电力电子技术课件中国石油大学版本).ppt

第1章　电力二极管和晶闸管 电力电子器件是电力电子电路的基础。 掌握:特性和正确使用方法 本章 首先简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题 然后分别介绍几种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。 §1.1　电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的特征 一、概念 1.主电路（main power circuit）： 在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的强电电路。 2.电力电子器件（power electronic device）： 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 二、广义上分为两类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空器件) 半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅) 三、与处理信息的电子器件相比，一般具有如下的特征： 1.所能处理的电压电流较大。主电路功率达MW级。 2.电力电子器件一般都工作在开关状态。 处理的电功率较大，为了减小本身的损耗，提高效率。 3.注重器件的功率损耗和散热问题。 通常PE器件所能切换控制的功率很大，可达数kW，但本身所允许的功耗却只有100W左右。通常需要安装散热器，风冷或水冷。 4.需要驱动与隔离。 强、弱电系统之间电气隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰，提高可靠性。 5.注重对器件的保护。 通常采用吸收（缓冲)）保护电路来限制器件的du/dt和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件过压击穿。 通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 开关过程中的电压、电流乘积较大，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素 。 主 要 损 耗 通态损耗： 断态损耗： 开关损耗： 开通损耗：在器件开通的转换过程中产生的损耗 关断损耗：在器件关断的转换过程中产生的损耗 导通时器件上有一定的通态压降 阻断时器件上有微小的断态漏电流流过 器件发热的原因：损耗 四、电力电子系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成 通过 控制 电力电子 器件 导通 关断 由 信 息 电 路 组 成 电气隔离 保护电路 控制端 器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。 1.1.2 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 不可控器件 电力二极管（Power Diode）只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的，不需要驱动电路。 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。 这类器件主要指晶闸管。 全控型器件 既可控其导通，又可控其关断。又称自关断器件。 目前最常用的是GTR、IGBT、电力MOSFET、 GTO。 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。如GTR。 电压驱动型：通过加在控制极与公共端之间的电压产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态的，故亦称作压控器件或场控器件。如MOSFET、IGBT 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的波形 脉冲触发型：通过从控制端施加脉冲信号来实现导通或者关断的控制，一旦成功则无需持续施加该信号亦可维持开通或关断状态。 电平控制型：通过在控制极与公共端之间持续施加一定电平的电压或电流才能使器件维持导通或关断状态。 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 单极型器件:由一种载流子参与导电的器件（MOSFET） 双极型器件:由电子和空穴两种载流子参与导电的器件（GTR、SCR、GTO、二极管）、 复合型器件:（IGBT）由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件则被称为复合型器件，也称混合型器件。 1.2 不可控器件棗电力二极管 1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 1.2.2 电力二极管的基本特性 1.2.3 电力二极管的主要参数 1.2.4 电力二极管的主要类型 1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 以半导体PN结为基础,由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成。 外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号 A K A K a) I K