现代电力电子学.doc

研究生学位课程 现代电力电子学的学习提纲与要求一本课程的目的与意义目前电力电子技术已成为国家经济领域中不可缺少的基础技术和重要手段，大至兆瓦级的高电压大电流的电气工程直流输电，小至家用的各种电器，无不渗透电力电子技术。国际上公认电力电子技术的诞生是以1957年第一个晶闸管问世为标志的。电力电子这一名称迟至60年代才出现1974年，美国W.E.Newell用右图的倒三角形对电力电子学进行了描述。认为电力电子学是电力学，电子学和控制理论三个学科交叉结合形成的一门新型学科，随着科学技 术的发展电力电子技术又与控制理论、材料科学、 图一 描述电力电子学的倒三角电机工程、微电子技术、计算机技术等许多领域密切相关。目前，电力电子技术逐步发展成为一门多学科相互渗透的中和性学科。 可以将电力电子技术定义为：以电力为对象，利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科，若认为微电子技术的信息处理技术，那么电力电子技术就是电力处理技术。电力电子学除涵括技术和应用外，还有电力电子技术和相关学科的理论问题。目前，许多高新技术均与电网的电流、电压、频率和相位等基本参数的转换与控制相关。现代电力电子技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理。特别是能够实现大功率电能的频率变换，为多项新技术的发展提供了有力的支持。因此，现代电力电子技术不仅本身是一项高新技术，而且是其它高新技术的发展基础，电力电子技术可应用到各工业、电力、交通、冶金、化工、电信、国防、家电等各个领域，尤其与微电子、计算机技术、现代控制理论相结合，其应用面越广，自动化水平，快速性和可靠性发展越来越快，技术水平越来越高，为现代生产和现代生活带来了深远的影响。简而言之，电力电子技术应包含电力电子器件，电力电子电路，电力电子装置及其系统三方面的内容，这三者有着密不可分的关系，随着器件的不断发展，电路和装置乃至系统，更容易发展。更加现代化。现代电力电子技术有如下特点：1） 集成化， 2）高频化， 3）全控化， 4）电路弱电化，5）控制技术数字化， 6）多功能化。在本科学习阶段已对传统的电力电子技术有了基础性的学习，为了更好地掌握电力电子技术。并能灵活应用，本门课程的目的就要进一步加强基础，拓宽知识面，提高分析和解决问题的能力，更加系统、深入、全面地掌握电力电子技术的发展和应用。为其它学科的学习和今后的工作、开发、研究打造坚实的基础。二、电力电子技术的学科地位倒三角的电力电子学描述已被世界普遍接受，“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和技术两个不同的角度来称呼的，电力电子学包括理论和学科的内容。在电力电子技术属于电工学科还是属于电子学科这个问题上，我国学术界和教育界有不尽相同看法。1980年我国成立了中国电力电子学会，当时曾为“Power Electronics”译为”功率电子学还是“电力电子学”而争论不休，后来定名为“电力电子学”。1981年中国电工技术学会成立后,电力电子学会成为电工技术学会所属的一个专业委员会，这意味着把电力电子技术隶属于电工学科。1997年修订研究生专业目录时，为了拓宽专业面将电力电子技术和电力传动自动化合并为“电力电子与电力传动”专业，同时也把电工学科更名为电气工程学科。如前所述，电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论交叉而成，这三者成为电力电子技术的三根支柱。控制理论在电力电子装置及系统中有着广泛应用，这与控制理论在其它领域中应用并无本质差别。电力电子装置广泛地应用于电力系统和电气工程中，这就是电力学和电力电子技术的主要关系。在我国“电力学”这个术语已不太称呼，而是用“电工学科”或“电气工程”制造技术，另一个应用电力电子器件组成电路装置及系统的技术。