电工学第七版第19章电工学-电力电子技术.ppt

第第19章章 电力电子技术电力电子技术19.119.1 电力电子器件电力电子器件电力电子器件电力电子器件19.219.2 可控整流电路可控整流电路可控整流电路可控整流电路19.319.3 逆变电路逆变电路逆变电路逆变电路19.419.4 交流调压电路交流调压电路交流调压电路交流调压电路本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：1.1.了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线 和主要参数；和主要参数；和主要参数；和主要参数；2.2.了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压 与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路；3.3.了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩 波电路的工作原理和应用。

波电路的工作原理和应用波电路的工作原理和应用波电路的工作原理和应用第第19章章 电力电子技术电力电子技术19.1 电力电子器件电力电子器件 (1)(1)不控器件不控器件不控器件不控器件 器件的导通和关断无可控功能如整流二极管器件的导通和关断无可控功能如整流二极管器件的导通和关断无可控功能如整流二极管器件的导通和关断无可控功能如整流二极管(D)D)2)(2)半控器件半控器件半控器件半控器件器件的导通可控器件的导通可控器件的导通可控器件的导通可控,但关断不可控如普通晶闸管但关断不可控如普通晶闸管但关断不可控如普通晶闸管但关断不可控如普通晶闸管(T T)3)(3)全控器件全控器件全控器件全控器件 器件的导通和关断均具可控的功能如可关断晶闸管器件的导通和关断均具可控的功能如可关断晶闸管器件的导通和关断均具可控的功能如可关断晶闸管器件的导通和关断均具可控的功能如可关断晶闸管(GTOGTO)、功率晶体管、功率晶体管、功率晶体管、功率晶体管(GTRGTR)、功率场效晶体管、功率场效晶体管、功率场效晶体管、功率场效晶体管(VDMOSVDMOS)及及及及绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管(IGBTIGBT)。

19.1.1 电力电子器件的分类电力电子器件的分类电力电子器件的符号电力电子器件的符号电力电子器件的符号电力电子器件的符号电力电子器件的主要性能指标电力电子器件的主要性能指标电力电子器件的主要性能指标电力电子器件的主要性能指标电压、电流、工作频率电压、电流、工作频率电压、电流、工作频率电压、电流、工作频率K K GGA AT TK K A AD DK K GGA AGTOGTOGSDVDMOSVDMOSBECGTRGTRGECIGBTIGBT19.1.2 晶闸管晶闸管 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率大功率大功率大功率半导体器件它的出现使半导体器件由弱电领域扩半导体器件它的出现使半导体器件由弱电领域扩半导体器件它的出现使半导体器件由弱电领域扩半导体器件它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域展到强电领域展到强电领域展到强电领域晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有也像半导体二极管那样具有单向导电性，单向导电性，单向导电性，单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。

调压及开关等方面调压及开关等方面调压及开关等方面优点：优点：优点：优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、操作方便、寿命长、操作方便、寿命长、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千容量大（正向平均电流达千容量大（正向平均电流达千容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）安、正向耐压达数千伏）安、正向耐压达数千伏）安、正向耐压达数千伏）S Siliconilicon C Controlled ontrolled R Rectifierectifier）GG控制极控制极控制极控制极1.1.基本结构基本结构基本结构基本结构K K 阴极阴极阴极阴极阳极阳极阳极阳极 A AP1P2N1N2晶闸管具有三个晶闸管具有三个晶闸管具有三个晶闸管具有三个PNPN结c)(c)结构结构结构结构K K GGA A(b)(b)符号符号符号符号(a)(a)外形外形外形外形晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号晶闸管的外形、结构及符号四四四四 层层层层 半半半半 导导导导 体体体体三三 个个PNPN 结结P1P2N1N2K GA晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于晶闸管相当于PNPPNP和和和和NPNNPN型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合型两个晶体管的组合PPNNNPAGK+KA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKG2.工作原理工作原理 在极短时间内使两个在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此三极管均饱和导通，此过程称触发导通。

