第一章电力电子器件的原理与特性.ppt
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1、February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-1,第一章 电力电子器件的原理与特性,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-2,要求及重点,要求: 了解电力电子器件的发展、分类与应用; 理解和掌握SCR、GTO、GTR(或BJT)、电力MOSFET和IGBT等常用器件的工作原理、电气特性和主要参数。 重点: 各种电力电子器件原理、性能上的不同点,各自应用的场合。,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-3,电力电子技术的发展,传统的电力电子技术阶段(19601980年) 器件基础:以晶闸管为核心的晶闸管大家族 主要应用:相控整流
2、器、直流斩波器等 基本特征:整流或交流到直流的顺变 现代的电力电子技术阶段(1980年至今) 器件基础:高频率、全控的功率集成器件 主要应用:脉宽调制(PWM)电路、零电压零电流开关谐振电路、高频斩波电路等 基本特征:进入逆变时期,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-4,现代电力电子技术与传统的电力电子技术相比较,有如下特点: 集成化 高频化 全控型 电路“弱电化”,控制技术数字化 多功能化 专用化 ASIC,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-5,电力电子器件的发展,第一代电力电子器件 无关断能力的SCR 第二代电力电子器件 有关断能力
3、的GTO、GTR等 第三代电力电子器件 性能优异的复合型器件如(IGBT)和智能器件IPM (Intelligent Power Module) 等,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-6,电力电子器件的分类,按其开关控制性能分类: 不控型器件 如电力二极管 半控型器件 如晶闸管 全控型器件 如GTO、GTR、IGBT 按器件内部载流子参与导电的种类分类: 单极型器件 ( MOSFET、SIT等 ) 双极型器件 ( SCR、GTO、GTR等 ) 复合型器件 ( IGBT等 ),February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-7,电力电子器件的基本特点
4、,双极型器件 通态压降较低、阻断电压高、电流容量大 单极型器件 开关时间短、输入阻抗高(电压控制型) 电流具有负的温度特性,二次击穿的可能性很小。 通态压降高、电压和电流定额较小。 复合型器件 既有电流密度高、导通压降低的优点; 又有输入阻抗高、响应速度快的优点。,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-8,电力电子器件的应用,决定应用场合的基本因素 输出容量 工作频率 应用举例 高压输电 电力牵引 开关电源,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-9,晶闸管(SCR),名称 晶闸管 (Thyristor) 可控硅 (SCR) 外形与符号,Feb
5、ruary 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-10,SCR的导通和关断条件,当SCR承受反向阳极电压时,不论门极承受何种电压,SCR均处于阻断状态。 当SCR承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下,SCR才能导通。 SCR在导通时,只要仍然承受一定正向阳极电压,不论门极电压如何,SCR仍能导通。 SCR在导通情况下,当主电路电流减少到一定程度时,SCR恢复为阻断。,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-11,课 堂 思 考 (一),调试如图所示晶闸管电路,在断开Rd 测量输出电压Vd是否正确可调时,发现电压表V读数不正常,接上Rd 后一切正常,为
6、什么?(触发脉冲始终正常工作),February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-12,SCR的工作原理,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-13,SCR的特性,SCR的伏安特性 VRSM: 反向不重 复峰值电压 VBO:转折电压 IH : 维持电流 门极的伏安特性,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-14,SCR的主要参数,SCR的电压定额 断态重复峰值电压 VDRM 反向重复峰值电压 VRRM 额定电压 通态(峰值)电压 VTM SCR的电流定额 维持电流 IH 擎住电流 IL 浪涌电流 ITSM(通常为 4ITA 或更
7、多),February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-15,SCR的主要参数(续),通态平均电流 ITA,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-16,课 堂 思 考 (二),通过SCR的电流波形 如图所示,Im300A 试选取SCR的ITA 解:电流有效值,February 14, 2000,北方交通大学电气工程系,1-17,SCR的主要参数(续),动态参数 断态电压临界上升率 dv/dt 过大的 dv/dt 下会引起误导通 通态电流临界上升率 di/dt 过大的 di/dt 可使晶闸管内部局部过热而损坏,February 14, 2000,北方交通大
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- 第一章 电力 电子器件 原理 特性
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