前者是电力电子技术的基础，后者是核心，是具体的应用。电力电子电路与电子电路的许多分析方法是一致的，共同基础是电路理论，只是应用有所不同，电力电子技术用于功率变换，电子技术用于休息处理，电力电子技术除应用与电气工程外还广泛用于电子装置中，例如电源、功率放大、输出等都可以看成是电力电子电路，因此也可以把电力电子技术看成是电子技术后的一个分支。电子技术可分为信息电子技术和电力电子技术两大分支，信息电子技术包含模拟电子技术和数字电子技术两部分，因此，电子技术是由模拟电子、数字电子、电力电子三个分支组成。电力电子技术是弱电与强电之间的结合，是弱电控制强电的技术。是一门实用性很强的学科直接在工业、交通、能源、信息、军事、管理、家庭等各个领域广泛应用。三、电力电子技术的发展与应用现状及前景（一）电力电子技术的发展历史电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展是以电力电子器件的发展为基础的。电力电子技术的发展史，如图二所示。图二 电力电子技术的发展史晶闸管问世，(“公元元年”)IGBT及功率集成器件出现和发展时代晶闸管时代水银（汞弧）整流器时代电子管问世全控型器件迅速发展时期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶体管诞生 一般认为，电力电子技术的开始是以1957年第一个晶闸管的诞生为标志的。但在晶闸管出现之前，电力电子技术就已经用于电力变换了。因此，晶闸管出现前的时期称为电力电子技术的史前期。1876年出现了硒整流器。1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，并应用于通信和无线电，从而开创了电子技术之先河。1911年出现了金属封装水银整流器，它把水银封于管内，利用对其蒸气的点弧可对大电流进行有效控制，其性能与晶闸管类似。20世纪3050年代，是水银整流器发展迅速并广泛应用时期。它广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动。20世纪50年代初，1953年出现了锗功率二极管；1954年出现了硅二极管，普通的半导体整流器开始使用；1957年诞生了晶闸管，一方面由于其变换能力的突破，另一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强电变换电路的控制，使之很快取代了水银整流器和旋转变流机组，进而使电力电子技术步入了功率领域。变流装置由旋转方式变为静止方式，具有提高效率、缩小体积、减轻重量、延长寿命、消除噪声、便于维修等优点。因此，其优越的电气性能和控制性能，在工业上引起一场技术革命。在以后的20年内，随着晶闸管特性不断提高，晶闸管已经形成了从低电压、小电流到高电压、大电流的系列产品。同时研制出一系列晶闸管的派生器件，如快速晶闸管（FST）、逆导晶闸管（RCT）、双向晶闸管（TRIAC）、光控晶闸管（LTT）等器件，大大地推动各种电力变换器在冶金、电化学、电力工业、交通及矿山等行业中的应用，促进了工业技术的进步，形成了以晶闸管为核心的第一代电力电子器件，也称为传统电力电子技术阶段。晶闸管通过对门极的控制可以使其导通，而不能使其关断，因此属于半控型器件。对晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式。即使在电流、电压这2个方面，晶闸管系列器件仍然有一定的发展余地，但因下述原因阻碍了它们的继续发展：由于它是半控器件，要想关断它必须用强迫换相电路，结果使得电路复杂、体积增大、重量增加、效率较低以及可靠性下降；由于器件的开关频率难以提高，一般低于400Hz，大大限制了它的应用范围；由于相位运行方式使电网及负载上产生严重的谐波，不但电路功率因数降低，而且对电网产生“公害”。随着工业生产的发展，迫切要求新的器件和变流技术出现，以便改进或取代传统的电力电子技术。