第7章电力电子技术及其应用

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1、第7章电力电子技术及其应用本章要点•晶闸管的结构、工作原理和特性•单相可控整流电路•单结晶体管触发电路本章难点•单相可控整流电路的分析与计算7.1电力电子技术简介电力电子技术是应用于电力领域、以电力为对彖的电子技术，它是一门横跨电力、电了和控制的边沿学科，利川电力电了器件对电能进行变换和控制的一门技术。以普通晶闸管为代表的人功率半导体器件及由它们组成的可控整流、逆变、交流调压、肓流斩波、变频器和无触点开关等是电力电子技术研究的主要内容。7.1.1电力电子技术的发展1.电力电了器件传统的电力电子器件主要是晶闸管及由它派生的器件。1957年第一

2、只晶闸管出现Z后,衍牛出快速晶闸管、逆导品闸管、双向品闸管、不对-称品闸管等。随着微电子技术与电力电了技术相结合，研制出了新一代高频、全控型电力电了器件,主要冇可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、人功率场效应晶体管（MOSFET）等。电力电子器件的发展趋势：大容量、高频化、模块化、功率集成化。电力电子技术也将由半控型、全控型器件进入了一个全新的智能型时代。晶闸管包括：普通晶闸管及其派生器件。自从第一只晶闸管问世以来，得到了广泛地应用和迅速地发展，器件的电流和电压等参数和性能均有很人的提高，单只普通晶闸

3、管的容量已达8000Vs6000Ao2.电力电了电路电力电子电路是以电力电子器件为核心，通过对不同电路和各种控制实现对电能的转换和控制。从最初的整流电路发展到逆变电路、总流斩波电路、交流调压电路、变频电路等。使电能的变换更加完善。电力电子电路主要有：（1）交流一肓流变换器：把交流电能转换为可调的直流电能的电路，又称可控整流电路。（2）直流一交流变换器：把直流电能转换为交流电能的电路，乂称逆变电路。把直流电能转换称工频交流电能并返送交流电网称为有源逆变。把直流电能转换成固定工频率或频率可调的交流电能供给伏在称为无源逆变。（3）直流一总流变换器

4、：把固定的点流电能转换成可调的总流电能的电路，亦称直流斩波电路。（4）交流一交流变换器：把某一频率的交流电能转换成幅值、频率或相位可调的交流电能的电路。対交流电的频率进行转换的电路称变频电路。改变交流电有效值的电路称为交流调压电路。7.1.2电力电子技术的应用电力电子技术广泛的应用于牛产和住活中，工业、交通运输业、电力、家用电器诸多方面等。工业中交直流电动机的调速，电解、电镀需耍的直流电源，冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等。交通运输业中直流电气机车采用的整流装置，交流机车采用的变频装證，电动汽车电机的驱动与控制

5、，飞机、轮船屮的各种电源、电梯调速的交流变频装置等。电力系统中总流远距离输电，交、直流操作电源，蓄电池充电等。家用电器中照明的节能和控制，冰箱、空调的变频调速等。此外航空、航天设备中各种电子仪器的电源，计算机及通讯电源，不间断电源和开关电源等。这些都需要采用电力电子技术。7.2晶闸管的结构和工作原理品闸管（Thyristor）是品体闸流管的简称，最初被称作町控（S订iconContro1ledRectifier—SCR）,是一种大功率的电力电了器件。晶闸管包括普通晶闸管及其派生器件。由于普通晶闸管应用最为普遍，在本书屮主要以普通晶闸管为例进

6、行介绍，只要不加说明，所述的晶闸管即为普通晶闸管。(b)(c)7.2.1晶闸管的结构(a)1.晶闸管的外形结构图7.1晶闸管的外形晶闸管是一种四层三端功率半导体器件，向外引出三个电极，阳极（A）、阴极（K）和门极（G）。其结构如图7.1所示，从外形主要有螺栓型和平板型两种。晶闸管工作时由于通过大电流，发热量较大，必须安装散热器。图（G是小电流塑封式，允许通过的电流203第七章电力电子技术及应用较小，一般常用于通过5A的电流，当电流较大时，也需安装散热片。图(b)是螺旋式，品闸管的阳极紧栓在铝制的散热器上，阳极与散热器之间并不绝缘，允许通过的

7、电流一般在1OOA以下。图(c)是平板式，由两个彼此绝缘的散热器把管了紧紧夹在其中，散热效果鮫好，但安装、更换较麻烦，常用于通过200A以上的电流。1.晶闸管的等效模型和符号管子由四层半导体(PNP2N2)、三个电极(A、K、G)组成，形成了三个PN结(J】、瓦JQ。内部结构如图7.2所示。无论在晶闸管的阳极和阴极之间加上正向或反向电压,总有一个PN结处于反向阻断状态，管子不会导通。从图7.2(a)晶闸管的内部原理电路,管子的四层半导体①肝此)可以等效为由两个三极管V1(PNPJ和V2(NPN)组成，如图7.3所示。zJIJ2J3(b)图

8、7.2晶闸管的内部结构及等效电路(a)内部结构(b)二极管等效电路AQ(a)(b)(c)图7.3晶闸管的三极管等效电路及符号(a)内部原理等效电路(b)三极管等效电路(c)符号7