电工学-电力电子技术

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1、第19章电力电子技术19.1电力电子器件19.2可控整流电路19.3逆变电路19.4交流调压电路本章要求：1.了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线和主要参数；2.了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；3.了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩波电路的工作原理和应用。第19章电力电子技术19.1电力电子器件(1)不控器件器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管(D)。(2)半控器件器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管(T)。(3)全控器件器件的导通和

2、关断均具可控的功能。如可关断晶闸管(GTO)、功率晶体管(GTR)、功率场效晶体管(VDMOS)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。19.1.1电力电子器件的分类电力电子器件的符号电力电子器件的主要性能指标电压、电流、工作频率。KGATKADKGAGTOGSDVDMOSBECGTRGECIGBT19.1.2晶闸管晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等

3、方面。优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。（SiliconControlledRectifier）G控制极1.基本结构K阴极阳极AP1P2N1N2晶闸管具有三个PN结。(c)结构KGA(b)符号(a)外形晶闸管的外形、结构及符号四层半导体三个PN结P1P2N1N2KGA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合PPNNNPAGK+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKG2.工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和

4、导通，此过程称触发导通。形成正反馈过程EA>0、EG>0AKGEA+_RT1T2EG_+EA+_RT1T2EGA_+K晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。2.工作原理EA>0、EG>0形成正反馈过程G晶闸管导通的条件：(1)晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。(2)晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：(1)必须使可控硅阳极电流减小，直到正反馈效应不能维持。

5、(2)将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。正向特性反向特性URRMUFRMIG2>IG1>IG0UBRIFUBO正向转折电压IHOUIIG0IG1IG2+_+_反向转折电压正向平均电流维持电流U3.伏安特性4.主要参数(1)正向重复峰值电压UDRM晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般UDRM比正向转折电压UBO低100V。(2)反向重复峰值电压URRM晶闸管控制极开路时,可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。一般URRM比反向转折电压

6、UBO

7、低

8、100V。(3)正向平均电流IF环境温度为40°C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。IFt2如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸管IF为1A—1000A。(4)维持电流IH在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P--普通晶闸管K--快速晶闸管S--双向晶闸管晶闸

9、管KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。双向晶闸管特点：相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。晶闸管双向触发导通。UA2>UA1时控制极相对于A1加正脉冲，uGA1>0，晶闸管正向导通，电流从A2流向A1。UA2

10、加负触发信号，晶闸管关断。GTO全控示意图KGAiGiAREAiGiA19.1.3功率晶体管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管1.功率晶体管2.功率场效应晶体管3.绝缘栅双极晶体管这种晶体管主要作为功率开关使用。这种场效应管的漏极电流较大，可达几百A；耐压较高，漏-源电压可达千伏；效率较高、速度较快。这种晶体管综合了功率晶体管和功率场效应晶体管的优点，具有较高的电压与电流和工作频率，其关断时间可缩短到40ns。19.2可控整流电路19.