船舶电力推进第三讲详解.pptx

船舶电力推进技术 第三讲 船舶交流电力推进系统及其变频器 3.1交流电力推进系统概述 K－变频器；KZ－控制装置Y－原动机；G－交流发电机；M－交流电动机 交流电力推进系统方框图 3.1交流电力推进系统概述 交流电力推进系统优点 （1）交流电机的极限容量大。 （2）降低了电机的总损耗，提高了效率。 （3）可以采用较高的电压。 （4）交流电机的结构比直流电机简单，维护方便。 3.1交流电力推进系统概述 交流电力推进系统主要设备的参数 （1）推进电动机功率 （2）电站机组数量及负荷率 （3）电压等级 （4）变频器型式 （5）螺旋桨型式 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 3.2.1电力二极管 20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器。虽是不可控器件，但其结构和原理简单，工作可靠，直到现在仍然大量应用于许多电气设备当中，特别是快恢复二极管和肖特基二极管，仍分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合具有不可替代的地位。 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 电力二极管的工作原理 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管是一样的，都是以半导体PN结为基础的。 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 电力二极管的基本特性 电力二极管的伏安特性 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 电力二极管的主要参数 （1）正向平均电流IF(AV) （2）正向压降UF （3）反向重复峰值电压URRM （4）最高工作结温TJM （5）浪涌电流IFSM 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 电力二极管的主要类型 （1）普通二极管 （2）快恢复二极管 （3）肖特基二极管 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 3.2.2晶闸管 晶闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR），以前被简称为可控硅。 晶闸管的外形、结构、电气图形符号 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 晶闸管导通的工作原理可以用双晶体管模型来解释 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 晶闸管的基本特性 晶闸管的伏安特性 IG2 IG1 IG （1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。 （2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。 （3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。 （4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 晶闸管的主要参数 （1）电压定额 1）断态重复峰值电压UDRM 2）反向重复峰值电压URRM 3）通态（峰值）电压UTM （2）电流定额 1）通态平均电流场IT(AV) 2）维持电流IH 3）擎住电流IL 4）浪涌电流ITSM 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 3.2.3门极可关断晶闸管（GTO） 门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor－GTO)是晶闸管的一种派生器件，但可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，因而属于全控型器件。GTO的许多性能虽然与绝缘栅双极晶体管、电力场效应晶体管相比要差，但其电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 GTO的结构和工作原理 GTO的内部结构和电气图形符号 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 GTO的主要参数 （1）最大可关断阳极电流IATO （2）电流关断增益βoff 其他参数都和普通晶闸管相应的参数意义相同 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 3.2.4绝缘栅双极晶体管(IGBT) 绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了GTR和MOSFET的优点，具有良好的特性。因此，自其1986年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 IGBT的结构和工作原理 IGBT的结构、等效电路及电气符号 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 IGBT的基本特性 IGBT的转移特性和输出特性 3.2推进变频器用大功率电力电子器件 （1）IGBT开关速度高，开关损耗小。 （2）在相同电压和电流定额的情况下，IGBT的安全工作区比GTR大，而且具有耐脉冲电流冲击的能力。 （3）IGBT的通态压降比MOSFET低，特别是在电流较大的区域。 （4）IGBT的输入阻抗高，其输入特性与电力MOSFET类似。 （5