形前沿平缓了许多，有助于电路正常工作。 随着负载加重，电流波形与电阻负载时交流侧电流波形逐渐接近。
（2）重要数量关系
（1）输出电压平均值：Ud在（2.34U2 ~2.45U2）之间变化。
（2）电流平均值：
Ø 输出电流平均值为：
Ø 与单相电路状况同样，电容电流平均值为零，因而
Ø 二极管电流平均值为1/3，即：
（3）二极管承受电压
二极管承受最大反向电压为线电压峰值，为。

作业和思考题：
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第10讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
3.7整流电路有源逆变工作状态
教学目、规定
1.掌握逆变概念、逆变分类、有源逆变与无源逆变区别；
2.有源逆变条件、逆变失败、导致逆变失败因素与防止办法。理解有源逆变应用。
教学重点及难点
重点：逆变概念、分类，有源逆变与无源逆变区别，实既有源逆变条件、逆变失败因素与防止办法；
难点：有源逆变条件、影响逆变失败因素。
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回忆。
新授：
一、逆变概念
1．什么是逆变？为什么要逆变？
1)逆变（Invertion）：把直流电转变成交流电，整流逆过程。
2)逆变电路：把直流电逆变成交流电电路。
Ø 有源逆变电路：交流侧和电网连结，应用在直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。
Ø 无源逆变电路：变流电路交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第5章简介。
对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变；既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。
2．逆变产生条件
1）从上述分析中，可以归纳出产生逆变条件有：
² 有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值不不大于变流器直流侧平均电压；
² 晶闸管控制角，使Ud为负值。
2）逆变和整流区别：控制角a不同：
Ø 时，电路工作在整流状态；
Ø 时，电路工作在逆变状态。
3．波形与参数计算

多媒体

举例解说

Ø 把时控制角用表达，称为逆变角；
Ø 逆变角和控制角计量方向相反，其大小自起始点向左方计量；

4 逆变失败（逆变颠覆）
逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。
1）逆变失败因素
² 触发电路工作不可靠，不能适时、精确地给各晶闸管分派脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。
² 晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。
² 交流电源缺相或突然消失。
² 换相裕量角局限性，引起换相失败。
2）拟定最小逆变角根据
逆变时容许采用最小逆变角应等于，这样，普通取30°~35°。

作业和思考题：P98习题27、28、29
教学反思：

电力电子技术 课程教案
第11讲
课程类别
理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其她□
学时
安排
2
授课题目
4.1换流方式
教学目、规定
1．理解逆变电路概念、换流方式和应用；
2．理解基本逆变电路构造及其工作原理。
教学重点及难点
重点：逆变电路构造及其工作原理；
难点：无。
教 学 过 程
办法及手段
导入：
复习回顾：
逆变概念：与整流相相应，直流电变成交流电，交流侧接电网，为有源逆变；交流侧接负载，为无源逆变。

新授：
5.1 换流方式
（1）逆变与变频
Ø 变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。
Ø 交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两某些构成，后一某些就是逆变。
（2）重要应用
Ø 各种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等。
Ø 交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置核心某些都是逆变电路。
5.1.1 逆变电路基本工作原理
以单相桥式逆变电路为例阐明最基本工作原理。

逆变电路最基本工作原理：变化两组开关切换频率，可变化输出交流电频率：S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正；S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。

多媒体

举例解说

换流：电流从一种支路向另一种支路转移过程，也称为换相。
Ø 开通：恰当门极驱动信号就可使器件开通。
Ø 关断：全控型器件可通过门极关断；半控型器件晶闸管，必要运用外部条件才干关断；普通在晶闸管电流过零后施加一定期间反压，才干关断；研究换流方式重要是研究如何使器件关断。
5.1.2 换流方式分类
1）器件换流（Device Commutation）
——运用全控型器件自关断能力进行换流。
——在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器件电路中换流方式是器件换流。
2）电网换流（Line Commutation）
——电网提供换流电压换流方式。
——将