20世纪70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（GTR）、电力场效应晶体管（Power MOSFET）为代表的第二代自关断全控型器件迅速发展。全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可以使其开通，又可以使其关断。另外，这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，可以用于开关频率较高的电路。全控器件优越的特性使其逐渐取代了变流装置中的晶闸管，把电力电子技术推进到一个新的发展阶段。和晶闸管电路的相位控制方式想对应，采用全控型器件的电路主要控制方式为脉冲宽度调制（PWM）方式。PWM控制技术在电力电子变流技术中占有十分重要的地位。它使电路的控制性能大大改善，使以前难以实现的功能得以实现，对电力电子技术的发展产生了深远的影响。20世纪80年代，出现了以绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表的第三队复合型场控半导体器件，另外还有静电感应式晶体管（SIT）、静电感应式晶闸管（SITH）、MOS晶闸管（MCT）等。这些器件不仅有很高的开关频率，一般为几十到几百千赫兹，而且有更高的耐压性，电流容量大，可以构成大功率、高频的电力电子电路。20世纪80年代后期，电力半导体器件的发展趋势是模块化、集成化，按照电力电子电路的各种拓扑结构，将多个相同的电力半导体器件或不同的电力半导体器件封装在一个模块中，这样可以缩小器件体积、降低成本、提高可靠性。现在已经出现了第四代电力电子器件集成功率半导体器件（PIC），它将电力电子器件与驱动电路、控制电路及保护电路集成在一块芯片上，开辟了电力电子器件智能化的方向，应用前景广阔。目前经常使用的智能化功率模块（IPM），除了集成功率器件和驱动电路以外，还集成了过压、过流和过热等故障检测电路，并可将监测信号传送至CPU，以保证IPM自身不受损害。（二）现代电力电子技术的主要特点 全控化全控化是由半控型普通晶闸管发展到各类自关断器件，是电力电子器件在功能上的重大突破。自关断器件实现了全控化，取消了传统电力电子器件的复杂换相电路，使电路大大简化。 集成化集成化与传统电力电子器件的分立方式完全不同，所有的全控型器件都是由许多单元器件并联在一起，集成在一个基片上。 高频化高频化是指随着器件集成化的实现，同时也提高了器件的工作速度，例如GTR可工作在10kHz频率以下，IGBT工作在几十千赫兹以上，功率MOSFET可达数百千赫兹以上。 高效率化高效率化体现在器件和变换技术这2个方面，由于电力电子器件的导通压降不断减少，降低了导通损耗；器件开关的上升和下降过程加快，也降低了开关损耗；器件处于合理的运行状态，提高了运行效率；变换器中采用的软开关技术，使得运行效率得到进一步提高。 变换器小型化变换器小型化是指随着器件的高频化，控制电路的高度集成化和微型化，使得滤波电路和控制器的体积大大减小。电力电子器件的多单元集成化，减少了主电路的体积。控制器和功率半导体器件等，采用微型化的表面贴技术使得变换器的体积得到了进一步减少，功率为10kV·A，体积只有信用卡那样大。 电源变换绿色化电力电子技术中广泛采用PWM脉宽调制技术、SPWM正弦波脉宽调制和消除特定次谐波技术，采用多重化技术，使得变换器的谐波大为降低，同时也使变换器的功率因数得到提高，进而使得变换电源绿色化。 改善和提高供电网的供电质量近年来出现的静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器等新型电力电子装置，具有优越的无功功率和谐波补偿的性能，因此大大提高了电网的供电质量。