变频器技术及应用ppt课件 第2章 电力电子器件 .ppt

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1、第2章电力电子器件电力电子器件概述任务1不可控器件-电力二极管任务2半控型器件-晶闸管任务3全控型器件任务4任务1电力电子器件概述阶段1概述1.基本概念主电路(mainpowercircuit)是指电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。电力电子器件(powerelectronicdevice)是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。2.电力电子器件的特征同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征如下。(1)处理电功率的能力小至毫

2、瓦级，大至兆瓦级，优于处理信息的电子器件。处理电功率的能力，即承受电压和电流的能力，是电力电子器件最重要的参数。(2)电力电子器件一般都工作在开关状态。导通时(通态)，其阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定；阻断时(断态)，其阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定。(3)实际应用中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的驱动电路。(4)为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件

3、封装上要进行散热设计，在其工作时一般还要安装散热器。阶段2电力电子器件的系统组成电力电子系统是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。控制电路按系统的工作要求形成控制信号，通过驱动电路控制主电路中电力电子器件的通断，来完成整个系统的功能。有的电力电子系统中，还需要有检测电路，广义上往往将其和驱动电路等主电路之外的电路都归为控制电路，因此，可以粗略地说电力电子系统是由主电路和控制电路组成的。主电路中的电压和电流一般都较大，而控制电路的元器件只能承受较小的电压和电流，因此，在主电路和控制电路连接的路径上，如驱动电路与主

4、电路的连接处，或者驱动电路与控制信号的连接处，以及主电路与检测电路的连接处。一般都需要进行电气隔离，通过其他手段如光、磁等来传递信号。由于主电路中往往有电压和电流的过冲，而电力电子器件一般比主电路中普通的元器件要昂贵，但承受过电压和过电流的能力却要差一些，因此，在主电路和控制电路中要附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常可靠运行。器件一般有3个端子(或称极)，其中两个连接在主电路中，而第三端被称为控制端(或控制极)。器件通断是通过在其控制端和一个主电路端子之间加一定的信号来控制的，这个主电路端子是驱动电路和主电

5、路的公共端，一般是主电路电流流出器件的端子。阶段3电力电子器件的分类1.按照器件能够被控制电路信号所控制的程度分类按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，电力电子器件可分为以下3类。(1)不可控器件。不可控器件是指不能用控制信号来控制其通断的器件，如电力二极管(PowerDiode)等。不可控器件只有两个端子，其通断是由在主电路中承受的电压和电流决定的。(2)半控型器件。半控型器件是指通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的器件，如晶闸管(Thyristor)及其大部分派生器件等。半控型器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流

6、决定。(3)全控型器件。全控型器件是指通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断的器件，又称为自关断器件，如绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)、电力场效应晶体管(PowerMOSFET，电力MOSFET)和门极可关断晶闸管(GateTurnOffThyristor,GTO)等。2.按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号性质分类按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为以下两类。(1)电流驱动型。电流驱动型即通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控

7、制。(2)电压驱动型。电压驱动型仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。电压驱动型器件实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态，所以又称为场控器件或场效应器件。3.按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为以下3类。(1)单极型器件。单极型器件是指由一种载流子参与导电的器件。(2)双极型器件。双极型器件是指由电子和空穴两种载流子参与导电的器件。(3)复合型器件。复

8、合型器件是指由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。任务2不可控器件—电力二极管阶段1PN结与电力二极管的工作原理电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样，它也是以半导体PN结为基础，由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组