電力電子技術(shù)講稿(最新整理-wenkub
2022-11-15 04:06:23 本頁面
【正文】 本相同，采用微電子技術(shù)。 與電力學(xué)（電氣工程）的關(guān)系 電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中 高壓直流輸電 靜止無功補(bǔ)償 電力機(jī)車牽引 交直流電力傳動 電解、電鍍、電加熱、高性能交 直流電源 國內(nèi)外均把電力電子技術(shù)歸為電氣工程的一個分支。 電力電子裝置是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和 重要支撐技術(shù)。 2 電力電子技術(shù)的發(fā)展史 歷史是人類社會的一面鏡子分析過去、現(xiàn)在有助于把握未來 科學(xué)史是科學(xué)家的一面鏡子了解一門學(xué)科的過去、現(xiàn)在有助于把握未來 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。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，在使用量十分龐大的照明電源等方面，因此它也被稱為是 節(jié)能技術(shù) 。 課時分配：課內(nèi)教學(xué)學(xué)時為 48~56 學(xué)時（包含實驗，每個實驗 2 學(xué)時）。 主電路（ Main Power Circuit） —— 電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔(dān)電能的變換或控制任務(wù)的電路。 電力電子器件自身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，一般都要安裝散熱器。 主要損耗 通態(tài)損耗 斷態(tài)損耗 開關(guān)損耗 開通損耗 關(guān)斷損耗 電力電子技術(shù)講稿 9 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： 半控型器件（ Thyristor） —— 通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。 電壓驅(qū)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(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。 掌握電力電子器件的型號 命名法 ，以及其 參數(shù)和特性曲線的使用方法。 整流二極管及模塊 PN 結(jié)與電力二極管的工作原理 基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣。 PN結(jié)的反向擊穿（兩種形式 ) 雪崩擊穿 齊納擊穿 均可能導(dǎo)致熱擊穿 PN結(jié)的電容效應(yīng)： PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn) 電容效應(yīng) ，稱為 結(jié)電容 CJ， 又稱為微分電容 。 與 IF 對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其 正向電壓降 UF 。 關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。 圖 15(b)關(guān)斷過程 b) U FP u i i F u F t fr t 0 2V a) F U F t F t 0 t rr t d t f t 1 t 2 t U R U RP I RP d i F d t d i R d t I F U F t F t 0 t rr t d t f t 1 t 2 t U R U RP I RP d i F d t d i R d t 電力電子技術(shù)講稿 13 圖 15(b)開通過程 電力二極管的主要參數(shù) 1) 正向平均電流 IF(AV) 額定電流 ——在指定的管殼溫 度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。 使用時，應(yīng)當(dāng)留有兩倍的裕量。 6) 浪涌電流 IFSM 指電力二極管所能承受最大的連續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。前者 trr 為數(shù)百納秒或更長，后者則在 100ns 以下，甚至達(dá)到 20~30ns。 肖特基二極管的 優(yōu)點(diǎn) 反向恢復(fù)時間很短（ 10~40ns）。 電力電子技術(shù)講稿 15 AAGGKKb) c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3 半控器件 — 晶閘管 晶閘管 （ Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（ Silicon Controlled Rectifier——SCR） 1956 年美國貝爾實驗室發(fā)明了晶閘管。 20 世紀(jì) 80 年代以來，開始被全控型器件取代。 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。 阻斷狀態(tài)： IG=0， ?1+?2很小。 其他幾種可能導(dǎo)通的情況 ： 陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng) 陽極電壓上升率 du/dt過高 結(jié)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(yīng)用于高壓電力設(shè)備中，稱為 光控晶閘管 （ Light Triggered Thyristor——LTT）。 要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下 。 晶閘管本身的壓降很小，在 1V左右。 3） 動態(tài)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） 2) 關(guān)斷過程 反向阻斷恢復(fù)時間 trr 正向阻斷恢復(fù)時間 tgr 關(guān)斷時間 tq以上兩者之和 tq=trr+tgr （ 17) 普通晶閘管的關(guān)斷時間約幾百微秒 圖 19 晶閘管的開通和關(guān)斷過程波形 晶閘管的主要參數(shù) 1）電壓定額 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓 UDRM —— 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。 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。 維 持電流 IH —— 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。 3）動態(tài)參數(shù) 除開通時間 tgt 和關(guān)斷時間 tq外，還有： 斷態(tài)電壓臨界上升率 du/dt —— 指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通 態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。 晶閘管的派生器件 1）快速晶閘管（ Fast Switching Thyristor—— FST) 有快速晶閘管和高頻晶閘管。 由于工作頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。 不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。 光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。 典型代表 ——門極可關(guān)斷晶閘管、電力晶體管 、電力場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管 常用的典型全控型器件 門極可關(guān)斷晶閘管 門極可關(guān)斷晶閘管 （ GateTurnOff Thyristor — GTO） 晶閘管的一種派生器件。 和普通晶閘管的 不同點(diǎn) ： GTO 是一種多元的功率集成器件 圖 113 GTO 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號
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