電力電子技術是當今社會一門新興的應用於電力領域的電子技術，實際上就是使用電力電子器件（如閘流體，GTO，電力MOSFET，IGBT等電力電子器件）對電能進行變換和控制的技術。而隨著社會的發展，學好電力電子技術，對於電氣專業的學生而言十分重要。
工具/原料
《電力電子技術 》第5版 王兆安
筆記
方法/步驟
第1章 緒 論
1 電力電子技術定義：是使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術，是應用於電力領域的電子技術，主要用於電力變換。
2 電力變換的種類 （1）交流變直流AC-DC：整流 （2）直流變交流DC-AC：逆變 （3）直流變直流DC-DC：一般通過直流斬波電路實現 （4）交流變交流AC-AC：一般稱作交流電力控制
3 電力電子技術分類：分為電力電子器件製造技術和變流技術。
第2章 電力電子器件 1 電力電子器件與主電路的關係 （1）主電路：指能夠直接承擔電能變換或控制任務的電路。 （2）電力電子器件：指應用於主電路中，能夠實現電能變換或控制的電子器件。 2 電力電子器件一般都工作於開關狀態，以減小本身損耗。 3 電力電子系統基本組成與工作原理 （1）一般由主電路、控制電路、檢測電路、驅動電路、保護電路等組成。 （2）檢測主電路中的訊號並送入控制電路，根據這些訊號並按照系統工作要求形成電力電子器件的工作訊號。 （3）控制訊號通過驅動電路去控制主電路中電力電子器件的導通或關斷。 （4）同時，在主電路和控制電路中附加一些保護電路，以保證系統正常可靠執行。 4 電力電子器件的分類 根據控制訊號所控制的程度分類 （1）半控型器件：通過控制訊號可以控制其導通而不能控制其關斷的電力電子器件。如SCR閘流體。 （2） 全控型器件：通過控制訊號既可以控制其導通，又可以控制其關斷的電力電子器件。如GTO、GTR、MOSFET和IGBT。 （3）不可控器件：不能用控制訊號來控制其通斷的電力電子器件。如電力二極體。 根據驅動訊號的性質分類 （1）電流型器件：通過從控制端注入或抽出電流的方式來實現導通或關斷的電力電子器件。如SCR、GTO、GTR。 （2）電壓型器件：通過在控制端和公共端之間施加一定電壓訊號的方式來實現導通或關斷的電力電子器件。如MOSFET、IGBT。 根據器件內部載流子參與導電的情況分類 （1）單極型器件：內部由一種載流子參與導電的器件。如MOSFET。 （2）雙極型器件：由電子和空穴兩種載流子引數導電的器件。如SCR、GTO、GTR。 （3）複合型器件：有單極型器件和雙極型器件整合混合而成的器件。如IGBT。 5 半控型器件—閘流體SCR 將器件N1、P2半導體取傾斜截面，則閘流體變成V1-PNP和V2-NPN兩個電晶體。 閘流體的導通工作原理 （1）當AK間加正向電壓AE，閘流體不能導通，主要是中間存在反向PN接面。 （2）當GK間加正向電壓GE，NPN電晶體基極存在驅動電流GI，NPN電晶體導通，產生集電極電流2cI。 （3）集電極電流2cI構成PNP的基極驅動電流，PNP導通，進一步放大產生PNP集電極電流1cI。 （4）1cI與GI構成NPN的驅動電流，繼續上述過程，形成強烈的負反饋，這樣NPN和PNP兩個電晶體完全飽和，閘流體導通。 2.3.1.4.3 閘流體是半控型器件的原因 （1）閘流體導通後撤掉外部門極電流GI，但是NPN基極仍然存在電流，由PNP集電極電流1cI供給，電流已經形成強烈正反饋，因此閘流體繼續維持導通。 （2）因此，閘流體的門極電流只能觸發控制其導通而不能控制其關斷。 2.3.1.4.4 閘流體的關斷工作原理 滿足下面條件，閘流體才能關斷： （1）去掉AK間正向電壓； （2）AK間加反向電壓； （3）設法使流過閘流體的電流降低到接近於零的某一數值以下。 2.3.2.1.1 閘流體正常工作時的靜態特性 （1）當閘流體承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，閘流體都不會導通。 （2）當閘流體承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下閘流體才能導通。 （3）閘流體一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發電流是否還存在，閘流體都保持導通。 （4）若要使已導通的閘流體關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過閘流體的電流降到接近於零的某一數值以下。 