第9章电力电子技术ppt课件.ppt

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1、第9章电力电子技术范国伟安徽工业大学电力电子技术电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，它可以看成是弱电控制强电的技术。电力电子器件是电力电子技术的基础，目前的电力电子器件均是由半导体材料制成的，故也称电力半导体器件。因此，电力电子器件也往往专指电力半导体器件。现代电力电子技术发展与电力半导体器件的发展密不可分，随新型控制器件的诞生，新型变换电路也有新突破。9.1电力半导体器件电力电子器件发展非常迅速，品种也非常多，但目前最常用的主要有：电力二极管、晶闸管（SCR）及晶闸管派生器件、可

2、关断晶闸管（GTO）、双极型功率晶体管（BJT或GTR）、功率场效应晶体管（P-MOSFET）、绝缘栅双极型功率晶体管（IGBT），以及新型的功率集成模块PIC、智能功率模块IPM等。9.1.1晶闸管晶闸管又称可控硅（SiliconControlledRectifier）是实现大容量功率变换和控制的半导体器件，在整流、逆变、变频、调压和开关控制等方面得到了广泛的应用。20世纪60年代以来，晶闸管研制和应用发展很快，特别是近年来在电力牵引、交流传动与控制技术中，晶闸管器件都起着十分关键的作用，晶闸管变流技

3、术正向着集成化、模块化方向发展。1、晶闸管的结构和工作原理晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K、门极G。①晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管的正向导通必须有一定的条件——阳极加正向电压，同时门极还必须加正向触发电压。②晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用。要使晶闸管关断，必须做到亮点：一是将阳极电流减小到小于其维持电流IH，二是将阳极电压减小到零或使之反向。2、晶闸管的派生器件1）快速晶闸管（FST）和高频晶闸管快速晶闸管和高频晶闸管主要用于斩波电路和高频逆变电

4、路中。普通晶闸管的关断时间为几百微秒，快速晶闸管为几十微秒，而高频晶闸管为10s左右。与普通晶闸管相比，高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额都不易做高。2）双向晶闸管（TRIAC）双向晶闸管是由一对反并联连接的普通晶闸管构成，电路简单，工作稳定可靠，常用在交流电路中进行调压，3）逆导晶闸管（RCT）逆导晶闸管是将普通晶闸管与一个续流二极管反并联集成在同一硅片上，是一种反向导通的晶闸管。这种器件不具有承受反向电压的能力，一旦承受反向电压即导通。4）光控晶闸管（LTT）光控晶闸管是利用一定波长的光照信号控制

5、的开关器件.5）门极可关断晶闸管（GTO）可关断晶闸管也属于PNPN四层三端器件，普通晶闸管只能用门极正信号触发其导通。9.1.2其它电力半导体器件1）电力晶体管（GTR）电力晶体管（GiantTransistor）是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor,BJT），应用于高电压大电流场合。它具有自关断，开关时间短，饱和压降低和安全工作区宽等优点，被广泛应用于交直流电机调速，中频电源等电力变流装置。2）电力场效应晶体管（power-MOSFET）电力场效

6、应晶体管是一种大功率的场效应晶体管，它有源极S、漏极D和栅极G三个极，其基本结构及其符号如图9-9所示。它和场效应晶体管一样可以分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类：①结型场效应管：它利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制来改变漏极、源极之间的导电沟道宽度，从而控制漏、源极间电流的大小。②绝缘栅型场效应管：它利用栅极和源极之间电压产生的电场来改变半导体表面的感生电荷改变导电沟道的导电能力，从而控制漏极和源极之间的电流。3）绝缘栅双极型晶体管（IGT或IGBT）绝缘栅双极晶体管（Insulated-ga

7、teBipolarTransistor,IGBT或IGT）是由一个栅极为MOS结构的（绝缘栅）晶体管并联一个其基极同PNP晶体管互补连接的NPN晶体管，这种连接方式恰好是PNPN四层的晶闸管等效电路（如图9-11(a)）。其等效电路如图9-11（b）所示。它综合了MOS场效应晶体管（MOSFET）和双极晶体管（GTR）的优点，因此，逐步取代了MOSFET和GTR的单独使用。IGBT具有输入阻抗高，开关速度快，工作电压高，承受电流大，驱动电路简单，功率大等优点。4）静电感应晶体管（SIT）静电感应晶体管（

8、StaticInductionTransistor）是一种多子导电的器件，它实际上是一种结型场效应晶体管。将用于信息处理的小功率SIT器件的横向导电结构改为垂直导电结构，即可制成大功率的SIT器件。其符号如图9-13所示，三个引出极分别为源极S、漏极D和栅极G。在栅极信号时，源极和漏极之间的N型半导体是很宽的垂直导电沟道，因此SIT称为正常导通型器件。在栅源极加负电压信号时，P型和N型层之间的PN结受反向电压形成了耗尽层，耗尽层不导电，如果