表1 电力电子器件现有发展水平器件名称国外研制水平国内研制水平普通整流管8kV/5kA(f=400Hz)6kV/3.5kA普通晶闸管(SCR)12kV/1kA,8kV/6kA5.5kV/3kA快速晶闸管2.5kV/1.6kA(Tq=850s)2kV/1.5kA(Tq=30s)光控晶闸管(LASCR)6kV/6kA,8kV/4kA4.5kV/2kA可关断晶闸管(GTO)9kV/2.5kA,6kV/6kA(f=1kHz)4.5kV/2.5kA集成门极换流晶闸管(IGCT)6kV/1.6kA无静电感应晶闸管(SITH)4kV/2.5kA(f=100kHz)1kV/150A电力晶体管(GTR)模块：1.8kV/1kA(f=2kHz)模块：1.2kV/400A功率MOSFET60A/200V(2MHz),500V/50A(100MHz)1kV/35A绝缘栅双极晶体管IGBT单管：4.5kV/1kA模块：3.5kV/1.2kA(UF=1.52.2V,f=50kHz)单管：1kV/50A模块：1.2kV/200A电子注入增强栅极晶体管IEGT4.5kV/1kA无MOS控制晶闸管MCT1kV/100A(UF =1.1V, Tq=1s)1kV/75A智能功率模块IPM和功率集成电路PICIPM:1.8kV/1.2kA600V/75A 电力电子器件的容量和性能的优化电力电子器件的现有发展水平，如表1所示。近年来，新型半导体材料的研究正在取得不断地突破，碳化硅（SiC）、金刚石等新材料用于电力电子器件，特别是金刚石器件与硅器件相比，功率可提高106个数量级，频率可提高50倍，导通压降降低一个数量级，最高结温可达600。（三）电力电子技术的应用电力电子技术是以功率处理和变换为主要对象的现代工业电子技术，当代工、农业等各领域都离不开电能，离不开表征电能的电压、电流、频率、波形和相位等基本参数的控制和转换，而电力电子技术可以对这些参数进行精确的控制与高效的处理，所以电力电子技术是实现电气工程现代化的重要基础。电力电子技术应用范围十分广泛，国防军事、工业、能源、交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统以及家用电器等无不渗透着电力电子技术的新成果。下面是简单的介绍：1、  一般工业电机调速工业中大量应用各种交、直流电动机。直流电动机具有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美，因此，交流调速技术得到了广泛应用，并且占据主导地位。作为节能控制主要采用交流电动机的变频调速，它带来了巨大的节能效益。在各行各业中，风机、水泵多用异步电动机拖动，其用电量占我国工业用电的50%以上，全国用电量的30%。控制风量或水流量，过去是靠控制风门或节流阀的转用，而电机的转速不变。由于风门或节流阀转角的减小，却增大了流体的阻力，因此功率消耗变化甚小，结果造成在小风量或小水流时电能的浪费。我国的风机、水泵，全面采用变频调速后，每年节电可达数百亿度。家用电器的空调，采用变频调速技术，可节电30%以上。2、  交通运输电气化铁道中私广泛采用电力电子技术，电气机车中的直流机车采用整流装置供电，交流机车采用变频装置供电。如直流斩波器广泛应用于铁道车辆，磁悬浮列车中电力电子技术更是一项关键的技术。新型环保绿色电动汽车和混合动力电动汽车（EV/HEV）正在积极发展中。汽车是靠汽油引擎运行而发展起来的机械，它排出大量二氧化碳和其他废气，严重的污染了环境。绿色电动车的电机是以蓄电池为能源，靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制，其蓄电池的充电也离不开电力电子技术。显而易见，未来电动车将取代燃油汽车。飞机、船舶需要各种不同要求的电源，因此航空、航海都离不开电力电子技术。3、电力系统发达国家在用户最终使用的电能中，有60%以上的电能至少经过一次以上电力电子装置的处理。电力系统在通向现代化的进程中，是离不开电力电子技术的。高压直流输电，其送电端的整流和受电端的逆变装置都是采用晶闸管变流装置，它从根本上解决了长距离、大容量输电系统无功损耗问题。