2.4.1.1 GTO的結構 （1）GTO與普通閘流體的相同點：是PNPN四層半導體結構，外部引出陽極、陰極和門極。 （2）GTO與普通閘流體的不同點：GTO是一種多元的功率整合器件，其內部包含數十個甚至數百個供陽極的小GTO元，這些GTO元的陰極和門極在器件內部並聯在一起，正是這種特殊結構才能實現門極關斷作用。 2.4.1.2 GTO的靜態特性1）當GTO承受反向電壓時，不論門極是否有觸發電流，閘流體都不會導通。 （2）當GTO承受正向電壓時，僅在門極有觸發電流的情況下閘流體才能導通。 （3）GTO導通後，若門極施加反向驅動電流，則GTO關斷，也即可以通過門極電流控制GTO導通和關斷。 （4）通過AK間施加反向電壓同樣可以保證GTO關斷。 2.4.3 電力場效應電晶體MOSFET （1）電力MOSFET是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它是電壓型器件。 （3）當GSU大於某一電壓值TU時，柵極下P區表面的電子濃度將超過空穴濃度，從而使P型半導體反型成N型半導體，形成反型層。 2.4.4 絕緣柵雙極電晶體IGBT （1）GTR和GTO是雙極型電流驅動器件，其優點是通流能力強，耐壓及耐電流等級高，但不足是開關速度低，所需驅動功率大，驅動電路複雜。 （2）電力MOSFET是單極型電壓驅動器件，其優點是開關速度快、所需驅動功率小，驅動電路簡單。 （3）複合型器件：將上述兩者器件相互取長補短結合而成，綜合兩者優點。 （4）絕緣柵雙極電晶體IGBT是一種複合型器件，由GTR和MOSFET兩個器件複合而成，具有GTR和MOSFET兩者的優點，具有良好的特性。 （1）IGBT是三端器件，具有柵極G、集電極C和發射極E。 （2）IGBT由MOSFET和GTR組合而成。
第3章 整流電路 （整流是將交流電能轉化成直流電能供給直流用電裝置）
整流電路的分類：1按組成的器件分為不可控、半控和全控三種。2按電路結構分為橋式電路和零式電路。3按交流輸入相數分為單相電路和多相電路。4按變壓器二次電流的方向是單向還是雙向分為單拍電路和雙拍電路。
整流電路可以分為相位控制整流電路和斬波控制整流電路
單相可控整流電路——單相半波可控整流電路、單相整流電路、單相全波可控整流電路以及單相橋式半控整流電路
三相可控整流電路——三相半波可控整流電路、三相橋式可控整流電路
變壓器漏感對整流電路的影響
電容濾波的不可控整流電路（單相，三相）
整流電路的諧波和功率因素
大功率可控整流電路 雙反星型和多重化整流——多重化技術的作用1提高輸電電壓和電流的幅值2減少輸出電壓和電流的諧波3提高電路的等效開關頻率4提高系統的可靠性
整流電路的有源逆變工作狀態
逆變：把直流電轉化為交流電 有源逆變和無源逆變
有源逆變產生的條件2條：1要有直流電動勢，其極性應與閘流體的導通方向一致，其值應大於變流器直流側的平均電壓。2要求閘流體的控制角a>pai/2，使Ud為負值。兩者必須同時具備才能實現有源逆變。
逆變失敗的原因4點：1觸發電路工作不可靠，不能適時準確的給各閘流體分配脈衝，如脈衝丟失、脈衝延時等，致使閘流體不能正常換相，使交流電源電壓和直流電動勢順向串聯形成短路。 2閘流體發生故障，在應該阻斷期間器件失去阻斷能力，在應該導通時器件不能導通造成逆變失敗。 3在逆變工作時，交流電源發生缺相或突然消失，由於直流電動勢的存在，閘流體仍可導通，此時變流器的交流側由於失去了同直流電動勢極性相反的交流電壓，因此直流電動勢將通過閘流體使電路短路。 4換相的裕量角不足，引起換相失敗，應考慮變壓器漏抗引起的重疊角對逆變電路換相的影響。
第四章逆變電路 （直流電變為交流電稱為逆變）
逆變電路工作原理
有源逆變（交流側接有電源時）與無源逆變（交流側直接和負載連線時）
逆變電路換流方式——器件換流 、電網換流、負載換流和強迫換流 利用全控型器件的自關斷能力進行換流為器件換流（IGBT、電力MOSFET、GTO、GTR）；由電網提供換流電壓稱為電網換流；由容性負載提供換流電壓為負載換流；設定附加的換流電路，給與關斷的閘流體強迫施加反向電壓或反向電流的換流方式為強迫換流。
電壓型逆變電路——直流側是電壓源Voltage Source Inverter 電壓源型逆變電路
