机电传动控制之电力电子技术课件.ppt

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1、电力电子技术晶闸管和全控型器件的基本工作原理及特性驱动电路及保护措施整流电路逆变电路斩波电路及PWM控制技术利用半导体电力开关器件与其相应的控制电路组成变换器，实现电功率的变换与控制的学科成为电力电子学（PowerElectronics），其技术称为电力电子技术。1电力半导体器件根据其开通与关断可控性的不同可分三类1、不可控型器件：开通与关断都不可控。整流二极管2、半控型器件：只能控制开通，不能控制关断。普通晶闸管及其派生器件3、全控型器件：开通与关断都可控。GTR、GTO、P-MOSFET、IGBT全控型电力半导体器件根据其结构和机理可分三类1、双极性器件内部电子和空穴同时参与导电：GTO,

2、GTR2、单极性器件内部只有一种载流子参与导电：P-MOSFET3、混合型双极性与单极性的集成混合：IGBT电力电子技术2电力电子技术由电力电子器件与相应控制电路组成的电力变换电路，按其功能可分为：31、不可控型开关器件大功率二极管加正向电压，导通；加反向电压，截止。最大电压、电流分别可达6kV、6kA以上正向导通压降一般为0.8~1V，相当于开关闭合理想的开关器件：肖特基二极管§1电力半导体器件4别名：可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一种大功率半导体器件，出现于60年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命

3、长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。晶闸管（Thyristor）优点：功率放大倍数大：用很小的触发脉冲就可以控制很大的功率（电流：几十A---几千A,电压几百V—几千V），功率放大倍数达几十万倍。控制灵敏：导通和关断时间很短（微秒级）。效率高：晶闸管的管压降很小，所以发热损耗小，效率达97.5%。体积小，重量轻。2、半控型开关器件5缺点：过载能力差。抗干扰能力差（就是因为放大倍数大引起的）。容易导致电网电压波形畸变。控制电路复杂。应用领域：整流（交流直流）逆变（直流交流）变频（交流交流）斩波（直流直流）此外还可作无触点开关等。晶闸管（Thyristor）6晶闸管的外形:

4、螺栓形和平板形两种螺栓形带有螺栓的那一端是阳极A，它可与散热器固定，另一端的粗引线是阴极K，细线是控制极(又称门极)G，这种结构更换元件很方便，用于电流较小(100A以下)的元件。平板形，中间的金属环是控制极G，离控制极远的一面是阳极A，近的一面是阴极K，这种结构散热效果比较好，用于电流较大的元件(200A以上)晶闸管7晶闸管的内部结构8A（阳极）P1P2N1三个PN结N2四层半导体K（阴极）G（控制极）晶闸管的结构是由四层半导体材料叠成三个PN结，并在对应的半导体材料上引出了三个电极。这三个电极分别称为：A—阳极，G—控制极，K—阴极。符号AKG晶闸管的内部结构9晶闸管试验0-t1:开关未合

5、上，控制极对阴极的电压为0，尽管阳极对阴极的电压为正，晶闸管未导通.t2-t3:阳极对阴极的电压为负，尽管控制极对阴极的电压也为正，晶闸管关断t4-t5:由于这时晶闸管处于导通状态，则维持导通；当t=t5时，由于，晶闸管关断，晶闸管处于阻断状态。t3-t4:晶闸管的阳极对阴极又开始承受正向电压，这时，控制极对阴极有正电压，所以，晶闸管又导通，电源电压再次加于上t1-t2:阳极对阴极的电压为正，由于开关合上，使得控制极对阴极的电压也为正，即晶闸管导通，晶闸管压降很小，电源电压加于电阻上10GKP1P2N1N2APPNNNPAGK工作原理示意图11APPNNNPGKigßigßßigKAGT1T2

6、由二个三极管组成的等效电路12G1.若只加UAK正向电压，控制极不加触发电压，两三极管均不能导通，即晶闸管不通。导通过程2.当UAK>0且UGK>0时，晶闸管迅速导通。UGK开始加入时，T1首先导通，ib1=ig、iC1=ib1；然后T2导通，ib2=iC1=ib1、ic2=ßib2=ib1，此后T1进一步导通，形成正反馈，A、k两极间迅速导通。KAT1T2ib1ic2ic1igib2133.晶闸管导通后，去掉电压UGK，依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；4.晶闸管截止的条件：晶闸管的A、K两极间加反向电压，或开始工作时就不加触发信号（即令UGK=0），晶闸管则不能导通；（1）（2）晶

7、闸管正向导通后，欲令其截止，必须减小UAK，或加大回路电阻，致使晶闸管中的电流减小到维持电流（IH）以下，正反馈失效，晶闸管截止。导通过程14晶闸管特性（1）若控制极不加正向电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压，晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力；（2）晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时才能使晶闸管导通，这是晶闸管导通必须同时具备的两个条件；（3）在晶闸管导通之后，其控制极就失去