电力电子(模板)第1章资料备课讲稿.ppt
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1、电力电子(模板)第1章资料绪绪 论论 电力电子设备发展的特点是:(1)微机和现代控制理论的应用,使电微机和现代控制理论的应用,使电力电子设备走出了过去仅进行将交、力电子设备走出了过去仅进行将交、直流变换用做一般工业直流电源的初直流变换用做一般工业直流电源的初级阶段,开拓了高科技领域的应用。级阶段,开拓了高科技领域的应用。(2)完善的电路理论及新的设计方法,完善的电路理论及新的设计方法,使产品性能更先进、更符合生产实际使产品性能更先进、更符合生产实际的需要。的需要。绪绪 论论(3)微电子技术与电力电子技术开始相微电子技术与电力电子技术开始相互渗透结合,使电力电子设备效率提互渗透结合,使电力电子设
2、备效率提高、速度更快、使用更方便。高、速度更快、使用更方便。(4)电路拓扑技术和结构标准化加快了电路拓扑技术和结构标准化加快了新产品的开发步伐。新产品的开发步伐。绪绪 论论 交流电路是以电力半导体器件为核心,通过不同电路的拓扑和控制方法来实现对电能的转换和控制。它的基本功能是使交流(AC)和直流(DC)电能互相转换。它有以下几种类型:绪绪 论论(1 1)可控整流器)可控整流器AC/DCAC/DC。把交流电压变换。把交流电压变换成固定或可调的直流电压。成固定或可调的直流电压。(2)有源逆变器)有源逆变器DC/AC。把直流电压变换成。把直流电压变换成为频率固定或可调的交流电压。为频率固定或可调的交
3、流电压。(3)变频器)变频器AC/AC。把频率固定或变化的交。把频率固定或变化的交流电变换成频率可调或固定的交流电。流电变换成频率可调或固定的交流电。(4)直流斩波器)直流斩波器DC/DC。把固定或变化的直。把固定或变化的直流电压变为可调或固定的直流电压。流电压变为可调或固定的直流电压。绪绪 论论 总之,由于电力半导体器件制总之,由于电力半导体器件制造技术的发展,主电路结构和控制造技术的发展,主电路结构和控制技术的开发,以及设备应用技术的技术的开发,以及设备应用技术的开发,使电力电子技术在大功率整开发,使电力电子技术在大功率整流、直流传动、交流传动、直流输流、直流传动、交流传动、直流输电、功率
4、变换、晶闸管电源、电力电、功率变换、晶闸管电源、电力电子开关等方面的应用日益扩大。电子开关等方面的应用日益扩大。第第1章晶闸管概述章晶闸管概述晶闸管是指具有三个以上的晶闸管是指具有三个以上的PNPN结,其结,其主电压主电压电流特性至少在一个象限电流特性至少在一个象限内具有导通、阻断两个稳定状态,且内具有导通、阻断两个稳定状态,且可在这两个稳定状态之间进行转换的可在这两个稳定状态之间进行转换的半导体器件。半导体器件。第第1章晶闸管概述章晶闸管概述晶闸管是由多种器件组成的家族,而晶闸管是由多种器件组成的家族,而被广泛使用的普通晶闸管则是这个家被广泛使用的普通晶闸管则是这个家族中的一员,俗称可控硅整
5、流器族中的一员,俗称可控硅整流器(SCRSCR,Silicon Controlled Silicon Controlled RectifierRectifier),简称可控硅,其规范),简称可控硅,其规范术语是反向阻断三端晶闸管。术语是反向阻断三端晶闸管。1.11.1 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理 1.21.2 晶闸管的特性晶闸管的特性1.31.3 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数1.41.4 双向晶闸管双向晶闸管1.51.5 功率晶体管功率晶体管1.61.6 功率场效应晶体管功率场效应晶体管1.71.7 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管第第1章晶闸管概述章晶闸管概述1.11.