柔性交流输电系统（FACTS），其作用是对发电-输电系统的电压和相位进行控制。其技术实质类似于弹性补偿技术。FACTS技术是利用现代电力电子技术改造传统交流电力系统的一项重大措施，已成为当今发达国家电力界研究的热点。FACTS技术（包括系统应用技术及控制器技术）已被国内外的一些权威性的输电技术专家、学者称为未来输电系统新时代的3项支撑技术（FACTS技术、先进的控制中心和综合自动化技术）之一，或是“现代电力系统中的3项（如新时代技术、智能控制、基于全球卫星定位系统）具有变革性影响的前沿性课题之一”。无功补偿和谐波抑制对电力系统有重要意义。晶闸管控制电抗器（TCR）、晶闸管投切电容量（TSC）都是重要的无功补偿装置。静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）等新型电力电子装置具有更优越的无功和谐波补偿的性能，减少或消除由于传统变流装置对电网产生的公害，大大地改善了供电质量，使得电源电网得到净化。4、电源电力电子技术的另一应用领域是在各种各样的电源中。电器电源需求是千变万化的，因而电源的需求和种类非常多。下面介绍几种特种电源。近年来，国内外在高频逆变整流焊机的研究方面，取得了实质性进展。由于采用高频逆变，体积和重量都有明显减少，既节能，又便于使用。通信的电源是一种DC/DC高频开关电源，也适用于其他领域。通信事业的发展大大推动了通信用电源的发展。1992年，全国邮电部门全年用电达到25亿度。由于交换机总量的增加，用电量也大幅度增加，可见邮电部门年耗电量是非常可观的。高频开关电源的使用，大大减小了电源体积和开关损耗。不间断电源（UPS）在现代社会中的作用越来越重要，用量也越来越大。目前，UPS在电力电子产品应用中已占有相当大的数额。小型化开关电源，在办公自动化设备、计算机设备、电子产品、工业测控、电子仪器和仪表中被广泛采用。由于运用了高频技术，实现了开关电源的小型化。在军事应用中主要是雷达脉冲电源、声纳及声发射系统、武器系统及电子对抗等系统电源。航天、航海、矿山及科学研究等各个领域为了人的生存和工作，都离不开各种能源，所以这些都离不开电力电子技术。5、 照明在各个国家，照明用电占发电量的数量也是比较大的，其中美国占24%，中国占12%。白炽灯发光效率低、热损耗大，故现在广泛使用日光灯。但日光灯必须有镇流器启辉，全部电流都要流过镇流器的线圈，因而无功电流较大，不能节能。电子镇流器的出现，较好的解决了这个问题。电子镇流器就是一个AC-DC-AC变换器。在相同功率的情况下，电子镇流器比普通镇流器的体积小，可减少无功和有功损耗。另外，采用电力电子技术可实现照明的电子调光，也可节约能源，因此被称为节能灯。6、 新能源开发和利用传统的发电方式是火力、水利以及后来兴起的核能发电。能源危机后，各种新能源、可再生能源及新型发电方式越来越受到重视。其中太阳能发电、风能发电的发展较快，燃料电池更受关注。太阳能、风能发电受环境条件的制约，发出的电能质量较差。利用电力电子技术可以进行能量储存和缓冲，改善电能质量。同时，采用变速恒频发电技术，可以将新能源发电与电力系统联网。太阳能、风能、生物质能、海洋潮汐能及超导储能等可再生能源，已形成一个新兴产业。与其他发电方式比较，可再生能源发电不排放任何有害特质，也不存在居民迁移问题。因此，发展和利用绿色能源是洁净生态环境，改善电力结构的重要措施，未来的结构应该是一个持久的、可再生的、干净的体系。新能源是近期能源的补充，也是未来能源的基础。7、 环境保护随着工业、农业迅速发展，特别是火力发电和水泥业的发展对自然环境的污染越来越严重。为了净化环境，提高人们的生活质量，在某些行业采用高压静电除尘措施是十分有效的，其关键也是微机和电力电子技术。总之，电力电子技术的应用范围十分广泛。从人类对宇宙和大自然的探索到国防，从军事到国民经济的各个领域，再到人们的衣食住行，无处不应用电力电子技术。