电力电子技术考试大纲

1《电力电子技术》课程学习指导资料编写：张瑾适用专业：电气工程及其自动化适用层次：专升本（业余）四川大学网络教育学院二00三年十一月2《电力电子技术》课程学习指导资料编写：张瑾审稿：审批：本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《电力电子技术》（郭世明，黄念慈主编，西南交通大学出版社，2002年）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写，适用于电气工程及其自动化专业（专升本）学生。第一部分课程的学习目的及总体要求一、课程性质、地位与学习目的电力电子技术是电类专业本科学生必须掌握的一门重要专业技术基础课程。电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的控制和变换的科学，是介于电气工程三大主要领域——电力、电子和控制之间的交叉学科，在电力、工业、交通、航空航天等领域具有广泛的应用。电力电子技术的应用已经深入到工业生产和社会生活的各个方面，成为传统产业和高新技术领域不可缺少的关键技术，可以有效地节约能源。本课程的目的，是使学生在从应用的角度熟悉典型电力电子器件的工作原理、外特性及功能的基础上，熟悉和掌握电力电子技术的基本理论、基础知识，掌握各类电力电子电路的电路结构、工作原理，掌握电力电子变流电路的分析方法，并了解电力电子技术在工程技术领域中的应用。二、课程的总体要求本课程主要包括器件、电路、应用这三方面的内容，通过对本课程的学习，要求学生：1．电路为主线——在熟悉电力电子器件外特性、额定参数及极限参数的基础上，注重分析研究由各类器件所组成的各种电力电子变流电路；着重掌握主电路的组成和工作原理，不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的参数计算与元件选择；熟悉了解典型触发、驱动和缓冲保护电路的组成、工作原理和特点。2．重视分析方法——波形分析是电力电子电路的基本分析方法，只有画出各种状态下的波形，才能加深对电路原理的定性理解，并在此基础上进行分析。因此，要把它作为主要学3习内容，这样才能抓住各种电力电子电路分析方法的共性。3．注重实践——本课程是一门理论性和实践性均较强的专业技术基础课，要学会从实际应用的角度去分析和掌握各种典型电路。三、本课程与相关课程的联系学习本课程以前应先学习电工原理、电子技术基础和电机学等。学习本课程，必须具备电路的基本概念，掌握电路基本定律和分析计算方法，并能够作暂态分析；熟悉基本放大电路原理和集成运放的应用；熟悉晶体管、MOS管的工作原理，器件的外特性和典型数字集成电路的逻辑功能及外特性。本课程的后续课程是电力系统及其自动化专业（本科）的有关专业课程。第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章电力电子器件的原理与特性1、本章学习要求1.1电力电子器件概述，要求达到“熟悉”层次。1）电力电子器件的发展概况及其发展趋势。2）电力电子器件的分类及其各自的特点。1.2功率二极管，要求达到“熟悉”层次。1）功率二极管的工作原理、基本特性、主要参数和主要类型。2）功率二极管额定电流的定义。1.3晶闸管，要求达到“掌握”层次。1）晶闸管的结构、工作原理及伏安特性。2）晶闸管主要参数的定义及其含义。3）电流波形系数kf的定义及计算方法。4）晶闸管导通和关断条件5）能够根据要求选用晶闸管。1.4门极可关断晶闸管（GTO），要求达到“熟悉”层次。1）GTO的工作原理、特点及主要参数。1.5功率场效应管，要求达到“熟悉”层次。1）功率场效应管的特点，基本特性及安全工作区。1.6绝缘栅双极型晶体管（IGBT），要求达到“熟悉”层次。41）IGBT的工作原理、特点、擎住效应及安全工作区。1.7新型电力电子器件简介，要求达到“熟悉”层次。