电力电子技术重点王兆安第五版Word下载.docx

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4电力电子器件的分类根据控制信号所控制的程度分类

（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的电力电子器件。

如SCR晶闸管。

（2）全控型器件：

通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。

如GTQGTRMOSFE和IGBT。

（3）不可控器件：

不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。

如电力二极管。

根据驱动信号的性质分类

（1）电流型器件：

通过从控制端注入或抽出电流的方式来实现导通或关断的电力电子器件。

如SCR、GTO、GTR。

（2）电压型器件：

通过在控制端和公共端之间施加一定电压信号的方式来实现导通或关断的电力电子器件。

如MOSFE、TIGBT。

根据器件内部载流子参与导电的情况分

类

（1）单极型器件：

内部由一种载流子参与导电的器件。

女口MOSFET

（2）双极型器件：

由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。

（3）复合型器件：

有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。

如IGBT。

5半控型器件—晶闸管SCR

将器件N1、P2半导体取倾斜截面，则晶

闸管变成V1-PNP和V2-NPN两个晶体管。

晶闸管的导通工作原理

（1）当AK间加正向电压Ea，晶闸管不能导通，主要是中间存在反向PN结。

（2）当GK间加正向电压Eg，NPN晶体管基极存在驱动电流Ig，NPN晶体管导通，产生集电极电流Ic2。

（3）集电极电流Ic2构成PNP的基极驱动电流，PNP导通，进一步放大产生PNP集电极电流Ic1。

（4）id与ig构成NPN的驱动电流，继续上述过程，形成强烈的负反馈，这样NPN和PNF两个晶体管完全饱和，晶闸管导通。

2.3.1.4.3晶闸管是半控型器件的原因

（1）晶闸管导通后撤掉外部门极电流iG，但是NPN基极仍然存在电流，由PNP集电极电流Ic1供给，电流已经形成强烈正反馈，因此晶闸管继续维持导通。

（2）因此，晶闸管的门极电流只能触发控制其导通而不能控制其关断。

2.3.1.4.4晶闸管的关断工作原理满足下面条件，晶闸管才能关断：

（1）去掉AK间正向电压；

（2）AK间加反向电压；

（3）设法使流过晶闸管的电流降低到接近于零的某一数值以下。

2.3.2.1.1晶闸管正常工作时的静态特性

（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。

（3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶

（4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。

2.4.1.1GTO的结构

（1）GTO与普通晶闸管的相同点：

是PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。

（2）GTO与普通晶闸管的不同点：

GTO是一种多元的功率集成器件，其内部包含数十个甚至数百个供阳极的小GTO元，这些GTO元的阴极和门极在器件内部并联在一起，正是这种特殊结构才能实现门极关断作用。

2.4.1.2GTO的静态特性

（1）当GTO承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。

（2）当GTO承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能导通。

（3）GTC导通后，若门极施加反向驱动电流，则GTO关断，也即可以通过门极电流控制GTO导通和关断。

（4）通过AK间施加反向电压同样可以保

2.4.3电力场效应晶体管MOSFET

（1）电力MOSFE是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它是电压型器件。

（3）当Ugs大于某一电压值Ut时，栅极下

P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体，形成反型层。

2.4.4绝缘栅双极晶体管IGBT

（1）GTR和GTO是双极型电流驱动器件，其优点是通流能力强，耐压及耐电流等级高，但不足是开关速度低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。

（2）电力MOSFE是单极型电压驱动器件，其优点是开关速度快、所需驱动功率小，驱动电路简单。

（3）复合型器件：

将上述两者器件相互取长补短结合而成，综合两者优点。

（4）绝缘栅双极晶体管IGBT是一种复合型器件，由GTR和MOSFE两个器件复合而成，具有GTR和MOSFE两者的优点，具有良好的特性。

（1）IGBT是三端器件，具有栅极G集电极C和发射极E。

在角度时，给VT和VT加触发

（2）IGBT由MOSFE和GTR组合而成。

第3章整流电路

（1）整流电路定义：

将交流电能变成直流电能供给直流用电设备的变流装置。

3.1.1单相半波可控整流电路

（4）触发角：

从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲为止的电角度，称为触发角或控制角。

（7）几个定义

1“半波”整流：

改变触发时刻，Ud和id波形随之改变，直流输出电压Ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，其波形只在

