【正文】 1 第 1章 晶閘管及可控整流電路 半控型器件 —— 晶閘管 單相橋式可 控整流電路 三相橋式可控整流電路 反電勢負載的特點 本章作業(yè) 2 電子技術的基礎 ——— 電子器件：晶體管和集成電路 電力電子電路的基礎 ——— 電力電子器件 本章主要內(nèi)容： 概述電力電子器件的 概念 、 特點 和 分類 等問題。 介紹常用電力電子器件的 工作原理 、 基本特性 、 主要參數(shù) 以及選擇和使用中應注意問題。 第 1章 引言 3 一 電力電子器件的概念和特征 二 應用電力電子器件的系統(tǒng)組成 三 電力電子器件的分類 引言 電力電子器件概述 4 1）概念 : 電力電子器件 （ Power Electronic Device） —— 可直接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。 主電路（ Main Power Circuit） —— 電氣設備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路。 2）分類 : 電真空器件 (汞弧整流器 ) 半導體器件 (采用的主要材料硅） 仍然 一 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件 5 能處理電功率的能力，一般遠大于處理信息的電子器件。 電力電子器件一般都工作在開關狀態(tài)。 電力電子器件往往需要由信息電子電路來控制。 電力電子器件自身的功率損耗遠大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。 一 電力電子器件的概念和特征 3）同處理信息的電子器件相比的一般特征： 6 通態(tài)損耗 是器件功率損耗的主要成因。 器件開關頻率較高時， 開關損耗 可能成為器件功率損耗的主要因素。 主要損耗 通態(tài)損耗 斷態(tài)損耗 開關損耗 關斷損耗 開通損耗 一 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的損耗 7 電力電子系統(tǒng) ：由 控制電路 、 驅動電路 、 保護電路 和以電力電子器件為核心的 主電路 組成。 圖 11 電力電子器件在實際應用中的系統(tǒng)組成 控 制 電 路 檢測 電路 驅動 電路 R L 主電路 V 1 V 2 保護電路 在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正常可靠運行 二 應用電力電子器件系統(tǒng)組成 電氣隔離 控制電路 8 半控型器件（ Thyristor） —— 通過控制信號可以控制其導通而不能控制其關斷。 全控型器件（ IGBT,MOSFET) —— 通過控制信號既可控制其導通又可控制其關 斷，又稱自關斷器件。 不可控器件 (Power Diode) —— 不能用控制信號來控制其通斷 , 因此也就不需要驅動電路。 三 電力電子器件的分類 按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類： 9 電流驅動型 —— 通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導通或者 關斷的控制。 電壓驅動型 —— 僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導通或者關斷的控制。 三 電力電子器件的分類 按照驅動電路信號的性質，分為兩類： 10 普通晶閘管 晶閘管的結構與工作原理 晶閘管的基本特性 晶閘管的主要參數(shù) 晶閘管的派生器件 11 半控器件 — 晶閘管 引言 1956年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶閘管 。 1957年美國通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品 。 1958年商業(yè)化 。 開辟了電力電子技術迅速發(fā)展和廣泛應用的嶄新時代 。 20世紀 80年代以來 ， 開始被全控型器件取代 。 能承受的電壓和電流容量最高 ， 工作可靠 ， 在大容量的場合具有重要地位 。 晶閘管 （ Thyristor） ：晶體閘流管 ， 可控硅整流器 （ Silicon Controlled Rectifier—— SCR） 12 圖 12 晶閘管的外形、結構和電氣圖形符號 a) 外形 b) 結構 c) 電氣圖形符號 晶閘管的結構與工作原理 外形有 螺栓型 、 平板型 和 模塊型 三種封裝 。 有三個聯(lián)接端 。 螺栓型封裝 ， 通常螺栓是其陽極 ， 能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便 。 平板型晶閘管可由兩個散熱器將其夾在中間 。 AAGGKKb) c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J313 晶閘管的結構與工作原理 常用 晶閘管的結構 螺栓型晶閘管 晶閘管模塊 平板型晶閘管外形及結構 14 晶閘管的結構與工作原理 式中 ?1和 ?2分別是晶體管 V1和 V2的共基極電流增益； ICBO1和 ICBO2分別是 V1和 V2的共基極漏電流。由以上式可得 ： 圖 13 晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理 a) 雙晶體管模型 b) 工作原理 按 晶體管的工作原理 ，得： 111 C B OAc III ?? ?222 C B OKc III ?? ?GAK III ??21 ccA III ??