6、1 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理19561956年美国贝尔年美国贝尔 实验室发明了晶闸管。实验室发明了晶闸管。19571957年年美美国国通通用用电电气气公公司司开开发发出出第第一一只只晶闸管产品。晶闸管产品。19581958年商业化。年商业化。开开辟辟了了电电力力电电子子技技术术迅迅速速发发展展和和广广泛泛应应用的崭新时代。用的崭新时代。2020世世纪纪8080年年代代以以来来,开开始始被被全全控控型型器器件件取代。取代。1.1.11.1.1晶闸管的结构晶闸管的结构 a)a)外形外形 b)b)结构结构 c)c)电气图形符号电气图形符号1.1.11.1.1晶闸管的结构晶闸管的结
7、构外形有外形有螺栓型螺栓型和和平板型平板型两种封装。两种封装。有三个联接端。有三个联接端。螺螺栓栓型型封封装装,通通常常螺螺栓栓是是其其阳阳极极,能能与与散散热器紧密联接且安装方便。热器紧密联接且安装方便。平平板板型型晶晶闸闸管管可可由由两两个个散散热热器器将将其其夹夹在在中中间。间。常用晶闸管的结构常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构1.1.21.1.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管导通晶闸管导通/关断实验电路图关断实验电路图1.1.21.1.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理归纳以上实验结果,可见:归纳以上实验结果,可见:1)晶闸管导通的条件晶闸管导通的条件
8、 阳极加正向电压,同时门极加合适的正向触发电压。2)晶闸管关断的条件晶闸管关断的条件 使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流或突加反向电压。3)晶闸管的特点晶闸管的特点 单向导电性;属半控型半导体器件;属电流控制器件。1.1.21.1.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理示意图晶闸管的工作原理示意图晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释1.1.21.1.2晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理S闭合前:I IG=0G=0I Ib2=0b2=0I Ic2=0c2=0I Ib1=0b1=0I Ic1=0 c1=0,三极管,三极管V1V1和和V2
9、V2均处于截止状态,晶闸管处于正均处于截止状态,晶闸管处于正向阻断状态。向阻断状态。开关S闭合,则外电路向门极注入电流则外电路向门极注入电流I IG G,也就是,也就是注入驱动电流,该电流最初就是晶体管注入驱动电流,该电流最初就是晶体管V2V2的基极的基极电流电流I Ib2b2,即产生集电极电流,即产生集电极电流I Ic2c2,它又是晶体管,它又是晶体管V1V1的基极电流,经的基极电流,经V1V1放大后产生集电极电流放大后产生集电极电流I Ic1c1,而而I Ic1c1此时等于此时等于1212I Ib2b2,比最初的驱动电流,比最初的驱动电流I IG G大了许多。使大了许多。使V2V2的基极电
10、流进一步增大,如此形的基极电流进一步增大,如此形成强烈的正反馈,最后成强烈的正反馈,最后V1V1和和V2V2完全进入饱和状态,完全进入饱和状态,即晶闸管导通。即晶闸管导通。1.2.11.2.1晶闸管的阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性第第I象象限限的的是是正正向特性向特性第第III象象限限的的是是反向特性反向特性1.2.11.2.1晶闸管的阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性1)正向伏安特性正向伏安特性晶闸管在门极开路晶闸管在门极开路(I IG=0)G=0)的情况下,在阳的情况下,在阳极与阴极间施加一定的正向阳极电压,器极与阴极间施加一定的正向阳极电压,器件也仍处于正向阻断状态,只有很小的正件也仍处
11、于正向阻断状态,只有很小的正向漏电流流过。向漏电流流过。外加的阳极正向电压在其转折电压以下时,外加的阳极正向电压在其转折电压以下时,只要在门极注入适当的电流只要在门极注入适当的电流(一般为毫安级一般为毫安级),器件也会立即进入正向导通状态,器件也会立即进入正向导通状态 。1.2.11.2.1晶闸管的阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性2)反向伏安特性反向伏安特性 晶闸管承受反向阳极电压时,由于J1、J3结处于反向偏置状态,晶闸管流过的电流仅由各区少数载流子形成,只有极小的反向漏电流通过,这就是器件的反向阻断状态。随着反向电压的增加,穿过J2结的少数载流子稍有增加,反向漏电流逐渐增大。1.2.21.
12、2.2晶闸管的门极伏安特性晶闸管的门极伏安特性PGMBCDAEGFLK0IFGMUGTUFGMIGTUGTUGDIGTIGDABCIHJ1.2.21.2.2晶闸管的门极伏安特性晶闸管的门极伏安特性图中图中ABCGFED所围成的区域为可靠触发区所围成的区域为可靠触发区图中阴影部分为不触发区图中阴影部分为不触发区图中图中ABCJIH所围成的区域为不可靠触发区所围成的区域为不可靠触发区1.3.11.3.1晶闸管的电压参数晶闸管的电压参数断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 在在在在门门门门极极极极断断断断路路路路而而而而结结结结温温温温为为为为额额额额定定定定值值值值时时时时,允允允允许许许许重
13、重重重复复复复加加加加在在在在器器器器件件件件上的正向峰值电压。上的正向峰值电压。上的正向峰值电压。上的正向峰值电压。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在在在在门门门门极极极极断断断断路路路路而而而而结结结结温温温温为为为为额额额额定定定定值值值值时时时时,允允允允许许许许重重重重复复复复加加加加在在在在器器器器件件件件上上上上的反向峰值电压。的反向峰值电压。的反向峰值电压。的反向峰值电压。通态(峰值)电压通态(峰值)电压UT 晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管通通通通以以以以某某某某一一一一规规规规定定定定倍倍倍倍数数数数的的的的额额额额定定定定通通通通态态态态平平平平均均均均电电电电流流流流
14、时时时时的的的的瞬瞬瞬瞬态峰值电压。态峰值电压。态峰值电压。态峰值电压。1.3.21.3.2晶闸管的电流参数晶闸管的电流参数通态平均电流通态平均电流 IT(AV)在环境温度为在环境温度为在环境温度为在环境温度为4040 C C和规定的冷却状态下,稳定和规定的冷却状态下,稳定和规定的冷却状态下,稳定和规定的冷却状态下,稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。半波电流的平均值。标称
15、其额定电流的参数。半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。使晶闸管维持导通所必需的最小电流。1.3.21.3.2晶闸管的电流参数晶闸管的电流参数擎住电流擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后,晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后,晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后,晶闸管刚从断态转入通态并移
16、除触发信号后,能能能能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说,通维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说,通维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说,通维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说,通常常常常ILIL约为约为约为约为IHIH的的的的2424倍。倍。倍。倍。浪涌电流浪涌电流ITSM指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流温的不重复性最大正向过载电流温的不重复性最大正向过载电流温的不重复性最大正向过载电流 。1.3.31.3.3晶
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