U2正半周内出现，因此称“半波”整流。

2单相半波可控整流电路：

如上半波整流，同时电路中采用了可控器件晶闸管，且交流输入为单相，因此为单相半波可控整流电路。

3.1.1.3电力电子电路的基本特点及分析方法

（1）电力电子器件为非线性特性，因此

电力电子电路是非线性电路。

（2）电力电子器件通常工作于通态或断态状态，当忽略器件的开通过程和关断过

程时，可以将器件理想化，看作理想开关,即通态时认为开关闭合，其阻抗为零；

断态时认为开关断开，其阻抗为无穷大。

3.1.2单相桥式全控整流电路

3.1.2.1带电阻负

载的工作情况

（1）单相桥式全控

整流电路带电阻负载时的原理图

1由4个晶闸管（VT~VT4）组成单相桥式全控整流电路。

2VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3组成一对桥臂。

（2）单相桥式全控整流电路带电阻负载时的波形图

0~

VT~VT4未触发导通，呈现断态,

则Ud0、id0、i20。

1

uVT1UVT4U2，UVT1UVT4-U2。

点。

发脉冲，此时b点电压高于a点,

VT3轮流导电，因此晶

VT2和VT3承受正向电压，因此可

闸管电流平均值只

靠导通，UVT2UVT30O

有输出直流电流平均值的一半，即

VT1阳极为a点，阴极为b点；

VT4

1,c,LU21cos

1dVT-Id0.45_R"

2一。

阳极为a点，阴极为b点；

因此

3.1.2.2带阻感负载的工作情况

uVT1UVT4U2。

（1）单相桥式全控整流电路带阻感负载

电流从b点经VT3、R、VT2流回b

时的原理图

（2）单相桥式全控整流电路带阻感负载

UdU2，

i2id。

时的波形图

（3）全波整流

假设负载电感很大，负载电流不能突

变，使负载电流id连续且波形近似为一

水平线。

在角度时，给VT1和VT4加触发

脉冲，此时a点电压高于b点，VT

和VT4承受正向电压,

通，uVT1UVT40。

电流从a点经VT1、

回b点，UdU2。

id为一水平线，iVT14

因此可靠导

L、

id

VT2禾口VT3为断态，iVT2,3

~（）:

R、VT4流

虽然二次电压U2已经过零点变负,

但因大电感的存在使VT1和VT4持

续导通。

uVT1

iVT2,3

）~2

uVT40，udU2，iVT1,4idi2，

）角度时，给VT2和VT3加触

于

T

2上"

2事

P\1

仁

（7

I

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jr、1h、

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u打j

dT

2

°

JL

屮门「

和野井=L

丄詁F

V■

3的导通，使VT1和VT4承受反向电

压而关断iVT1,4

o°

VT阳极为a点,

阴极为b点；

VT4阳极为

极为b点；

因此uVt1,4

电流从b点经VT3、

id为一水平线，ivt2,3

2~

（2）:

u2

a点，阴

R、VT2流

i2。

虽然二次电压U2已经过零点变正,

但因大电感的存在使VT2

和VT持

UVT2UVT30，UVT1,4U2，

ivT2,3idi2，iVT1,40。

（3）直流输出电压平均值

udU2，

（4）触发角的移相范围

0时，Ud0.9U2；

90°

时，Ud0。

移相范围为90°

。

（5）晶闸管承受电压：

正向：

..2U2;

反向：

-2U2

3.123带反电动势负载时的工作情况

（1）单相桥式全控整流电路带反电动势

负载时的原理图

1当负载为蓄电池、直流电动机的电枢

（忽略其中的电感）等时，负载可看成一个直流电压源，即反电动势负载。

正常情况下，负载电压Ud最低为电动势E。

2负载侧只有U2瞬时值的绝对值大于反电动势，即U2E时，才有晶闸管承受正电压，有导通的可能。

（2）单相桥式全控整流电路带反电动势

负载时的波形图

①~（）:

在角度时，给VT和VT4加触发脉冲，此时|U2E，说明VT和VT4承受正向电压，因此可靠导通，

UdE

udu2，冷

在（）角度时，U2E，说明VT和

VT4已经开始承受反向电压关断。

同时，由于VT2和VT3还未触发导通，因此UdE，id0。

③（）~（）:

此过程为VT2和VT3导通阶段，由

于是桥式全控整流，因此负载电压

，id~°

3.2三相可控整流电路

3.2.1三相半波可控整流电路

3.2.1.1

负载

可控整流电路带电阻负载时的原理图

①变压器一次侧接成三角

形，防止3次谐波流入电网

②（）~（）:

②变压器二次侧接成星形，以得到零线。

3三个晶闸管分别接入a、b、c三相电然换向点。

源，其所有阴极连接在一起，为共阴极接法