电力电子技术自学指导书.docx

1、电力电子技术自学指导书成人高等函授教育自学辅导书科目名称： 电力电子技术 层 次： 本 科 适用专业： 电 气 工 程类 新疆工业高等专科学校成教院电力电子技术函授自学指导书一、 教材名称：电力电子变流技术（作者：黄俊 机械工业出版社）二、课程性质本课程是电气工程及其自动化专业的一门专业基础课,是一门横跨电力、电子和控制的新兴学科。它主要研究电力电子器件对电能进行变换和调控的技术，包括对电压、电流、频率等方面的调控、变换。本课程也可以作为其他相关专业的专业选修课。三、本课程的地位和作用 电力电子技术是用半导体功率器件借助微电子技术控制强电流，实现电能传输，变换和利用的技术。已成为现代电气工程与

2、自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养本专业人才中占有重要地位。电力电子技术是国际上发展最快的技术之一，也是影响21世纪技术发展的关键技术之一。四、学习目的与要求通过本课程的学习，学生应具备掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、参数计算、设计与分析方法，并掌握其基本的实验方法和故障分析及处理的方法，培养学生具有对电能变换和控制电路进行分析的能力和对电力、电子器件基本应用的能力，为电力拖动自动控制系统等后续课程打好基础。五、本课程的学习方法为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度，应为我国社会主义现代化事业而学习。在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。在学习时要抓

3、住物理概念、工作原理和分析方法；要理解问题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分内容之间的联系，前后是如何呼应的；要重在理解，能提出问题，积极思考，不要死记；通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析能力和运算能力，所以应按要求完成布置的作业题。解题前，要对所学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意分析，熟练应用各种理论和公式。除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。如有条件，可通过实验验证和巩固所学理论，训练实验技能，培养严谨的科学作风。通过各个学习环节，培养分析和解决问题的能力和创新精神。解决问题不是仅仅照着书本上的例题作练习题，而是要求使用已有的知识对提出的要求和论

4、据能理解和领悟，并能提出自己的思路和解决问题的方案，这是一个创新过程。六、自学内容与指导第一章 晶闸管（一）自学内容：本章将对晶闸管的概念、特点和分类等问题作介绍，重点介绍晶闸管的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。 （二）本章重点：晶闸管的工作原理、基本特性。（三）本章难点：晶闸管的主要参数（四）本章考点：晶闸管的导通条件、主要参数和驱动。（五）学习指导：本章介绍了最早出现的电力电子器件-晶闸管。晶闸管为半控器件，即只能通过门极控制其开通，而不能通过门极控制其关断，且具有单向导电的特性，在相控整流与有源逆变电路中应用广泛。本章首先通过对晶闸管内部结构的分析，得出晶闸

5、管的开通、关断及维持导通条件；接着对晶闸管特性进行讲解，使学生了解晶闸管应用过程中应该注意的问题；最后给出晶闸管的主要参数，使学生掌握如何选择晶闸管。本章要求学生学习之前掌握必要的模拟电子技术方面的知识，而学习本章之后应重点掌握晶闸管的开通原理、晶闸管的关断条件及维持导通条件，了解晶闸管的开通、关断特性及门极特性，对晶闸管的一些主要参数有所了解，并学会如何选择晶闸管。第二章 单相可控整流电路（一）自学内容：常用的几种单相可控整流电路，分析和研究其工作原理、基本数量关系，以及负载对整流电路的影响。变压器漏抗对整流电路的影响。整流电路的谐波和功率因数的分析。大功率整流电路的特点。相位控制电路的驱动

6、控制。（二）本章重点：单相可控整流电路原理分析，基本数量关系，负载对整流电路的影响。（三）本章难点：波形分析。（四）本章考点：原理分析，数量关系，波形分析（五）学习指导：本章学习最常用的几种单相可控整流电路，分别是单相半波可控整流电路、单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路。通过对电路的分析和对工作原理的研究，使学生了解相控整流的一些基本概念，学会波形分析的方法，了解负载性质对整流电路的影响，并掌握不同电路、不同负载情况下的电路参数计算。重点是各种整流电路的波形分析和基本电量的计算方法。难点是不同负载对整流电路的影响和单相桥式半控整流电路失控现象的分析。第三章 三相可控整流电路（一）自学内

7、容：常用的几种三相可控整流电路，分析和研究其工作原理、基本数量关系，以及负载对整流电路的影响。整流电路的谐波和功率因数的分析。大功率整流电路的特点。相位控制电路的驱动控制。（二）本章重点：三相半波整流电路和三相桥式全控整流电路的波形分析、参数计算。换相重叠角和换相压降的计算。（三）本章难点：对换相重叠现象的分析。（四）本章考点：原理分析，数量关系，波形分析（五）学习指导：当整流负载容量较大，或者要求整流电压的脉动小、易滤波，或者要求快速控制的时候，应采用对电网来说是平衡的三相整流装置。三相可控整流电路的类型很多，包括三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路、双反星型整流电路等。在这些电路里最

