chapter19電力電子技術(shù)

1、下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)什么是電力電子學(xué)？什么是電力電子學(xué)？整流整流逆變逆變直流斬波直流斬波交流變頻、變相交流變頻、變相下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)電力電子技術(shù)的發(fā)展階段電力電子技術(shù)的發(fā)展階段電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的晶閘管問(wèn)世晶閘管問(wèn)世(1957年年)IGBT出現(xiàn)出現(xiàn) 功率集成器件功率集成器件晶閘管時(shí)代晶閘管時(shí)代水銀（汞水銀（汞?。┱骰。┱髌鲿r(shí)代器時(shí)代電子管電子管問(wèn)世問(wèn)世全控型器件全控型器件迅速

2、發(fā)展迅速發(fā)展史前期史前期（黎明期）（黎明期）1904193019471957197019801990 2000t(年年)晶體管誕生晶體管誕生下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)電力電子技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域電力電子技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域u一般工業(yè)：一般工業(yè)： 交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)u交通運(yùn)輸：交通運(yùn)輸： 電氣化鐵道、電動(dòng)汽車(chē)、航空、航海電氣化鐵道、電動(dòng)汽車(chē)、航空、航海u電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)： 高壓直流輸電、柔性交流輸電、無(wú)功補(bǔ)償高壓直流輸電、柔性交流輸電、無(wú)功補(bǔ)償u電子裝置電源：電子裝置電源： 為信息電子裝置提供動(dòng)力為信息電子裝置提供動(dòng)力u家用

3、電器：家用電器： “節(jié)能燈節(jié)能燈”、變頻空調(diào)、變頻空調(diào)u其他：其他： UPS、 航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)電力電子學(xué)的本質(zhì)電力電子學(xué)的本質(zhì) 根本目的：為了更好地使用電能（節(jié)能）根本目的：為了更好地使用電能（節(jié)能） 根本手段：電力電子技術(shù)是使用功率半導(dǎo)體器根本手段：電力電子技術(shù)是使用功率半導(dǎo)體器件對(duì)電能進(jìn)行變換件對(duì)電能進(jìn)行變換 具體方法：包括電壓、電流、頻率和波形等方具體方法：包括電壓、電流、頻率和波形等方面的交換面的交換 通過(guò)電能變換，以達(dá)到使電能更好地符合各種通過(guò)電能變換，以達(dá)到使電能更好地符合各種不同用

4、電設(shè)備的要求。它以實(shí)現(xiàn)不同用電設(shè)備的要求。它以實(shí)現(xiàn)“高效率用電高效率用電和高品質(zhì)用電和高品質(zhì)用電”為目標(biāo)為目標(biāo)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)19.1 電力電子器件的分類電力電子器件的分類 不控器件：導(dǎo)通和關(guān)斷都不可控，如整流二極管不控器件：導(dǎo)通和關(guān)斷都不可控，如整流二極管D 半控器件：導(dǎo)通可控、關(guān)斷不可控，如硅整流管和晶閘管半控器件：導(dǎo)通可控、關(guān)斷不可控，如硅整流管和晶閘管(T或或SCR) 全控器件：導(dǎo)通和關(guān)斷都可控，可關(guān)斷晶閘管全控器件：導(dǎo)通和關(guān)斷都可控，可關(guān)斷晶閘管(GTO)、如、如功率晶體管功率晶體管(GTR)、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VDMOS

5、）和絕）和絕緣柵雙極晶體管緣柵雙極晶體管(IGBT)等等 現(xiàn)代電力電子器件現(xiàn)代電力電子器件 ：高頻化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、集成化和智：高頻化、標(biāo)準(zhǔn)模塊化、集成化和智能化能化 。功率集成電路。功率集成電路(PIC)分為智能功率集成電路分為智能功率集成電路(SPIC)和高壓集成電路和高壓集成電路(HVIC)兩類兩類 下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)G P1P2N1N2下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)P(yáng)1P2N1N2K GAKA T2T1_

