机车电力电子技术.ppt

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1、机车电力电子技术广州铁路职业技术学院谭民杰第一章绪论第一节概述电子技术包括：信息电子技术、电力电子技术。电力电子技术包括：电力电子器件、电力电子变流技术、控制技术。电力电子技术的任务：实现电力变换。电力变换通常可分四大类：1.AC-DC变换，即将交流电变换为直流电，称为整流。2.DC-AC变换，即将直流电变换为交流电，称为逆变。3.DC-DC变换，即将一种电压的直流变为另一种电压的直流，可用直流斩波器实现。4.AC-AC变换，即把交流电的参数（幅值、频率）加以转换，称为交流变换。第二节电力电子技术的应用电力电子技术应用于工业生产、交通运输、电力系统、新能源系统、通讯系统、计算机系统、医疗设备

2、、家电等行业：1.工业生产：用于电力拖动中的水泵、风机、压缩机，变频技术的交直流调速，整流电源的电解、电镀。2.交通运输：用于电气化铁路中的直流传动电力机车整流或斩波装置，交流传动电力机车变频调速装置，城市电车的斩波或变频装置等。3.电力系统：用于直流输电的送电端整流，受电端的逆变，晶闸管控制无功补偿等。4.新能源：用于太阳能、风力发电装置与电力系统连接。5.通讯计算机：UPS与开关稳压电源直流源系统。6.医疗设备：激光、超声波、扫描机的高压电源。7.家用电器：变频空调、冰箱、电子节能灯等。第三节电力电子技术的发展趋势电力电子器件具有高电压、大电流、大功率器件的特点，未来发展主要在以下方面：

3、1.由半控型器件向全控型器件转移。2.向高频快速方向发展。3.大功率电力电子器件采用模块化封装。4.采用数字化控制方式。5.采用新型半导体材料制造新型功率器件。第二章电力电子器件第一节电力电子器件概述一、电力电子器件的发展概况自1947年美国贝尔实验室发明晶体管半导体固态电子学诞生。50年代后，以硅二极管为代表的电力半导体器件及相应的变流技术装置迅速发展，1957年美国通用电气研制第一只可控型电力电子器件—晶闸管（SCR）。半导体固态电子学有两个发展方向：一是以晶体管集成电路为核心的对信息处理的微电子技术。二是以晶闸管为核心的对电能变换与控制的电力电子技术。从90年代起，电力电子技术与微电子

4、技术进一步结合使电子器件朝着大容量、智能化方向发展。如国产蓝箭列车的主变流器采用单个容量为4500V/1500A的IPM模块。在GTO、IGBT基础上发展起来的新型大功率电力电子器件，如集成门极换流晶闸管（IGCT）、发射极关断晶闸管（ETO）、电子注入增强型门极晶体管等，容量达到4500V/3000A,有的达到6000V/6000A。二、电力电子器件的分类1.根据不同的开关特性，电力电子器件可分三大类：（1）不可控器件：通常为两端器件，具有整流作用，无控制功能。如：PN结整流管等。（2）半控型器件：通常为三端器件，控制信号只能控制开通，不能控制关断。如：普通晶闸管（SCR)快速晶闸管、双向

5、晶闸管、逆导型晶闸管、光控晶闸管。（3）全控器件：也为三端器件，控制信号可控制开通，也可控制关断。如：可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）三端场控器件（绝缘栅极晶体管IGBT、静电感应晶体管SIT）等。2.根据体内电子和空穴两种载流子参入导电情况，电力电子器件可分三种类型：（1）单极型：一种载流子参入导电的器件。如：功率MOSFET、静电感应晶体管等。(2)双极型：电子和空穴两种载流子参入导电的器件。如：PN结整流管、普通晶闸管、电力晶体管。（3）混合型：由单极型和双极型两种器件组成的复合型器件，如：绝缘栅双极晶体管（IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）等。3.根据控制信号不同，电

6、力电子器件可分二种类型（1）电流控制型电力电子器件：由PN结组成的电力电子器件电子和空穴都参入导电。为了控制器件的开通与关断，必须给器件体内注入电流或从体内抽出电流。电流控制型器件可分二类：一是晶体管类，如：电力晶体管及模块。二是晶闸管类，如：普通晶闸管、可关断晶闸管。电流控制器件的共同特点：1）器件内有电子和空穴两种载流子导电，2)具有导电调制效应，3）控制极输入阻抗低，控制电流、控制功率大。（2）电压控制型器件（场效应电力电子器件）：器件内主电极（漏极、源极或阳极、阴极）传导的工作电流是通过加在第三极（栅极或门极）上的电压在主电极间产生可控电场来改变其大小和断通状态的。加在第三极为电压信

7、号，故称电压控制型器件。因为主电极间产生的电场控制电流，也称场控器件或场效应器件。电压控制型器件的共同特点：1)输入阻抗高。2）工作频率高。3）工作温度高。第二节电力二极管一、电力二极管的工作原理电力二极管由一个大面积PN结和两端引线及封装组成。PN结具有单向导电性。正向电压（正向偏置）：二极管阳极（A极）极接电源正极，阴极（K极）接电源负极。反向电压（反向偏置）：二极管阳极（A极）极接电源负极，阴极（K极）