8、基本的是三相半波可控整流电路，其余类型的电路均可看做三相半波整流电路以不同方式串联或并联而成。因此本章首先重点介绍三相半波可控整流电路的工作原理、波形分析及其参数计算；在此基础上又详细分析了三相全控桥式整流电路的工作原理、波形分析及其参数计算；接着分析了整流电路的谐波问题，指出谐波大小与脉动频率有着直接联系；另外，考虑到实际应用中，由于变压器存在漏抗问题，会造成换相过程中出现换相重叠问题，产生换相压降，因此专门用一节内容来分析整流电路产生换相重叠的原因、并给出换相压降和换相重叠角的计算；最后，通过对双反星型整流电路的分析，得出大功率整流电路的特点。要顺利地进行导数的运算，关键在于对基本求导公式

9、要有清晰正确的记忆，否则计算就可能无法进行。所以希望同学们对此要有清醒的认识，一定要常记、常用，只有这样才能真正掌握相关运算。第四章 有源逆变电路（一）自学内容：有源逆变的工作原理，各种逆变电路的波形分析、参数计算，逆变产生条件及逆变颠覆的产生原因。（二）本章重点：逆变产生条件；各种逆变电路的波形分析、参数计算；逆变颠覆的产生原因；直流可逆电力拖动系统的工况分析及其控制方法的实现问题。（三）本章难点：逆变颠覆的产生原因、直流可逆电力拖动系统控制方法的实现。（四）本章考点：各种逆变电路的波形分析、参数计算。（五）学习指导：逆变分两种，一种是有源逆变，一种是无源逆变。本章学习的是有源逆变电路。本章

10、首先通过对单相双半波电路带电动机负载系统的分析，得出有源逆变产生的条件；接着分析三相半波逆变电路和三相桥式逆变电路的工作原理、波形分析和参数计算；在第三节对逆变颠覆及其产生原因做了详细的讲解；然后，通过一个应用实例-直流可逆电力拖动系统的分析，把第二章、第三章和本章的内容进行融会贯通，并对其两种主要的控制方法做了详细的分析；本章最后给出电力电子装置的主要技术功能指标来说明设计电力电子装置应该注意的问题。第五章 交流调压电路与斩波电路（一）自学内容：交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析及谐波分析。交流调功电路及交流电力电子开关的工作原理。基本斩波电路、复合斩波电路和多相多重斩波电路的特点、

11、工作原理、波形分析、数值分析及应用。（二）本章重点：交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析。降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理、输入输出关系、电路解析方法、工作特点。（三）本章难点：复合斩波电路。（四）本章考点：交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析。基本斩波电路的特点、工作原理、波形分析、数值分析及应用。（五）学习指导：本章的内容分为两大部分，一部分属于AC-AC变换，即交流调压电路；一部分属于DC-DC变换，即直流斩波电路。在交流调压电路里，首先以单相相控交流调压入手，分析了单相相控交流调压电路在纯阻性负载及感性负载下的输出情况；并在此基础上进一步分析了三相相控交流调压电路在不同

12、角情况下输出波形的变化。在直流斩波电路中，详细讲述了降压斩波和升压斩波电路原理，并详细分析了两种电路的输出波形及参数计算；简单分析了多相多重型斩波电路、多象限斩波电路的工作原理及控制方法；并对斩波电路里晶闸管所使用的强迫换流电路做了简单讲解。第六章晶闸管的串并联和保护（一）自学内容：晶闸管电压电流的计算与保护， 晶闸管的过电压保护，晶闸管的过电流保护与电压电流上升率的限制，晶闸管的串联和并联。（二）本章重点：晶闸管串并联会出现的问题及其解决方法。（三）本章难点：分析理解过电压和过电流产生的原因（四）本章考点：晶闸管串并联会出现的问题及其解决方法。过电压和过电流产生的原因和采取的措施。（五）学习

13、指导：可以说本章是晶闸管的应用分析。对较大型的变流装置，单个晶闸管的电压、电流定额远不能满足要求，这种情况下往往需要将晶闸管串联或并联起来使用，以提高晶闸管支路的耐压能力或通流能力。然而，简单的串并联晶闸管往往会带来许多问题。在本章中针对串并联晶闸管出现的问题进行分析，找出问题的解决方法。另外，在实际电路的应用过程中，往往会出现各种各样的过载情况-如电流过载、电压过载等，本章第二节针对实际情况，讲解了应用过程中容易出现的问题及其解决方法。第七章自关断器件（一）自学内容：晶闸管电压电流的计算与保护， 晶闸管的过电压保护，晶闸管的过电流保护与电压电流上升率的限制，晶闸管的串联和并联。（二）本章重点

14、：各种器件的性能比较。（三）本章难点：GTR的二次击穿问题、GTO的开关原理、IGBT的擎住效应。（四）本章考点：各种具有自关断能力的器件的原理、特性及优缺点。（五）学习指导：本章讲述了多种具有自关断能力的器件的原理、特性、优缺点及各种器件的驱动、缓冲和保护电路，通过对本章学习，使得学生能够在设计过程中合理选择电力电子器件，并为提高系统的可靠性、稳定性及性价比打下基础。本章中的主要内容有：GTR的原理及GTR的二次击穿问题；GTO的开通、关断原理及主要参数；电力MOSFET的原理及其优缺点；GTR、GTO、电力MOSFET驱动电路的设计；缓冲和保护电路的设计；IGBT、MCT的原理；器件小结等

