第一章 绪 论
电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件,以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置,以完成对电能的变换和控制。
它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支,又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支,或者说是强弱电相结合的新科学.电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科.
电力电子技术相对于其他一些高新技术来说更为边缘化，它是一门联系电力和电子的学科，电力电子技术为电能的产生和利用搭起了桥梁，为电能的输出、应用提供了更好的方式和平台，电力电子技术从根本上提高了电能的应用效率。
电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO,IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同，电力电子技术主要用于电力变换。
电力电子技术的问世是在上世纪五十年代末，当第一只晶闸管研制成功之后，电力电子技术就正式进入了电气传动技术的大家族。电力电子技术在可控硅整流装置开发中发挥了重要作用，是电气传动领域中革命性的成果。
电力电子技术在上个世纪的七十年代时有了一个质的发展，晶闸管产品逐步完成了从低压小电流到高压大电流的过度，并在晶闸管的基础上开发了不能自关断的半控型器件，这就是第一代的电力电子器件，它是电力电子技术历史上的一座里程碑。
电力电子技术的研究水平不断进步，制造工艺水平也不断提高，电力电子器件也随之有了更大的发展，获得了又一次的飞跃。电力电子技术的进步代表是自关断全控型第二代电力电子器件，代表产品是GTR和GTO。
电力电子技术在上个世纪的九十年代有了更进一步的发展，电力电子器件在大频率、低损耗、快响应方面有了更好表现，电力电子技术想着复台化、标准模块化、智能化、功率集成化方向发展，形成了电力电子的正式技术理论，形成了一个新的高科技领域。
优化电能使用。通过电力电子技术对电能的处理,使电能的使用达到合理、高效和节约,实现了电能使用最佳化.例如,在节电方面,针对风机水泵、电力牵
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引、轧机冶炼、轻工造纸、工业窑炉、感应加热、电焊、化工、电解等14个方面的调查,潜在节电总量相当于1990年全国发电量的16%,所以推广应用电力电子技术是节能的一项战略措施,一般节能效果可达10%-40%,我国已将许多装置列入节能的推广应用项目。
改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。据发达国家预测,今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用,即工业和民用的各种机电设备中,有95%与电力电子产业有关,特别是,电力电子技术是弱电控制强电的媒体,是机电设备与计算机之间的重要接口,它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件,成为发挥计算机作用的保证和基础。
电力电子技术高频化和变频技术的发展,将使机电设备突破工频传统,向高频化方向发展.实现最佳工作效率,将使机电设备的体积减小几倍、几十倍,响应速度达到高速化,并能适应任何基准信号,实现无噪音且具有全新的功能和用途. 电力电子智能化的进展,在一定程度上将信息处理与功率处理合一,使微电子技术与电力电子技术一体化,其发展有可能引起电子技术的重大改革.有人甚至提出,电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域,电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
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第二章 电路设计与工作原理
2.1 原理方框图
原理方框图如图2-1所示：
保护电路单相电源输出触发电路整流主电路负载电路
图2-1 原理方框图
2.2 主电路原理图及波形
反电动势、电阻负载电路原理图如图2-2（a）所示： 反电动势、电阻负载电路工作波形如图2-2（b）所示：
图2-2主电路原理图及波形
(a) (b)
2.3 工作原理
（1）若是感性负载，当u2在正半周时，在ωt＝α处给晶闸管VT1加触发脉冲，VT1导通后，电流从u2正端→VT1→L→R→VD4→u2负端向负载供电。u2过零变负时，因电感L的作用使电流连续，VT1继续导通。但a点电位低于b
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点，使电流从VD4转移至VD2，VD4关断，电流不再流经变压器二次绕组，而是经VT1和VD2续流，则ud=0。
（2）在u2负半周ωt＝π+α时刻触发VT3使其导通，则向VT1加反压使之关断，u2经VT3→L→R→VD2→u2端向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。此后重复以上过程。
2.4 参数的计算
（1）当???时，如触发脉冲宽度小于???，则电路无法工作，如为宽脉冲触发，则总在???处触发脉冲起作用，其最大输出平均电压为：
Udm?E?1??????(2U2sin?t?E)d?t?22U2?(cos???sin?) （2-1）
（2）整流输出电压的有效值为：
U=???????1 2U2sinwtd?wt? （2-2）
?2（3）整流电流的平均值和有效值分别为：
Id?UdR=0.9U2?ERcos?（2-3）
1UI?=?R??????2U2sinwtd?wt?R?2 （2-4）
（4) 在一个周期内晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3轮流导通，流过晶闸管的电
流平均值只有输出直流电流平均值的一半，即：
IdvT?U?E1Id?0.452cos? （2-5） 2R（5）停止导电角的计算 ：
??arcsin
E2U2
（2-6）
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第三章 元器件的选择
3.1 晶闸管
晶管又称为晶体闸流管，可控硅整流（Silicon Controlled Rectifier-- SCR），开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代; 20世纪80年代以来，开始被性能更好的全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，以被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，成为功率低频（200Hz以下）装置中的主要器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型--普通晶闸管。广义上讲，晶闸管还包括其许多类型的派生器件。 1. 晶闸管的结构
晶闸管是大功率器件，工作时产生大量的热，因此必须安装散热器。引出阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G三个联接端。
内部结构: 四层三个结如图3.1 2. 晶闸管的工作原理如图3.2（b）
晶闸管由四层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成三个结J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引入A、G、K三个电极。由于具有扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图3.2（a）所示的两个晶闸管T1（P1-N1-P2）和（N1-P2-N2）组成的等效电路。
（a)内部结构 （b)电气图形符号
图3.1 内部结构、电气图形符号
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