这就是激发一代又一代专家、学者和工程技术人员学习、研究电力电子技术的巨大魅力之处。（四）电力电子技术的未来发展方向和前景电力电子技术已进入各个领域，未来的广阔前景和发展方向，主要体现在下面几个方面：（1） 新材料的进一步研究和应用，扩大了器件的频率、功率等级、使用温度范围，减少器件的体积和降低价格。因此，可以大大改进系统性能和降低成本，使它的应用范围越来越广。（2） 改进器件和装置封装形式，实现系统集成，以获得更高的集成化和可靠性。（3） 使用无需吸收电路并且关断延时小的集成门极换流晶闸管（IGCT），使得在大功率应用场合的器件选择越来越容易。（4） 多电平逆变器大功率逆变器中的应用。（5） 体积小、重量轻、损耗小、无无功率的全半导体变流系统的设计。（6） 采用神经网络和模糊控制逻辑芯片的无速度传感器控制的传动系统。（7） 采用专家系统获得优化的实时性和系统容错控制。（8） 自主学习与自适应调节控制器在传动系统中的应用。（9） 改善动力系统供电质量，柔性交流输电技术将得到越来越广泛运用。（10）   高效、轻便、绿色的电动车供不应求。（11）   发展更高效的家用电器产品。电力电子技术是目前发展较为迅速的一门学科，是高新技术产业发展的主要基础技术之一，是传统产业改造的重要手段。可以预言，随着各学科新理论、新技术的发展，电力电子技术的应用具有十分广泛的前景。四、课程的主要内容（一）复习与巩固部分.电力电子器件 .整流电路1.各种二级管 1.二级管整流电路2.半控型器件,晶闸管 2.单相与三相整流电路3典型全控器件:GTO、BJT、电力 3.六相、十二相整流电路MOSFET、IGBT 4.大功率整流电路 4、MCT、SIT、SITH等其它电力电子器件5、功能模块和功率集成电路 6、电力电子器件的串并联7、电力电子器件的保护8、电力电子器件的驱动和同步电路 .直流斩波电路 .交流电力控制电路 1升压斩波电路 1.单相相控式交流调压电路 2降低站波电路 2.三相相控式交流调压电路 3升降压斩波电路 3.交流调节电路 4复合斩波电路 4.交流电子开头.逆变电路 .交一交变频电路1换相方式 1.单相、三相输出交一交变频电路2电压型和电流型逆变电路 2.矩阵式变频电路3负载换相逆变电路 3.交一交变频的应用4电容换相逆变电路.脉冲调制（PWM）技术1.PWM调制的基本原理2.PWM逆变电路的控制方式3.PWM波形的生成方式4.PWM整流电路（二）提高和加深部分.电路部分1跟踪型PWM逆变电路2SPWM的控制模式3优化PWM设计4交一交变频的高次谐波问题5谐振式变换器的控制方式6有源滤波的原理与电路7功率MOSFEET的驱动电路8电力电子器件的缓冲电路9组合变频电路.装置及系统1.开关电源的设计2.变频调速装置3.有源滤波装置4.快速开关装置用于无功补偿及变压器有载调压5.大功率直流稳压调压电源装置（三）设计与开发部分1智能化的变频调速系统2微机控制的可控励磁调节系统3智能式无极大功率快速开关4电力网有源滤波器5电力系统潮流控制装置6智能式电力网谐波抑制装置7电力电子装置系统的可靠性设计五、课程的要求（一）熟练掌握本课程的基本要求，（除听课外一定要加强自习、完成练习作业和实验。考试时间第14周，考试方式：笔试）包括：1.不同时期的电力电子器件的工作特性和主要参数 2.基本的电力电子电路 3.典型的电力电子装置的基本构成和原理 4.电力电子技术的主要应用与发展（二）掌握本课程的提高和加深的内容（考试时间第14周，考试方式：笔试）包括：1.传统电力电子技术与现代电力电子技术的区别 2.电力电子装置的发展趋势 3.提高和加深部分的电力电子电路的计算与分析 4.电力电子装置及其系统的设计（三）应完成本课程的归纳、总结和优化（20周交读书报告）包括：1.本课程的学习心得与体会 2.电力电子技术与其他学科和技术之间的关系 3.电力电子技术的发展规律 4.本课程学习的重点与难点 5.