15、。第八章无源逆变电路及PWM逆变电路（一）自学内容：无源逆变电路的类型及分类，器件换相无源逆变电路、负载换相无源逆变电路和强迫换相无源逆变电路。各种逆变电路的工作原理。PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法。（二）本章重点：各种逆变电路换相过程的分析、三相电压型（180度导电型）无源逆变电路原理分析。PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法。（三）本章难点：换相过程中各器件的电压、电流分析。（四）本章考点：各种逆变电路的工作原理。PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法。（五）学习指导：在第四章中学过逆变分为有源逆变和无源逆变，本章讲述无源逆变电路。首先对无源逆变电路的类型

16、及分类进行讲解，又根据换相方式将本章分为三大部分-器件换相无源逆变电路、负载换相无源逆变电路和强迫换相无源逆变电路。在器件换相无源逆变电路中，重点分析单相电压型无源逆变电路原理、三相电压型无源逆变电路原理，简单讲述了三相电流型无源逆变电路原理、单相电压型逆变电路的调压方法，并对电压型、电流型逆变电路进行比较；在负载换相无源逆变电路中，重点分析了并联谐振式逆变电路和串联谐振式逆变电路的换相过程；在强迫换相无源逆变电路中，重点分析了串联电感式电压型逆变电路、辅助晶闸管换相式电压型无源逆变电路和串联二极管式电流型逆变电流的换相过程，并对换相过程中的定量分析和参数选择做了讲解。掌握PWM控制的基本原理

17、，PWM逆变电路及控制方法。第九章交-交变频电路（一）自学内容：单相交-交变频电路调频调压原理，工作状态，无环流控制和有环流控制两种控制方法的优缺点。在单相交-交变频电路的基础上，对三相 交-交变频电路进行了简单讲述。（二）本章重点：单相交-交变频电路调压、调频原理；减少输出电压纹波的方法；交-交变频电路的优缺点。（三）本章难点：单相交-交变频电路的工作状态及相应状态下的电路控制。（四）本章考点：变频电路的工作方式，交-交变频电路的优缺点。（五）学习指导：交-交变频电路是不通过中间直流环节而把电网频率的交流电直接变换成不同频率的交流电的变换电路。本章讲述了单相交-交变频电路调频调压原理，分析其

18、工作状态，介绍如何减少输出电压纹波的方法，并分析单相交-交变频电路的无环流控制和有环流控制两种控制方法的优缺点。在单相交-交变频电路的基础上，对三相交-交变频电路进行了简单讲述。另外，将交-交变频电路与目前常用的交-直-交变频电路进行比较，来说明交-交变频电路的应用场合。七、自学进度及各章节学时安排本课程学习时间一学期，每周应保证自学及作业，总计不少于52学时。在自学过程中，除了看教材外一定要做练习，要独立完成作业。只有通过练习才能达到对所学内容理解、消化的目的，进而掌握它。各章节学时安排如下自学进度表学时章节自学重点4第一章：晶闸管晶闸管的工作原理、基本特性主要参数6第二章：单相可控整流电路

19、常用的几种单相可控整流电路，分析和研究其工作原理、基本数量关系，以及负载对整流电路的影响。8第三章：三相可控整流电路三相半波整流电路和三相桥式全控整流电路的波形分析、参数计算。换相重叠角和换相压降的计算。6第四章：有源逆变电路逆变产生条件；各种逆变电路的波形分析、参数计算；逆变颠覆的产生原因；直流可逆电力拖动系统的工况分析及其控制方法的实现问题。6第五章：交流调压与斩波电路交流调压电路的工作原理、波形分析、数值分析。降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理、输入输出关系、电路解析方法、工作特点。4第六章：晶闸管得串并联与保护晶闸管电压电流的计算与保护， 晶闸管的过电压保护，晶闸管的过电流保护与电压

20、电流上升率的限制，晶闸管的串联和并联。6第七章：自关断器件晶闸管电压电流的计算与保护， 晶闸管的过电压保护，晶闸管的过电流保护与电压电流上升率的限制，晶闸管的串联和并联。6第八章：无源逆变电路及PWM逆变电路各种逆变电路换相过程的分析、三相电压型（180度导电型）无源逆变电路原理分析。PWM控制的基本原理，PWM逆变电路及控制方法。6第九章：交-交变频电路单相交-交变频电路调压、调频原理；减少输出电压纹波的方法；交-交变频电路的优缺点。八、作业量、作业类型：自学作业量不低于课本课后作业的三分之一，作业类型以概念型与计算题为主。九、参考资料：电力电子技术题例与电路设计指导 石玉 编 机械工业出版社电力电子技术 黄俊 王兆安编 机械工业出版社电力电子应用技术 莫正康编 机械工业版社