2、本章重点难点分析有关晶闸管电流计算的问题：晶闸管是整流电路中用得比较多的一种电力电子器件，在进行有关晶闸管的电流计算时，针对实际流过晶闸管的不同电流波形，应根据电流有效值相等的原则选择计算公式，即允许流过晶闸管的实际电流有效值应等于额定电流IT对应的电流有效值。利用公式I=kf×Id=1.57IT进行晶闸管电流计算时，一般可解决两个方面的问题：一是已知晶闸管的实际工作条件（包括流过的电流波形、幅值等），确定所要选用的晶闸管额定电流值；二是已知晶闸管的额定电流，根据实际工作情况，计算晶闸管的通流能力。前者属于选用晶闸管的问题，后者属于校核晶闸管的问题。1）计算与选择晶闸管的额定电流解决这类问题的方法是：首先从题目的已知条件中，找出实际通过晶闸管的电流波形或有关参数（如电流幅值、触发角等），据此算出通过晶闸管的实际电流有效值I，考虑（1.5~2）倍的安全裕量，算得额定电流为IT=(1.5~2)I/1.57，再根据IT值选择相近电流系列的晶闸管。2）校核或确定晶闸管的通流能力解决这类问题的方法是：由已知晶闸管的额定电流，计算出该管子允许通过的电流有效值。根据实际电流波形求出电流波形系数，算得晶闸管允许的实际电流平均值为Id=1.57IT/kf（未考虑安全裕量时）。3、本章典型例题分析例1.1晶闸管导通和关断的条件是什么？解：晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。例1.2单相正弦交流电源，其电压有效值为220V，晶闸管和电阻串联相接，试计算晶闸管实际承受的正、反向电压最大值是多少？考虑2倍安全裕量，晶闸管的额定电压如何选取？解：晶闸管所承受的正、反向电压最大值为输入正弦交流电源电压的峰值：2202=311V；考虑2倍安全裕量，则晶闸管额定电压不低于2×311=622V，可取为700V。54、本章作业1.1．有些晶闸管触发导通后，触发脉冲结束时它又关断是什么原因？答：晶闸管导通情况下，随着主回路电源电压的降低，主回路电流降低到某一数值以下时晶闸管就关断了。1.2．晶闸管导通后，流过晶闸管的电流大小取决于什么？晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于什么？答：晶闸管导通后，流过晶闸管的电流完全由主电路的电源电压和回路电阻所决定。晶闸管关断后，其承受的电压大小取决于电源电压。1.3．什么信号可用做晶闸管的门极触发信号？答：处于晶闸管可靠触发区内的触发电压和电流可可用做晶闸管的门极触发信号。1.4．教材P43：1.3，1.4，1.5，1.61.3答：晶闸管导通条件是：1）晶闸管阳极和阴极之间施加正向阳极电压；2）晶闸管门极和阴极之间必须加上适当的正向脉冲电压和电流。1.4答：晶闸管导通情况下，只要仍有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管仍保持导通。在晶闸管导通后，门极就失去控制作用，欲使其关断，只需将流过晶闸管的电流减小到其维持电流以下，可采用阳极加反向电压、减小阳极电压或增大回路阻抗等方式。1.5答：mmdIttdII27.0)(sin2141mmItdtII48.0)()sin(21421mmmdIttdIttdII38.0))(cos)(sin(2142452mmmItdtItdtII61.0))()cos()()sin((214245222mmdItdII25.0)(21203mItdIIm5.0)(2120231.6答：78.127.048.01mmfIIk61.138.061.02mmfIIk225.05.03mmfIIk100A的晶闸管能输出的平均电流AId2.8878.110057.11AId5.9761.110057.12AId5.78210057.13AIm7.32627.02.881AIm6.25638.05.972AIm31425.05.7816第二章相控整流电路1、本章学习要求2.1整流电路的概念，要求达到“熟悉”层次。2.1.1整流电路的概念、电路组成、分类等知识。2.2单相可控整流电路，要求达到“掌握”层次。2.2.1单相半波可控整流电路，要求达到“掌握”层次。1）单相半波可控整流电路的组成及工作原理。