电力电子技术 教学课件 作者 高文华 电力电子技术模块1.ppt

模块1：电力电子器件基础知识 1.1 概述 1.2 电力二极管 1.3 晶闸管 1.4 门极关断晶闸管 1.5 电力晶体管 1.6 电力场效应晶体管 1.7 绝缘栅双极晶体管 1.8 其他新型功率开关器件 1.9 任务实施——电力电子器件测试 1.10知识拓展——谐振软开关基本概念 小结 1.1 概述 1.电力电子器件的发展 2.电力电子器件的使用特点 3.电力电子器件的分类 4.电力电子技术主要组成部分 电力电子器件使用特点 1.导通压降 2.运行频率 3.器件容量 4.耐冲击能力 5.可靠性 电力电子技术主要组成部分 电力电子技术主要组成部分 电力变换分四大类 交流变直流——整流（AC-DC变换器） 直流变交流——逆变（DC-AC变换器） 直流变直流——斩波（DC-DC变换器） 交流变交流——交交变换（AC-AC变换器） 1.2 电力二极管 电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，它与其他电力电子器件相配合，作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件，在各种变流电路中发挥着重要作用； 它的基本结构、工作原理和伏安特性与信息电子电路中的二极管相同，以半导体PN结为基础； 主要类型有普通二极管、快恢复二极管和肖特基二极管； 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成，从外形上看，大功率的主要有螺栓型和平板型两种封装，小功率的和普通二极管一致。 1.3 晶 闸 管 晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR，普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。 从1957年美国研制出第一只普通晶闸管以来，至今已形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品 ； 晶闸管作为大功率的半导体器件，只需用几十至几百毫安的电流，就可以控制几百至几千安培的大电流，实现了弱电对强电的控制 ； 晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等优点，曾经在许多领域中得到了广泛的应用。 一、晶闸管的结构 晶闸管具有四层PNPN结构，引出阳极A、阴极K和门极G三个联接端； 晶闸管的常见封装外形有螺栓型、平板型、塑封型； 晶闸管对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便；平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。 二、晶闸管的导通和关断条件 〔简单描述〕晶闸管SCR相当于一个半可控的、可开不可关的单向开关。 导通和关断条件 三、晶闸管的工作原理分析 四、晶闸管的阳极伏安特性 晶闸管的阳极与阴极间的电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏安特性。（见图1-5） 四、晶闸管的阳极伏安特性 1) 正向特性 IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低。 导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿。 晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。IH称为维持电流。 四、晶闸管的阳极伏安特性 2) 反向特性 晶闸管上施加反向电压时，伏安特性类似二极管的反向特性。 晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反相漏电流流过。 当反向电压超过一定限度，到反向击穿电压后，外电路如无限制措施，则反向漏电流急剧增加，导致晶闸管发热损坏。 五、晶闸管的主要参数 1. 额定电压（UTn） 1)?正向断态重复峰值电压UDRM——在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 2)?反向阻断重复峰值电压URRM—— 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。 3)?通态（峰值）电压UTM——晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。 举例： 一晶闸管用于相电压一晶闸管用于相电压为220V 的单相电路中时，器件的电压等级选择如下： 2. 额定电流（通态平均电流）IT(AV) 　定义：在环境温度为+140度和规定的散热条件下，晶闸管在电阻性负载时的单相、工频（50Hz）、正弦半波（导通角不小于170度）的电路中，结温稳定在额定值125度时所允许的通态平均电流。 注意：由于晶闸管较多用于可控整流电路，而整流电路往往按直流平均值来计算，它是以电流的平均值而非有效值作为它的电流定额。 闸管的通态平均电流IT(AV)和正弦电流最大值Im之间的关系表示为： 正弦半波电流的有效值为：