电力电子第1章电子教案.ppt

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1、电力电子第1章功率二极管的伏安特性，当外加正向电压大于ＵＴＯ（门槛电压）即克服PN结内电场后管子才开始导通，正向导通后其压降基本不随电流变化。反向工作时，当反向电压增大到UB（击穿电压），使PN结内电场达到雪崩击穿强度时，反向漏电流ＩＲＲ剧增，导致二极管击穿损坏。用于工频整流的功率二极管亦称整流管，国产型号为ＺP，主要参数说明如下：（1）额定正向平均电流ＩF（额定电流）指管子长期运行在规定散热条件下，允许流过正弦半波时的最大平均电流，将此电流值配规定系列的电流等级即为管子的额定电流。ＩF受发热限制，因此在使用中按有效值相等来选取管子电流定额。对应额定电流ＩF，其有效值为1.57ＩF。（2）

2、反向重复峰值电压ＵＲＲＭ（额定电压）指管子反向能重复施加的最高峰值电压，此值通常为击穿电压ＵB的2／3。（3）正向平均电压ＵF在规定条件下，管子流过额定正弦半波电流时，管子两端的正向平均电压亦称管压降，此值比直流压降小。（4）反向漏电流ＩＲＲ对应于反向重复峰值电压时的漏电流。ＺＰ系列参数。由于工作于工频，故动态参数不标出。开关二极管可分四种工作状态：静态为正向导通和反向阻断，动态为开通过程和关断过程。二极管工作状态转换的特性称为开关特性，现将关断特性与开通特性分析如下：（1）关断特性，开关二极管转换电路，当S从“1”位置立即倒向“2”时，由于PN结内存在大量载流子需要排除和复合，所以反向阻

3、断能力的恢复需要经过一段时间，在未恢复阻断之前二极管相当于短路状态。其关断过程，tf时刻开关Ｓ倒向“2”，导通的二极管突加反压UR，正向电流以dif／dt的速率减小，to时二极管电流降为零，电流变化率的大小为—UR／L，L为电路电感。t1时结内Ql电荷已被抽走，反向电流达最大值IRM，在此以前二极管仍为正偏，tl时刻后管子开始恢复反向阻断，反向恢复电流迅速减小，其dirr／dt值较大，在电感L中产生较高电动势，此电动势与电源电压叠加，使二极管承受很高的反向电压URM。（2）开通特性当图a开关Ｓ从“２”突然倒向“１”时，必须先将原先变厚的空间电荷释放，当正向电压上升到门槛电压UTO以上时，Ｐ

4、Ｎ结才会有正向电流流过，二极管的开通特性，在开通过程中，二极管两端会出现几伏到几十伏的正向峰值电压Ｕfp,它比稳态的管压降大得多，且需要经过开通时间（正向恢复）tfr后才恢复正常，因此限制了正向电流上升率和开关速度。通常正向恢复时间tfr比反向恢复时间trr小。第二节晶闸管一、晶闸管的结构与工作原理晶闸管是一种功率四层半导体器件，有三个引出极，阳极（A）、阴极（K）、门极（G），常用的有螺栓式与平板式。晶闸管是电力电子器件，工作时发热大，必须安装散热器。图a为小电流塑封式，电流稍大时也需紧固在散热板上，图b、c为螺栓式，使用时必须紧栓在散热器上，图d为平板式，使用时由两个彼此绝缘的散热器把

5、其紧夹在中间。晶闸管散热器，图a适用于螺栓式，图b、c用于平板式。平板式两面散热效果好，电流在200Ａ以上的管子都采用平板式结构。管芯由四层半导体（P1N1P2N2）组成,形成三个PN结（Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3）。晶闸管由四层半导体交替叠成，可等效看成两个晶体管Ｖ1（Ｐ1—Ｎ1—Ｐ2）与V2（N1—Ｐ2—Ｎ2）的组成。二、晶闸管的伏安特性与主要参数晶闸管伏安特性，当Ｉg=0晶闸管正向电压Ｕa增大到正向转折电压ＵBO前，器件处于正向阻断状态，其正向漏电流随Ｕa电压增高而逐渐增大，当Ｕa达到ＵBO时管子突然从阻断状态转为导通，导通后器件的特性与整流二极管正向伏安特性相似。晶闸管加反向阳极电压时，只流

6、过很小的反向漏电流，当反向电压升高到ＵRO时管子反向击穿损坏，ＵRO称为反向击穿电压。晶闸管的主要特性参数。１．额定电压UTn２．额定电流不同电流波形有不同的波形系数，四种常用电流波形的波形系数Ｋf值与额定电流为100A晶闸管在流过表中波形时允许通过的平均值。３．门极触发电流与门极触发电压４．通态平均电压UT(AV)５．维持电流和掣住电流６．晶闸管的开通时间与关断时间三、国产晶闸管的型号按国家有关部门规定，晶闸管的型号及其含义如下：如KP100—12G表示额定电流为100A，额定电压为1200V，管压降（通态平均电压）为1V的普通型晶闸管。有的制造厂采用老型号3CT□／□。如3CT100／

7、800表示额定电流为100A，额定电压为800V的可控硅整流元件，即现在定名的晶闸管。3CTK为快速管，3CTS为双向管。晶闸管ＫＰ型主要特性参数。第三节单相相控整流电路一、单相半波相控整流电路（一）电阻性负载单相半波相控整流电路，整流变压器二次电压、电流有效值下标用2表示，电路输出电压电流平均值下标均用d表示。交流正弦电压波形的横坐标为电角度ωt，正弦变化一周为2πrad或3600电角度，也可用时间表示，50Hz的交流