过程称触发导通形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程E EA A 0 0、E EG G 0 0A AKKGGEA+_R T1T2EG_+EA+_R T1T2EGA A_+KK 晶闸管导通后，去晶闸管导通后，去晶闸管导通后，去晶闸管导通后，去掉掉掉掉E EGG ，依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，依靠正反馈，仍可维持导通状态仍可维持导通状态仍可维持导通状态仍可维持导通状态2.工作原理工作原理E EA A 0 0、E EG G 0 0形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程形成正反馈过程G晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件：(1)(1)晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间阳极与阴极之间)施加正向施加正向施加正向施加正向电压2)(2)晶闸管控制电路晶闸管控制电路晶闸管控制电路晶闸管控制电路(控制极与阴极之间控制极与阴极之间控制极与阴极之间控制极与阴极之间)加正向加正向加正向加正向电压或正向脉冲电压或正向脉冲电压或正向脉冲电压或正向脉冲(正向触发电压正向触发电压正向触发电压正向触发电压)。

晶闸管导通后，控制极便失去作用晶闸管导通后，控制极便失去作用晶闸管导通后，控制极便失去作用晶闸管导通后，控制极便失去作用依靠正依靠正依靠正依靠正反馈，反馈，反馈，反馈，晶闸管仍可维持导通状态晶闸管仍可维持导通状态晶闸管仍可维持导通状态晶闸管仍可维持导通状态晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：晶闸管关断的条件：(1)(1)必须使可控硅阳极电流减小，直到必须使可控硅阳极电流减小，直到正反馈正反馈效效应不能维持应不能维持2)(2)将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极阳极和阴极阳极和阴极阳极和阴极间加反向电压间加反向电压间加反向电压间加反向电压正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向转折电压正向转折电压正向转折电压正向转折电压IHOUIIG0IG1IG2+_ _+_ _反向转折电压反向转折电压反向转折电压反向转折电压正向平均电流正向平均电流维持电流维持电流维持电流维持电流U U3.伏安特性伏安特性4.主要参数主要参数(1)(1)正向重复峰值电压正向重复峰值电压正向重复峰值电压正向重复峰值电压UDRM 晶闸管晶闸管控制极开路且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下,可以重复可以重复加在加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。

两端的正向峰值电压一般一般UDRM 比正向转折电压比正向转折电压UBO低低100V2)(2)反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 晶闸管晶闸管控制极开路时控制极开路时,可以重复加在可以重复加在晶闸管晶闸管两端两端的反向峰值电压的反向峰值电压一般一般URRM 比反向转折电压比反向转折电压|UBO|低低100V3)(3)正向平均电流正向平均电流正向平均电流正向平均电流 IF 环境温度为环境温度为40C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸管处于晶闸管处于全导通时全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值IFt 2 如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im,则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A4)(4)维持电流维持电流维持电流维持电流 I IHH 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流状态所必须的最小电流状态所必须的最小电流状态所必须的最小电流。

晶闸管型号及其含义晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别导通时平均电压组别共九级共九级共九级共九级,用字母用字母用字母用字母AIAI表示表示表示表示0.41.2V0.41.2V额定电压额定电压,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）（晶闸管类型）P-普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管普通晶闸管K-快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管快速晶闸管S-双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A,额定电压为额定电压为700V双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管特点：特点：特点：特点：相当于两个相当于两个相当于两个相当于两个晶闸管反向并晶闸管反向并晶闸管反向并晶闸管反向并联，两者共用联，两者共用联，两者共用联，两者共用一个控制极一个控制极一个控制极一个控制极晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向晶闸管双向触发导通触发导通触发导通触发导通U UA2A2 U UA1A1时时时时 控制极控制极控制极控制极相对于相对于相对于相对于A A1 1加正脉冲，加正脉冲，加正脉冲，加正脉冲，u uGA1GA1 0 0，晶闸管晶闸管晶闸管晶闸管正正正正向导通，电流从向导通，电流从向导通，电流从向导通，电流从A A2 2流向流向流向流向A A1 1。

U UA2A2 U UA1A1时时时时 控制极相对于控制极相对于控制极相对于控制极相对于A A1 1加加加加负负负负脉冲，脉冲，脉冲，脉冲，u uGA1GA1 0 0，晶闸管反晶闸管反晶闸管反晶闸管反向导通，电流从向导通，电流从向导通，电流从向导通，电流从A A1 1流向流向流向流向A A2 2工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：(a)结构图结构图(b)GA1PNPNA2NNN(b)符号符号控制极控制极控制极控制极第二电极第二电极第二电极第二电极TA2GA1第一电极第一电极第一电极第一电极可关断晶闸管可关断晶闸管符号：符号：符号：符号：K K GGA AG。