东南大学_电力电子技术课件1概要
61页1、电 力 电 子 技 术,东南大学电气学院,0. 绪论,电力电子技术就是应用于电力变换的电子技术。 电力电子技术包括电力电子器件、电路和控制三个部分,涉及电气工程三大领域:电力、电子、控制。 电力电子器件及类型 电力电子器件是由半导体材料制成的器件。主要包括三大类: 整流管:如普通整流管、快速整流管、肖特基整流管等,其伏安特性与二极管类似。 晶闸管:主要有普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管和MOS门极晶闸管等。,功率晶体管:有双极型功率晶体管、功率场效应晶体管、达林顿管、绝缘栅双极晶体管等。功率晶体管特性类似于普通晶体管,但只用于开关状态。 开关特性 电力半导体器件主要作为开关来应用。,开关器件特点:单向导电,其关断时漏电流很小,导通时有一很小的管压降。,评价开关器件品质的主要指标有容量、开关速度、驱动功率、通态压降和芯片利用率等。 各类开关器件可从容量、控制特性、工作频率等方面加以比较,由此可确定各类器件的应用领域。,电力电子技术应用 电力电子技术几乎在所有的功率电路中都有应用,其最主要的应用就是用于电力变换,也称变流。,A.CD.C 整流:如直流调速、牵引整
2、流站、电解、电镀等。 D.CA.C 逆变:如交流调速、中频电源等。 D.CD.C 斩波:如电车、地铁、电瓶车等。 A.CA.C 变频:交流调压、周波变换,逆变电路,如照明、电炉、交流调速等。 电力电子器件作为开关还可应用于无触点开关、脉冲电路等。,电力电子的应用领域广泛:各种电源,电力牵引及传动控制,高压直流输电,柔性输电,有源滤波和静止无功补偿,节能装置,家用电器,电动汽车等。 为了实现电能转换,必须对电力电子器件进行控制,主要的控制方式有:相位控制、通断控制和脉冲宽度控制。 优缺点 变流技术已从旋转式机组、水银整流器到完全由电力半导体变流技术所替代。 其主要优点为:效率高、控制特性好、反应快、寿命长、体积小等。,电力电子装置的主要缺点有三个方面: (1) 过载能力小,使保护电路复杂,保护困难; (2) 产生高次谐波,对电网有干扰,使负载特性变差; (3) 功率因数低。 电力电子技术的发展趋势 器件的发展方向主要在以下方面: 大容量化单个器件的容量不断提高,以满足高压大电流的需要,如单个晶闸管的容量已达8000V、6000A; 高频化在一定的开关损耗下尽量提高器件的开关速度,可以提高
3、系统的性能,改善波形,减小装置的体积和重量;,易驱动由电流驱动发展为电压驱动,大力发展复合型器件,如IGBT、MCT,控制驱动功率小,可用专用集成模块; 降低导通压降可提高变流效率,减小能耗; 模块化将几个器件封装在一起,缩小体积、减少连线; 功率集成化将驱动、保护、检测、控制、自诊断等功能与电力电子器件集成于一体,称为功率集成电路PIC,实现集成电路功率化,功率器件集成化。 应用新材料如碳化硅、金刚石等,可使器件的功率、频率、导通压降、耐高温等性能更优良。,电路的发展: PWM技术由全控型器件组成的电路,采用PWM技术已成为电力变换的主要方式,在逆变、斩波、变频和整流中均有应用。 数字化与智能化功率集成电路PIC和智能模块IPM的应用,使得变换电路与计算机控制技术结合更加紧密。 高效率与软开关技术应用软开关技术可使电路中的开关损耗和开关噪声大大地降低,可大幅提高开关频率,也使变换器的效率得到提高。 电压电流过零切换,以实现开关损耗降为0,且避免装置对电网与负载的电磁辐射和射频干扰。,随着新技术的大量应用,使变流装置的功率因数提高、谐波减少、动态响应更快。今后将向无公害化方向发展,使得
4、装置的功率因数接近于1,输入电流无谐波。 学习要点 电力半导体器件工作在开关状态,而电压、电流是模拟量,所以是一类非线性电路。分析电力电子线路既不能用解析的方法,也不能用状态的方法,而要借助于波形图对电路作定性分析。 学习时应重视对波形图的分析。掌握典型变流电路的工作原理、分析方法、参数计算和元件选择,详细分析几个应用实例。,1. 晶闸管及其可控整流电路,1.1 普通晶闸管 结构:是一种四层三端器件。由PNPN四层半导体材料构成,三个引出端。四层形成三个PN结。,工作原理:晶闸管内部导通工作原理可由双晶体管模型说明。,阳极电流为,晶闸管外形,晶闸管散热器,晶闸管工作演示电路,一些名词:阳极电压ua、阳极电流ia、门极电压ug、门极电流ig,正向、反向。 晶闸管工作特点: (1) 导通条件:ua、ug为正; (2) 晶闸管门极只能控制导通,不能控制关断; (3) 关断条件为阳极电流小于一定值或加上反向阳极电压。,晶闸管特性:阳极伏安特性、门极伏安特性。,晶闸管主要参数 电压参数: 正、反向不重复峰值电压UDSM、URSM,正、反向重复峰值电压UDRM、URRM,通态平均电压UT等。 晶闸
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