电力电子技术 教学课件 作者 龙志文 电力电子技术--第一章.ppt

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1、1.1电力电子器件概述1.2电力二极管1.3晶闸管1.4全控型电力电子器件1.5电力电子器件的驱动1.6电力电子器件的保护第1章电力电子器件与保护1.1电力电子器件概述1.1.1电力电子器件的概念和特征1.1.2电力电子器件组成的应用系统1.1.3电力电子器件的分类1.1.1电力电子器件的概念和特征电力电子器件1.概念1）主电路（PowerCircuit）-----在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。2）电力电子器件（PowerElectronicDevice）-----可以直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。2.分类不可控器件（电力二极管等

2、）半控型器件（普通晶闸管SCR等）全控型器件（GTR,GTO,IGBT,PowerMOSFET等）能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。3.同处理信息的电子器件相比的一般特征：1.1.1电力电子器件的概念和特征1.1.1电力电子器件的概念和特征1.1.2电力电子器件组成的应用系统电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路、检测电路和以电力电子器件为核心的主电路构成的一个完整的系统。1.1.2电力电子器件组成的应用系统我们通常将电力

3、电子系统简单的分为主电路和控制电路。主电路中的电压和电流都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主电路的连接处；检测电路与主电路的连接处，一般都需要进行电气隔离，通常采用光－电转换、磁－电转换等技术手段来传递信号。电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路控制电路电气隔离在主电路和控制电路中附加一些电路，以保证电力电子器件和整个系统正常可靠运行。1.1.2电力电子器件组成的应用系统1.1.3电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制所实现控制

4、的程度分为下列三类：不可控器件(PowerDiode)----不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。半控型器件（Thyristor）----通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断全控型器件（IGBT,MOSFET)----通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的信号的性质，我们又可以将电力电子器件分为电流驱动型和电压驱动型两类：电流驱动型----通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。电压驱动型----仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。1.1.3电力电子器

5、件的分类1.2不可控器件—电力二极管1.2.1电力二极管的工作原理1.2.2电力二极管的基本特性与参数一、电力二极管的伏安特性二、电力二极管的开关特性三、电力二极管的主要参数1.2.1电力二极管的工作原理基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装外壳组成。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。图1-2电力二极管的外形、结构和电气符号a)外形b)结构c)电气图形符号PN结的状态状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态——1.2.1电力二极管的工作原理1.2.1电力二极管的工作原理二极

6、管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿(永久性击穿）电力二极管与信息电子电路中的普通二极管的区别由于电力二极管正向导通时要流过很大的电流，其电流密度较大，因而额外载流子的注入水平较高，而且其引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响；再加上其承受的电流变化率di/dt较大，因而其引线和器件自身的电感效应也会有较大的影响。此外，为了提高器件的反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大。1.2.1电力二极管的工作原理1.2.2电力二极管的基本特性与参数一、静态特性（伏安特性）图1-3电力二极管的伏安特性门槛电压UTO，正向电流IF

7、开始明显增加所对应的电压。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流IRR。反向击穿电压UB1.2.2电力二极管的基本特性与参数二、动态特性（开关特性）延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf=t2-t1反向恢复时间：trr=td+tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf/td，或称恢复系数，用Sr表示。a)FUFtFt0trrtdtft1t2tUR