（ 12） （ 11） （ 13） （ 14） )(1 21C B O 2C B O 1G2A ???????? IIII （ 15） 15 晶閘管的結構與工作原理 在低發(fā)射極電流下 ? 是很小的，而當發(fā)射極電流建立起來之后， ? 迅速增大。 阻斷狀態(tài) ： IG=0， ?1+?2很小 。 流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和 。 開通狀態(tài) ： 注入觸發(fā)電流使晶體管的發(fā)射極電流增大以致 ?1+?2趨近于 1的話 ， 流過晶閘管 的電流 IA， 將趨近于無窮大 ， 實現(xiàn)飽和導通 。 IA實際由外電路 決定 。 16 晶閘管的結構與工作原理 陽極電壓升高至相當高的數(shù)值造成雪崩效應 陽極電壓上升率 du/dt過高 結溫較高 光觸發(fā) 光觸發(fā)可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應用于高壓電力設備中 ， 稱為 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor—— LTT） 。 只有門極觸發(fā)是最精確 、 迅速而可靠的控制手段 。 其他幾種可能導通的情況 ： 17 晶閘管的基本特性 承受反向電壓時 ， 不論門極是否有觸發(fā)電流 ， 晶閘管都不會導通 。 承受正向電壓時 ， 僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通 。 晶閘管一旦導通 ， 門極就失去控制作用 。 要使晶閘管關斷 ， 只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下并承受反壓 。 晶閘管正常工作時的特性總結如下： 18 晶閘管的基本特性 （ 1） 正向特性 IG=0時，器件兩端施加正向電壓，只有很小的正向漏電流，為正向阻斷狀態(tài)。 正向電壓超過正向轉折電壓 Ubo，則漏電流急劇增大，器件開通。 隨著門極電流幅值的增大 ，正向轉折電壓降低 。 晶閘管本身的壓降很小 ，在 1V左右 。 正向 導通 雪崩 擊穿 O + U A U A I A I A I H I G2 I G1 I G = 0 U bo U DSM U DRM U RRM U RSM 1） 靜態(tài)特性 圖 14 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 19 晶閘管的基本特性 反向特性類似二極管的反向特性 。 反向阻斷狀態(tài)時 ， 只有極小的反相漏電流流過 。 當反向電壓達到反向擊穿電壓后 ， 可能導致晶閘管發(fā)熱損壞 。 圖 14 晶閘管的伏安特性 IG2IG1IG 正向 導通 雪崩 擊穿 O + U A U A I A I A I H I G2 I G1 I G = 0 U bo U DSM U DRM U RRM U RSM （ 2） 反向特性 20 晶閘管的基本特性 1) 開通過程 延遲時間 td (~?s) 上升時間 tr (~3?s) 開通時間 tgt以上兩者之和 ， tgt=td+ tr （ 16） 100% 90% 10% u AK t t O 0 t d t r t rr t gr U RRM I RM i A 2) 關斷過程 反向阻斷恢復時間 trr 正向阻斷恢復時間 tgr 關斷時間 tq以上兩者之和tq=trr+tgr （ 17) 普通晶閘管的關斷時間約幾百微秒 2） 動態(tài)特性 圖 15 晶閘管的開通和關斷過程波形 21 晶閘管的主要參數(shù) 斷態(tài)重復峰值電壓 UDRM —— 在門極斷路而結溫為額定值時 ， 允許重復加在器件上的正向峰值電壓 。 反向重復峰值電壓 URRM —— 在門極斷路而結溫為額定值時 ， 允許重復加在器件上的反向峰值電壓 。 通態(tài) （ 峰值 ） 電壓 UT —— 晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓 。 通 常 取 晶 閘 管 的UDRM和 URRM中較小的標值作為該器件的 額定電壓 。 選用時 ， 一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓 2~3倍 。 使用注意： 1） 電壓定額 22 晶閘管的主要參數(shù) 通態(tài)平均電流 IT(AV） —— 在環(huán)境溫度為 40?C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結溫不超過額定結溫時所允許流過的 最大工頻正弦半波電流的平均值 。標稱其額定電流的參數(shù)。 —— 使用時應按 有效值相等的原則 來選取晶閘管。 2） 電流定額 vti tI m ?sinvti23 晶閘管的主要參數(shù) 通態(tài)平均電流 IT的計算 22s i n4121212121)s i n(2100220mmmmNItItdtc o nItdtII?????????????????? ?????????????????????????mmmmvtTItc o nIttdIttdITiI?????? ???0020)(2s i n21s i n2124 晶閘管的主要參數(shù) TNmmTNIIIIII