电力系统中常用电力电子器件ppt课件.ppt

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1、电力系统中的常用电力电子器件11.1电力电子器件概述1.2不可控器件——二极管1.3半控型器件——晶闸管1.4典型全控型器件1.5其他新型电力电子器件1.6电力电子器件的驱动1.7电力电子器件的保护21）概念:电力电子器件（PowerElectronicDevice）——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路（MainPowerCircuit）——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。2）分类:电真空器件(汞弧整流器-大功率高频电源中、闸流管)半导体器件(采用的主要材料硅）电子技术的基础———电子器件：晶体管和集成电

2、路电力电子电路的基础———电力电子器件3能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件（毫瓦-兆瓦）。电力电子器件一般都工作在开关状态（处理的电功率较大）；模电：放大状态；数电：开关状态，利用开关状态表示不同信息。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制（需要把信号放大，即加驱动电路）。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：4通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时，开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗（微小的漏电流流过）开关损耗关断损耗开通损耗电

3、力电子器件的损耗5电力电子器件的分类半控型器件（Thyristor）(半导体闸流管)——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。全控型器件（IGBT,MOSFET)——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件。不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：6电力电子器件的分类电流驱动型——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制。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。按照驱动电路信号的性质，分为

4、两类：7不可控器件—电力二极管·引言PowerDiode结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用（半导体整流器，逐步取代汞弧整流器）。大量应用于许多电气设备中，快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。整流二极管及模块8PN结与电力二极管的工作原理基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样。由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装。图1-2电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)结构c)电气图形符号AKAKa)IKAPNJb

5、)c)AK91.2.1PN结与电力二极管的工作原理状态参数正向导通反向截止反向击穿电流正向大几乎为零反向大电压维持1V反向大反向大阻态低阻态高阻态——二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。PN结的反向击穿（两种形式)雪崩击穿齐纳击穿均可能导致热击穿PN结的状态10PN结与电力二极管的工作原理PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容CJ，又称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB（只在外加电压变化时才起作用，大小与PN结截面积成正比，与阻挡层厚度成反比）和扩散电容CD（仅在正向偏置时起作用）。电容影响PN结

6、的工作频率，尤其是在高速的开关状态下，可使其单向导电性变差。PN结的电容效应：11电力二极管的基本特性主要指其伏安特性门槛电压UTO，正向电流IF随着所对应的电压增加而开始明显增加。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。图1-4电力二极管的伏安特性1)静态特性IOIFUTOUFU12电力二极管的基本特性2)动态特性——二极管的电压-电流特性随时间变化的——结电容的存在b)UFPuiiFuFtfrt02Va)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt图1-5电力二

7、极管的动态过程波形a)正向偏置转换为反向偏置b)零偏置转换为正向偏置延迟时间：td=t1-t0,电流下降时间：tf=t2-t1反向恢复时间：trr=td+tf恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的比值tf/td，或称恢复系数，用Sr表示。13电力二极管的基本特性正向压降先出现一个过冲UFP，经过一段时间才趋于接近稳态压降的某个值（如2V）。正向恢复时间tfr。电流上升率越大，UFP越高。UFPuiiFuFtfrt02V图1-5(b)开通过程开通过程：关断过程须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断能力，进入截止状态。关断之前有较大的反向电流出现，并伴随有明显

8、的反向电压过冲。IFUFtFt0trrtdtft1t2tURURP