2）计算带电阻性负载的单相半波可控整流电路的相关参数。2.2.2单相桥式全控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。1）单相桥式全控整流电路的组成及工作原理。2）带电感性负载时的工作波形。3）带反电动势负载时的工作波形。4）带反电动势负载时串接平波电抗器的作用。5）计算带不同性质负载时，单相桥式全控整流电路的相关参数。6）带大电感负载时电路的输出电压、输出电流和晶闸管的电压、电流波形。7）带不同性质负载时，控制角α的移相范围。8）该电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。9）该电路中相应晶闸管的选取。2.2.3单相桥式半控整流电路，要求达到“掌握”层次。1）单相桥式半控整流电路的组成及工作原理。2）单相桥式半控整流电路产生失控现象的原因及防止失控的措施。3）电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。2.2.4单相全波可控整流电路，要求达到“熟悉”层次。1）单相全波可控整流电路的组成及工作原理。2.3三相可控整流电路，要求达到“掌握”层次。2.3.1三相半波可控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。1）三相半波可控整流电路的组成及工作原理。2）三相半波可控整流电路的自然换相点，掌握移相控制角α的计算方法。3）带大电感负载时的工作波形。74）带大电感负载时电路相关参数的计算。5）该电路中，晶闸管可能承受的最大正、反向电压值。6）该电路中相应晶闸管的选取。7）带不同性质负载时，控制角α的移相范围。2.3.2三相桥式全控整流电路，要求达到“熟练掌握”层次。1）三相桥式全控整流电路的组成及工作原理。2）当负载电流连续时，各晶闸管的换流顺序、相互间隔角度及每只管子的导电角。3）带大电感负载时电路的输出电压、输出电流和晶闸管的电压、电流波形。4）带大电感负载时，控制角α的移相范围。5）带大电感负载时电路相关参数的计算。2.3.3三相桥式半控整流电路，要求达到“熟悉”层次。1）三相桥式半控整流电路的组成及工作原理。2）三相桥式半控整流电路的失控现象。3）电路中，晶闸管组和二极管组的自然换相点以及各自的换相规律。2.4整流变压器漏抗对整流电路的影响，要求达到“掌握”层次。1）在考虑变压器漏抗时，整流电路在换相过程中输出电压值的特点。2）在考虑变压器漏抗时，晶闸管换相的物理过程和换相重叠角γ的概念。3）由于变压器漏抗的影响，将产生换相压降、造成整流输出电压波形畸变以及平均值的变化。4）换相压降与哪些因素有关。2.5整流电路的有源逆变工作状态，要求达到“掌握”层次。2.5.1逆变的概念，要求达到“熟悉”层次。1）逆变的概念。2）整流和逆变的关系。3）电源间能量的流转关系。2.5.2有源逆变产生的条件，要求达到“掌握”层次。1）产生有源逆变的两个条件及其含义。2）有源逆变时能量的流转方向。2.5.3三相有源逆变电路，要求达到“掌握”层次。1）三相半波有源逆变电路的组成及工作原理。2）三相半波有源逆变电路中相关电量的计算。83）三相桥式有源逆变电路的组成及工作原理。4）三相桥式有源逆变电路中相关电量的计算。2.5.4逆变失败的原因及最小逆变角的限制，要求达到“掌握”层次。1）逆变角β的定义。2）逆变失败的概念。3）逆变失败的原因及防止措施。4）确定最小逆变角的三个因素及其含义。2.5.5有源逆变的应用，要求达到“熟悉”层次。1）直流可逆电力拖动系统中，反并联变流电路控制直流电机的四象限工作运行状态和运行条件。2）高压直流输电系统的结构。3）高压直流输电系统中，能够根据功率的流向，判断中间直流环节两侧变流器的工作状态。2.6整流电路的谐波和功率因数，要求达到“熟悉”层次。1）整流电路中，功率因数λ的定义。2.7晶闸管直流电动机系统，要求达到“熟悉”层次。1）整流状态下，电流连续和电流断续时电动机的机械特性。2）逆变状态下，电流连续和电流断续时电动机的机械特性。2