提出一个具有智能式的电力电子装置或系统的研制方案及实施步骤（四）实践环节要求（第13周实验电路方案及实验结果报告）1.完成如下实验（实验室：3402） a.相控整流电路 b.斩波电路 c.变频电路 d.开关电路 e.上机仿真2.完成一个典型的电力电子技术应用的装置（20周交英文总结报告）包括：本装置的用途 方案及设计思路和参数指标； 由CAD等软件工具、完成的电路原理图和安装图； 装置的实现 装置的实验结果； 由英文完成总结报告。六、考试方式及要求1.因本课程是本专业的一门必修的学位课程，因此必须按“四.本课程的要求”来完成。2.考试共分五个部分即：(1)笔试：基本内容部分；提高和加深部分。时间安排在第14周(2)撰写叁份报告：读书学习报告（20周交）(含关键词、摘要报告)。实验报告（19周交）。由英文完成装置的总结报告。（20周交）。七、参考书与文献1王兆安主编，电力电子变流技术，北京机械出版社，2000年。2贺益康，潘再平编，电力电子技术基础，浙江大学出版社，1994年。3陈坚，电力电子学，高等教育出版社，2001年。4张立，现代电力电子技术，北京：科学出版社。5电力电子技术94年-03年，西安电力电子技术研究所。6电网技术，94年-03年，北京：电力部电力科学研究院。7电力系统自动化，92年-至今年，南京：电力自动化研究所。8IEEE Trans.PAA.88年至今年。9IEEE Trans.PWRD.90年至今年。10IEEE Trans.On power Delivery 91年至今年。八、习题（要求认真完成作业习题）1-1总结且叙述各类电力电子器件的基本特征和各适用于什么场合？2-1作用于RLC串联电路的电压为，且基本波频率的输入阻抗 ，求电流2-2施加于两端网络的电压，流入a端电流求：的有效值为若干？的有效值为若干？平均功率为若干？3-1画出单相半波可控整流电路，在a=时，如下五种情况的和的波形。 电阻性负载。 大电感负载不接续流二极管。 大电感负载接续流二极管。 反电动势不串入平波电抗器。 反电动势负载串入平波电抗器，又接续流二极管，但负载电流仍然无法连续。3-2三相半波可控整流电路，负载为电动机，串入足够大的平波电抗器，再与续流二极管并联，U=220V，电动机负载为40A，电枢回路总电阻为，求：当a=时，流过晶闸管与续流管的电流平均值、有效值以及电动机反电动势各为多少？并画出电压、电流波形。3-3三相全控桥整流电路，触发方式采用“单宽脉冲”或“双窄脉冲”触发，这是为什么？“单宽脉冲”的宽度应为多少？触发脉冲如何排列？3-4三相半控桥整流电路大电感负载，为了防止失控，并接了续流二极管，求a=时输出电压、电流平均值，流过晶闸管与续流管的电流平均值、有效值，并画出电压电流波形。3-5某车刀床架采用小惯量G Z 180型直流电动机，其额定功率为5.5KW，额定电压为220V，额定电流28A，电枢电阻为，由三相半波可控整流电路经过星形接线，二次相电压为220V的变压器供电，整流变压器每相绕组漏抗和电阻（已折算）分别为和，系统控制电机起动电流不超过60A，并当负载电流降至3A时，电流仍要连续。试求：整流变压器容量和晶闸管的型号。平波电抗器的电感量（不计变压器漏抗和电动机电感量）。写出a=时，负载电流连续时的机械方程，并汇出特性曲线。 a=时，电动机理想空载转速为多少？临界电流为多少？并画出电流不连续时机械特性曲线（近似的）。3-6晶闸管三相全控桥式整流供电的直流电动机调速系统，电动机的额定电压220V，电流90A，转速1500r/min，功率17KW。电枢回路总电阻为，平波电抗器电感量为5mH，试写出a=时，电流连续区的机械方程式并绘出特性曲线，以及写出当a=时，电流断续区的理想空载转速与临界电流各为多少？4-1锯齿波移相触发电路有何优点？锯齿波的底宽由什么元件参数决定？输出脉冲宽度是如何调整的？双窄脉冲比单宽脉冲有何优点？4-2图为单结晶体管触发单相半波可控整流电路，试求：画出a= 时图中点及的波形。加大C的电容量，对触发脉冲有何影响？