電壓型逆變電路的特點：1.直流側是電壓源或並聯有大電容相當於電壓源。直流側電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗。 2.由於直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，並且與負載阻抗角無關。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。 3.當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電容起緩衝無功能量的作用。為了給交流側向直流側反饋無功能量提供通道，逆變器橋各臂都並聯了反饋二極體。
電流型逆變電路——直流側是電流源 Current Source Inverter電流源型逆變電路
電流型逆變電路的特點：1、直流側串聯大電感，相當於電流源。直流側電流基本無脈動，直流回路呈現高阻抗。 2、電路中開關器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側輸出電流為矩形波，與負載阻抗角無關。而交流側輸出電壓波形與相位因負載阻抗情況的不同而不同。 3、當交流側為阻感負載時需要提供無功功率，直流側電感起緩衝無功能量的作用。因為反饋無功能量時直流電流並不反向，因此不必享電壓型逆變電路一樣給開關器件反並聯二極體。
第五章直流-直流變流電路（DC-DC converter）將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電，包括直接和間接直流變流電路
直接直流變流電路（斬波電路DC chopper）將直流電變為另一固定電壓或可調電壓的直流電
間接直流變流電路在直流變流電路中加入交流環節，在交流環節中採用變壓器實現輸入與輸出的隔離稱為帶隔離的直流直流變流電路或稱直交直電路
直流斬波電路的種類6種——降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路、Zeta斬波電路。
降壓斬波電路Buck Converter
斬波電路的三種控制方式——1保持開關週期不變，調節開關導通時間稱為脈衝寬度調製。2保持開關導通時間不變，改變開關週期稱為頻率調製或調頻型。3開關週期與開關導通時間都可調，使佔空比改變稱為混合型
升壓斬波電路 Boost Converter
升降壓斬波電路 Buck-Boost Converter
Cuk斬波電路 Cuk Converter優點輸入電源電流和輸出負載電流都是連續的且脈動很小有利於對輸入輸出進行濾波
Sepic斬波電路 Sepic Converter 電源電流連續負載電流斷續，有利於輸入濾波
Zeta斬波電路 Zeta Converter 電源電流斷續而負載電流連續
帶隔離的直流直流變流電路——直流-（逆變電路）-交流-（變壓器）-交流-（整流電路）-脈動直流-（濾波器）-直流
採用帶隔離的直流直流變流電路的原因：4點 1.輸入端與輸出端需要隔離 2.某些應用中需要相互隔離的多路輸出3輸出電壓與輸入電壓的比例遠小於1或遠大於1 4交流環節採用較高的工作頻率，可以減少變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。
正激正激電路和反激電路 半橋與全橋電路 全波整流與全橋整流
第六章交流-交流變流電路（一種形式的交流變為另一種形式的交流）
交流調壓電路
交流調功電路
交流電力電子開關
交交變頻電路
第七章PWM控制技術
PWM控制的基本原理——在取樣控制理論中，衝量（窄脈衝的面積）相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上，其效果（環節的輸出響應波形）基本相同，這就是面積等效原理（重要理論基礎）
什麼是SPWM？Sinusoidal PWM正弦脈寬調製，脈衝的寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形稱為SPWM波形。
SPWM法就是以面積等效原理為理論基礎，用脈衝寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈衝電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等，通過改變調製波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。
計演算法與調製法——按照計算結果控制逆變電路中各開關器件的通斷，就可以得到所需要的pwm波形，稱之為計演算法； 把希望輸出的波形作為調製訊號，把接受調製的訊號作為載波，通過訊號波的調製得到pwm波形稱之為調製法。調製訊號波為正弦波時得到的是SPWM波形。
單極性PWM控制方式和雙極性控制方式——
