电工学(第七版)全套课件19.电力电子技术

下一页,返回,上一页,退出,章目录,电工学(第七版)全套课件19,电工学(第七版)全套课件19,19.1,电力电子器件,1.,不控器件,器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管,(,D),。,2.,半控器件,器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管,(,T,),。,3.,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,(,GTO,),、功率晶体管,(,GTR,),、功率场效晶体管,(,VDMOS,),及绝缘栅双极晶体管,(,IGBT,),。,19.1.1,电力电子器件的分类,19.1 电力电子器件 1.不控器件2.半控,电力电子器件的符号,电力电子器件的主要性能指标,电压、电流、工作频率。,电力电子器件的符号电力电子器件的主要性能指标电压、电流、工作,19.1.2,晶闸管,晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种,大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。,晶闸管,也像半导体二极管那样具有,单向导电性,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。,优点：,体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大,(,正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏,),。,（,S,ilicon,C,ontrolled,R,ectifier,）,19.1.2 晶闸管 晶闸管是在晶体管基础上发展起来,阳极,A,G,控制极,(1),基本结构,K,阴极,G,四 层 半 导 体,晶闸管是具有三个,PN,结的四层结构,其外形、结构及符号如图。,(a),结构,晶闸管的结构及符号,三,个,PN,结,1.,普通晶闸管,阳极 AG控制极(1)基本结构K 阴极G四 层 半 导,晶闸管相当于,PNP,和,NPN,型两个晶体管的组合,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,(1),基本结构,1.,普通晶闸管,晶闸管的构造和外形,(1)基本结构1.普通晶闸管晶闸管的构造和外形,(2),工作原理,在极短时间内使两个三极管均饱和导通,此过程称触发导通。,形成正反馈过程,E,A,0,、,E,G,0,A,K,G,E,A,+,_,R,E,G,_,+,(2)工作原理 在极短时间内使两个三极管均饱和导通,晶闸管导通后，去掉,E,G,，,依靠正反馈,仍可维持导通状态。,E,A,0,、,E,G,0,形成正反馈过程,G,(2),工作原理,晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈,仍可维持导通,晶闸管导通的条件：,晶闸管阳极电路,(,阳极与阴极之间,),施加正向电压。,晶闸管控制电路,(,控制极与阴极之间,),加正向电压或正向脉冲,(,正向触发电压,),。,晶闸管导通后,控制极便失去作用。,依靠正反馈,晶闸管仍可维持导通状态。,晶闸管关断的条件：,必须使可控硅阳极电流减小,直到,正反馈,效应不能维持。,将阳极电源断开或者在晶闸管的,阳极和阴极间加反向电压。,晶闸管导通的条件：晶闸管阳极电路(阳极与,正向特性,反向特性,U,RRM,U,DRM,I,G2,I,G1,I,G0,U,BR,I,F,U,BO,正向转折电压,I,H,O,U,I,I,G0,I,G1,I,G2,+,_,+,_,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,U,(3),伏安特性,正向特性反向特性URRMUDRMIG2 IG1 IG,(4),主要参数,正向重复峰值电压,U,DRM,晶闸管,控制极开路且正向阻断情况下,可以重复加在,晶闸管,两端的正向峰值电压。,一般,U,DRM,比正向转折电压,U,BO,低,100V,。,反向重复峰值电压,U,RRM,晶闸管,控制极开路时,可以重复加在,晶闸管,两端的反向峰值电压。,一般,U,RRM,比反向转折电压,|,U,BR,|,低,100V,。,正向平均电流,I,F,环境温度为,40,C,及,标准散热条件下,晶闸管处于,全导通时,可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。,(4)主要参数 正向重复峰值电压 UDRM 反向重复峰,t,2,O,I,F,如果正弦半波电流的最大值为,I,m,则,普通晶闸管,I,F,为,1A 1000A,。,维持电流,I,H,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。,t2OIF如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸,晶闸管型号及其含义,导通时平均电压组别,共九级,用字母,AI,表示,0.41.2V,额定电压,用百位或千位数表示,取,U,DRM,或,U,RRM,较小者,额定正向平均电流,(,I,F,),(,晶闸管类型,),P,-,普通晶闸管,K,-,快速晶闸管,S,-,双向晶闸管,晶闸管,K,P,普通型,如,KP5-7,表示,额定正向平均电流为,5A,额定电压为,700V,。,晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别额定电压,用百位或千位,2.,双向晶闸管,特点：,相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。,晶闸管双向触发导通。,U,A2,U,A1,时,控制极,相对于,A,1,加正脉冲，,u,GA1,0,，,晶闸管,正向导通，电流从,A,2,流向,A,1,。,U,A2,U,A1,时,控制极相对于,A,1,加,负,脉冲，,u,GA1,0,时：,若,u,G,=0,，晶闸管不导通，,u,0,时,:,晶闸管,承受反向电压不导通,u,O,=0,u,T,=,u,，,故称可控整流。,控制极加触发信号，晶闸管,承受正向电压,导 通，,19.2 可控整流电路19.2.1 可控整流电路 1.,t,O,工作原理,t,1,2,u,2,0,时,:,tO工作原理t12u2,0,时,：,D,反向截止，不影响整流电路工作。,u,0时：u 0时：D正向导通,晶闸管承受反向电,工作波形,(,加续流二极管,),t,O,t,O,t,O,t,O,t,1,t,2,2,工作波形(加续流二极管)tO tO tO t,2.,单相半控桥式整流电路,(1),电路,(2),工作原理,T,1,和,D,2,承受正向,电压。,T,1,控制极加触发电压,则,T,1,和,D,2,导,通,电流的通路为,T,1,、,T,2,晶闸管,D,1,、,D,2,晶体管,a,R,L,D,2,T,1,b,电压,u,为正半周,时：,此时，,T,1,和,D,2,均承受反向电压而截止。,2.单相半控桥式整流电路(1)电路(2)工作原理,T,2,和,D,1,承受正向,电压。,T,2,控制极加触发电压,则,T,2,和,D,1,导,通，,电流的通路为,电压,u,为负半周,时：,b,R,L,D,1,T,2,a,此时，,T,1,和,D,2,均承受反向电压而截止。,T2和D1承受正向电压u 为负半周时：bRL,t,t,O,t,O,t,O,(3),工作波形,2,ttOtOtO(3)工作波形2,(4),输出电压及电流的平均值,(4)输出电压及电流的平均值,例,1,：,有一,纯,电阻负载，需要可调的直流电源：电压,U,O,=0 180 V,，电流,I,O,=0 6 A,。现采用,单相半控桥式整流电路，试求交流电压的有效值，并选择整流元件。,解,：,设,晶闸管,导通角,为,180,(,控制角,=0,),时,，,U,O,=180 V,，,I,O,=6 A,，,交流电压有效值,考虑到电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了,180,等因素，交流电压要比上述计算值适当加大,10%,左右，可取,220 V,，因此可不用,整流变压器,，直接接到,220 V,的交流电源上。,例1：有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电,为保证晶闸管在出现过电压时不致损坏，通常根据下列选取晶闸管的,U,DRM,和,U,RRM,。,因此，晶闸管,可选用,KP5 7,型,二极管可选用,2CZ5/300,型。,为保证晶闸管在出现过电压时不致损坏，通常根据下列选取,