题4-2 图4-3图是采用变压器耦合的晶体管脉冲触发电路，试叙述其工作原理及各元器件作用，并画出点波形。题 4-3 图4-4图是带有正反馈的晶体管触发电路，试叙述其工作原理及各元器件作用，并画出点波形。题 4-4 图5-1为什么三相全控桥整流装置不仅内部接线要正确，而且电网电源进线的相序也必须正确？请绘出波形图说明。5-2图为晶闸管、发光二极管LED等元件组成的测定三相电源相序的电子线路。当被测试点1、2和3所接的三相电源相序分别为U、V、W时，则发光二极管所发出光较暗，反之发光二极管较亮，为什么？试绘出波形图说明。题 5-2 图5-3. 三相半控桥整流装置，采用单结晶体管触发电路，如图5-12所示。当主变压器接成时，根据移相同步要求，试确定同步变压器的联结组别？5-4. 某三相半控桥整流电路，移相范围接近，主变压器采用Dy11联结组别，触发电路采用带有正反馈的正弦波移相触发电路，并用NPN管，如果已有一台同步变压器，其联结组别为Dy5、Dy11，那么晶闸管的触发电路，其同步电压如何取法？此时RC滤波移相环节的移相角应多大？5-5. 三相半波可控整流电路，负载时电动机并接有续流管。主变压器为Dy7联结组别，采用有NPN管组成的锯齿波触发电路，考虑锯齿波起始段的非线性，留出裕量，试用图解确定同步变压器的联结组别，并完成电路连线。6-1. 直流斩波器有哪几种调试方式？画出不同调试方式的输出电压波形。6-2. 图为某电车斩波器电路，电动机功率为60KW，电压为600V，斩波频率为125Hz，工作方式为定频调宽制，斩波器的最小导通比，斩波器不失控的最大负载电流Im=300A，晶闸管的最大关断时间。试计算斩波器换流电容C、电感及反压电感的数值，并验算换流电路最大冲击电流和么压持续时间。题 6-2 图6-3. 图所示的斩波电路，对电阻、电感和反电动势负载供电，其中，L=0.02mH，斩波周期，接通时间，试求：输出平均电压和电流（和）；瞬时输出电流的最大和最小值（和）；按比例画出和随时间变化的波形。题6-3 图6-4. 上题中，若，而L足够大，使得实际上可认为是一常值，试求：当时，计算接通时间，按比例画出和随时间变化的波形，并验证输入功率和输出功率相等；当时，计算接通时间，按比例画出和随时间变化的波形。7-1. 双向晶闸管额定电流的定义和普通晶闸管（KP型）额定电流的定义有何不同？额定电流100A的两只普通晶闸管反并联可以用额定电流为多少的双向晶闸管代换？7-2. 双向晶闸管有哪几种触发方式？一般选用几种？为何一般不选用+触发方式？7-3. 某单相反并联调功电路，采用过零触发。，负载电阻，控制在设定周期内，使晶闸管导通0.5s，断开0.3s。试计算送到电阻负载上的功率与假定晶闸管一直导通时所送出的功率。8-1. 什么是有源逆变？逆变时a角至少为多少度？为什么？8-2 为什么有源逆变工作时，变流器整流侧会出现负的直流电压，而电阻负载或大电感串电阻负载侧不能（电感负载指在正常工作时）？8-3. 如果只有一组晶闸管供电给一台直流电动机，电动机拖动位能负载，说明什么时候产生发电制动？什么时候产生反接制动？8-4. 在a=工作制的有环流可逆系统中，如果环流回路中除电感外还有电阻，此环流能否连续？为什么(环流电压达反向最大值时电流i降到零即认为连续)？8-5. 三相半波晶闸管电路工作在有源逆变状态，试画出时，管的脉冲丢失时，输出电压的波形。8-6. 某晶闸管可逆供电装置为三相半波接线，变压器二次侧相电压有效值230V，电动机从220V，20A稳定的电动状态下进行发电制动。要求制动初始强度为40A，试求初始逆变角应多大（换相压降与管压降不计）？9-1. 晶闸管装置发生过电流的原因有哪些？可以采用哪些过电流保护措施？塔门所起保护作用的先后次序是怎样的？9-2. 晶闸管装置发生过电压的原因有哪些？可以采用哪些过电压保护措施？塔门所起保护作用的先后次序是怎样的？9-3. 晶闸管装置产生、的原因有哪些？相应的保护措施有哪些？19