單項橋式PWM逆變電路
特定諧波消去法——
在PWM控制電路中，載波頻率f與調製訊號頻率f之比為載波比N。
PWM的調製有哪些？PWM調製方式可分為非同步調製和同步調製兩種。 非同步調製：載波訊號和調製訊號不保持同步的調製方式。通常保持載波頻率固定不變，當訊號波頻率變化時，載波比是變化的。 同步調製：載波比等於常數，並在變頻時使載波和訊號波保持同步的方式。
分段同步調製，即把逆變電路的輸出頻率範圍劃分成若干個頻段，每個頻段內都保持載波比恆定，不同頻段的載波比不同。在輸出頻率高頻段使用較低載波比，使載波頻率不致太高限制在功率開關器件允許的範圍內。在輸出頻率低頻段用較高的載波比使載波頻率不致過低對負載產生不利影響。
自然取樣法和規則取樣法
兩相控制方式優點：1、在訊號波的1/3週期內開關器件不動作，可使功率器件的開關損耗減少1/3 2、最大輸出電壓基波幅值Ud，和相電壓控制相比直流電壓利用率提高15%
3、輸出線電壓中不含低次諧波 4、控制方式相對複雜。
PWM跟蹤控制技術——跟蹤控制法常用的有滯環比較方式和三角波比較方式
PWM整流電路的控制方法：間接電流控制、直接電流控制（引入交流電流反饋）
第八章軟開關技術
硬開關與硬開關電路（開關過程為硬開關的電路）
軟開關電路——在硬開關電路中加入小電感小電容，通過在開關過程前引入諧振，使開關開通前電壓先降到零，關斷前電流先降到零，就可以消除開關過程中電壓電流的重疊，降低電壓電流的變化率，從而大大減小甚至消除開關損耗。同時諧波過程限制了開關過程中電壓電流的變化率，使得開關噪聲也顯著減小，這樣的電路就是軟開關電路，這樣的開關過程就是軟開關。
軟開關電路的開通過程和關斷過程——軟開關包括軟開通和軟關斷，軟開通過程中在開關開通前電壓先下降到零後，電流再緩慢上升到通態值，所以開關開通時不會產生損耗和噪聲，這種開通方式稱為零電壓開通。軟關斷過程在開關關斷前電流先下降到零後，電壓再緩慢上升到通態值，則開關關斷時也不會產生損耗和噪聲，這種關斷方式稱為零電流關斷。
軟開關電路的分類——根據軟開關技術發展歷程分為準諧振電路、零開關pwm電路、零轉換PWM電路。根據電路中主要的開關器件是零電壓開通還是零電流關斷分為零電壓電路和零電流電路。
典型的軟開關電路——零電壓開關準諧振電路、諧振直流環（適用於變頻器的一種軟開關）、移相全橋型零電壓開關PWM電路、零電壓轉換PWM電路
第九章電力電子器件應用的共性問題
電力電子器件的驅動電路——驅動電路的基本作用（隔離/轉換）1轉換:將資訊電子電路傳來的訊號按照其控制目標的要求轉換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以可以使其開通和關斷的訊號；2隔離：驅動電路提供控制電路與主電路之間的電氣隔離。
電力電子器件分為電流驅動型和電壓驅動型
閘流體觸發電路的四個要求1觸發脈衝寬度應保證閘流體可靠導通，對感性和反電動勢負載的變流器採用寬脈衝和脈衝列觸發，雙星型帶平衡電抗器電路的觸發脈衝應寬於30度，三相全控橋電路寬於60度或採用相隔60度的雙窄脈衝觸發。2觸發脈衝有足夠的幅度。3觸發脈衝應不超過閘流體門極的電壓、電流和功率定額且在門極伏安特性的可靠觸發區域之內。4有良好的抗干擾性。溫度穩定性及與主電路的電氣隔離。
電力電子器件的保護——過電壓保護、過電流保護
過電壓的產生——外因過電壓（雷擊過電壓、操作過電壓）與內因過電壓（電力電子裝置內部器件的開關過程分為換向過電壓和關斷過電壓）
過電流分為過載和短路
過電壓保護——過電壓保護措施 （1）阻容保護（2）整流式阻容保護（3）非線性元件保護
過電流保護——措施：快速熔斷器、直流快速斷路器、過電流繼電器
MOSFET的柵極保護、du/dt保護、di/dt保護
緩衝電路（吸收電路）抑制電力電子器件內因過電壓或過電流，減少器件開關損耗。關斷緩衝電路用於吸收器件關斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt減少關斷損耗。開通緩衝電路用來抑制器件開通時的電流過沖與di/dt，減少器件的開通損耗。
電力電子器件的串聯並聯
第十章電力電子技術的應用
閘流體直流電動機系統：工作在整流狀態時，工作於有源逆變狀態時
變頻器和交流調速系統——交直交變頻器 、 交流電動機變頻調速的控制方式、不間斷電源（UPS）、開關電源
交流電動機變頻調速的控制方式——恆壓頻比控制、轉差頻率控制、向量控制和直接轉矩控制。
電力電子技術在電力系統中的應用——高壓直流輸電、無功功率控制、電力系統的諧波抑制、電能質量控制、柔性交流輸電與定製電力技術。