电力电子技术第1章电力电子器件1.ppt

第1章 电力电子器件 1.1 电力电子器件概念 电力电子器件——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是器件最重要的参数 二、电力电子器件的分类 按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为三类： （1）半控型器件——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断（晶闸管） （2）全控型器件——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件（MOSFET、IGBT） （3）不可控器件——不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路（二极管） 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类 （1）电流驱动型——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制 （2）电压驱动型——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断 按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类 （1）单极型器件（2）双极型器件（3）复合型器件 1.3 半控器件—晶闸管 一、晶闸管的结构与工作原理 外形有螺栓型和平板型两种封装 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端 对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，另一端较粗的是阴极，细的是门极 平板型封装的晶闸管，两个平面分别是阳极和阴极，细长端是门极 式中?1和?2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式（1-1）—（1-4）可得 （1-5） 晶体管的特性是：在低发射极电流下? 是很小的，而当发射极电流建立起来之后，? 迅速增大。 阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光直接照射硅片，即光触发 光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中之外，其它都因不易控制而难以应用于实践，称为光控晶闸管（Light Triggered Thyristor——LTT） 只有门极触发（包括光触发）是最精确、迅速而可靠的控制手段 二、晶闸管的基本特性 三、晶闸管的主要参数 (4)浪涌电流ITSM ——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流 (1)???? 断态电压临界上升率du/dt 指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率 四、晶闸管的派生器件 图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号 图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 图1-8 晶闸管的伏安特性 图1-9 晶闸管的开通和关断过程波形 图1-10 双向晶闸管的电气图形符号和伏安特性 图1-11 逆导晶闸管的电气图形符号和伏安特性 图1-12 光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性 IG2IG1IG 返回 返回 电气图形符号 伏安特性 返回 电气图形符号 伏安特性 返回 电力电子技术 西安交通大学电力电子与新能源技术研究中心(PENEC)制作 电力电子技术 电力电子器件的概念及分类 电力电子器件的发展历史 半控型电力电子器件——晶闸管 一、电力电子器件的特征 电力电子器件一般工作在开关状态 电力电子器件常常需要信息电子电路来控制 电力电子器件的功率损耗通常比信息电子电路器件的大 1.2 电力电子器件的发展历史 1957年发明晶闸管 全控型器件 GTO GTR MOSFET 复合型器件 IGBT IGCT MCT 集成功率电路 PIC HVIC IPM 晶闸管的结构与工作原理 晶闸管的基本特性 晶闸管的主要参数 晶闸管的派生器件 a)外形 b)结构 c)电气符号图 1.晶闸管的结构 2.晶闸管的工作原理 A、K接正向电压，灯泡不燃亮 A、K接正向电压，G、K接负电压，灯泡不燃亮 A、K接正向电压，G、K接正电压，灯泡燃亮 A、K接负向电压，灯泡不燃亮 A、K接负向电压，无论G、K接何种电压灯泡不燃亮 灯泡燃亮后，撤除G、K间电压或G、K间接负向电压，灯泡仍然燃亮 灯泡燃亮后，撤除A、K间电压或A、K接负向电压，灯泡熄灭 2.1晶闸管的导通实验 2.2晶闸管的通、断规律 当晶闸管承受阳极反向电压时，无论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态 当晶闸管承受阳极正向电压时，仅在门极承受正向电压时，晶闸管才能导通，两者缺一不可 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用 要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电压，或者给阳极施加反压，或者降低正向阳极电压，使通过晶闸管的电流降低到一定数量以下 当门极未加触发电压时，晶闸管具有正向阻断能力 a) 双晶体管模型 b) 工作原理 晶闸管内部