6、P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) T1T2G2Bii G22Cii 在極短時(shí)間內(nèi)使兩在極短時(shí)間內(nèi)使兩個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，個(gè)三極管均飽和導(dǎo)通，此過(guò)程稱觸發(fā)導(dǎo)通。此過(guò)程稱觸發(fā)導(dǎo)通。211CCii 2BG21ii EGEA+_RGi2BiG21iG2i+_1Bi1Bi下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)GEA+_R T1T2Gi2BiGi21Gi2EGG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) 將陽(yáng)極電源斷開(kāi)或者在晶閘

7、管的將陽(yáng)極電源斷開(kāi)或者在晶閘管的 必須使可控硅陽(yáng)極電流減小必須使可控硅陽(yáng)極電流減小, ,直到直到正反饋正反饋效應(yīng)效應(yīng)不能維持。不能維持。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)URRMUDRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBOIHoUAIAIG0IG1IG2正向平均電流正向平均電流)(AAUfI截止截止下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)UDRM:晶閘管晶閘管控制極開(kāi)路且正向阻斷情況下控制極開(kāi)路且正向阻斷情況下, ,允允許重復(fù)加在許重復(fù)加在晶閘管晶閘管兩端的正向峰值電壓。兩端的正向峰值電壓。一般取一般取UDRM = = 80% UB0 。普通普通晶

8、閘管晶閘管 UDRM 為為100V 3000V控制極開(kāi)路時(shí)控制極開(kāi)路時(shí), ,允許重復(fù)作用在允許重復(fù)作用在晶閘管晶閘管元元 件上的反向峰值電壓。件上的反向峰值電壓。一般取一般取 URRM = 80% UBR 普通普通晶閘管晶閘管 URRM為為100V3000VURRM：下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè))(sin21m0mFIttdII 環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為4040 C C及及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘晶閘管處于管處于全導(dǎo)通時(shí)，全導(dǎo)通時(shí)，可以連續(xù)通過(guò)的工頻正可以連續(xù)通過(guò)的工頻正弦半波電流弦半波電流( (在一個(gè)周期內(nèi)在一個(gè)周期內(nèi)) )的平均值。的平均值。 IF t

9、 2 i如果正弦半波電流的最大值為如果正弦半波電流的最大值為Im, 則則普通晶閘管普通晶閘管IF為為1A 1000A。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)額定電壓額定電壓, ,用百位或千位數(shù)表示用百位或千位數(shù)表示取取UDRM或或URRM較小者較小者額定正向平均電流額定正向平均電流( (IF) 晶閘管晶閘管K P普通型普通型下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)(1) 電路電路。uuu To, 0。0,To uuu+T下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) t1 2 :1t t

10、uO晶晶閘閘管管不不導(dǎo)導(dǎo)通通。,0,0g1 ut t gu tO tOuO下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) tOuO t1 tuO tguO t22 tTuO下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)OU )d(sin221ttU 2cos145. 0LLOO RURUI2cos145. 0 U下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) +TLeL下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) tguO tTuO tOuO t1 tuO t22 下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)+LTD+(1) 電路

11、電路下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)iL tOu tuO tTuO 2 tguO下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)aRLD2T1b+T1T2RLuoD1D2+下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)+T1T2RLuoD1D2+bRLD1T2a下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) tOu tuO tT1uO2 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà) tguO下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) )d(sin21ttUU 2cos19 . 0LO RURUI2cos19 . 0 U下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目

12、錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)兩種常用可控整流電路兩種常用可控整流電路電路電路特點(diǎn)特點(diǎn)1. 該電路只用一只晶閘管，且其上該電路只用一只晶閘管，且其上 無(wú)反向電壓。無(wú)反向電壓。2. 晶閘管和負(fù)載上的電流相同。晶閘管和負(fù)載上的電流相同。(1)uTD2D4u0RL+-+-下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)電路電路特點(diǎn)特點(diǎn) 1. 該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，D1、D2 便起便起 續(xù)流二極管作用。續(xù)流二極管作用。(2)2. 由于由于T1的陽(yáng)極和的陽(yáng)極和T2的陰極相連，兩管控的陰極相連，兩管控 制極必須加獨(dú)立的觸發(fā)信號(hào)。制極必須加獨(dú)立的觸發(fā)信號(hào)。T1T2D1D2uuOR

13、L+-+-下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)0 22010901801090%.%.UUAODT32IIIV3102UV)()(RRMDRM930620232UUU2cos19 . 0 U)(1800 下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) ，一旦發(fā)生過(guò)，一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，溫度急劇上升，可能將電流時(shí)，溫度急劇上升，可能將PNPN結(jié)燒壞，造成元結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開(kāi)路。例如一只件內(nèi)部短路或開(kāi)路。例如一只100A的的晶閘管晶閘管過(guò)電流過(guò)電流為為400A400A時(shí)，僅允許持續(xù)時(shí)，僅允許持續(xù)0.020.02秒，否則將因過(guò)熱而損秒，否則將因過(guò)熱而損壞；壞

14、； 電壓超過(guò)其反電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。若正向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。若正向電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，則晶閘管誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后向電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，則晶閘管誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流較大，使器件受損。的電流較大，使器件受損。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)與晶閘與晶閘管串聯(lián)管串聯(lián)接在接在輸入輸入端端接在接在輸出輸出端端下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) RCRC 硒堆保護(hù)硒堆保護(hù)(硒整流片硒整流片)晶閘管元件晶閘管元件的阻容保護(hù)的阻容保護(hù)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目

15、錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)NPPN結(jié)結(jié)N型硅片型硅片下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)2B1B1BBB1BRRRUU BBBBBB1BUURR 分壓比分壓比( (0.5 0.9) )UBB+_+_RP+_+_RB1RB2AUBB+_RP+_+_下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)3 . 維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小 電壓、電流。電壓、電流。 單結(jié)管由截止變導(dǎo)通單結(jié)管由截止變導(dǎo)通 所需發(fā)射極電壓所需發(fā)射極電壓。IpIVV截止區(qū)截止區(qū)P下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) 3. 不同單結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓不同單

16、結(jié)晶體管的谷點(diǎn)電壓谷點(diǎn)電流谷點(diǎn)電流都都 不一樣。谷點(diǎn)電壓大約在不一樣。谷點(diǎn)電壓大約在2 5V之間。常選用之間。常選用 稍大一些，稍大一些， 稍小的單結(jié)晶體管，以增大輸稍小的單結(jié)晶體管，以增大輸 出脈沖幅度和移相范圍。出脈沖幅度和移相范圍。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)Uvug下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)。uvOO下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2u2+C+R下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)U

17、2MRu2+uo+uZU2MuOouOzuO下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)UP-UDR1R2RPCcRuZLugucuvUpRLT1D1D2T2OOUZuOO下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) uL L下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管觸發(fā)電路T1+U1RE1-CT2RC1RE2R2T3T4D1D2DZR 輸出脈沖可以直接從電阻輸出脈沖可以直接從電阻R1引出引出(如前圖如前圖)，也可，也可通過(guò)脈沖變壓器輸出。由于晶閘管控制極與陰極間通過(guò)脈沖變壓器輸出。由于晶閘管控制極與陰極間允許的反向電壓很小，為了防止反向擊穿，在脈沖允許的反向電壓很小，為了防止反向擊穿，在脈沖變壓器副邊串聯(lián)二極管變壓器副邊串聯(lián)二極管D1, 可將反向電壓隔開(kāi)，而可將反向電壓隔開(kāi)，而并聯(lián)并聯(lián)D2，可將反向電壓短路。，可將反向電壓短路。 下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)R1AVR2R4R3RPDDZTC+_T1下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)。 R1AV R2R4R3RP D DZTC+_ T1下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返