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畢業(yè)答辯模板-江南大學太湖學院(留存版)

2025-02-22 07:25上一頁面

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【正文】 電力變換電路的發(fā)展 高功率因數(shù)整流電路,采用自關斷器件、 PWM控制。 電力電子器件概述 電力電子器件的概念和特征 電力電子器件的基本類型 電力電子器件的模塊化與集成化 電力電子器件的應用領域 電力電子器件的基本類型 半控型器件 全控型器件 通過控制信號可控制 其導通而 不 能 控制其關斷 { 晶閘管 及其派生器件 關 斷 主 電 路 電 流 電 壓 通過控制信號即可控制 其導通又 能 控制其關斷 { 絕緣柵雙極晶體管 電力場效應晶體管 門極可關斷晶閘管 自關斷器件 門極可關斷晶閘管 處理兆瓦級 大功率電能 不能 用 控制信號控制 其通斷, 不需要 驅(qū)動電路 電力二極管 不控型器件 主 電 路 { 通 斷 電 流 電 壓 只有兩個端子 2. 按照驅(qū)動電路加在 電力電子 器件上驅(qū)動信號的性質(zhì) 電流驅(qū)動型 電壓驅(qū)動型 通 斷 單極型器件 由一種載流子參與導電的器件 雙極型器件 由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件 復合型器件 單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件 電力電子器件的模塊化與集成化 電力電子器件 最初是單管結(jié)構(gòu)、分立器件 電力電子設備 電力電子器件及其散熱器、驅(qū)動、保護等電路 結(jié)構(gòu)松散、體積大、可靠性差、成本高 電力電子器件的模塊化與集成化 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高、成本低 功率模塊 由若干功率開關器件與快速二極管組合而成 單片集成式模塊 功率器件、驅(qū)動、保護等電路集成于一個硅片 智能功率模塊 將具有驅(qū)動、自保護、自診斷功能的集成芯片 再度與電力電子器件集成 表 11 電力電子器件 類 型 名稱 中文名稱 英文名稱 分立 器件 不可控器件 電力二極管 Power Diode 半控型器件 晶閘管 (可控硅 ) Thyristor (SCR) 全 控 型 器 件 電流控制器件 電力晶體管 (雙極型晶體管 ) GTR (BJT) 門極可關斷晶閘管 GTO 電壓控制器件 電力場效應晶體管 Power MOSFET 絕緣柵雙極型晶體管 IGBT 場控晶閘管 MCT 靜電感應晶體管 SIT 靜電感應晶閘管 SITH 集成模塊 功率模塊 Power Module 單片集成模塊 System on a Chip 智能功率模塊 IPM 以上各種類型器件的特點為: 電力電子器件的應用領域 電力電子器件 應用廣泛 電力電子器件允許的開關頻率與允許功率范圍及主要應用領域 1 0 1 0 0 1 k 1 0 k 1 0 0 k 1 M1 0 01 k1 0 k1 0 0 k1 M1 0 M1 0 0 Mf / H zP / V A1 0 MGTO(機車、地鐵、SVG等)SCR(高壓直流輸電、靜止無功補償?shù)雀邏侯I域)GTR(UPS、空調(diào)、冰箱等)I G B T ( 電 機 調(diào) 速 、 逆 變 器 、變 頻 器 等 中 等 功 率 范 圍 )M O S F E T ( 開 關 電 源 、日 用 電 器 、 汽 車 電 子 等 ) 電力二極管 結(jié)構(gòu)和原理簡單工作可靠 現(xiàn)在仍大量應用于許多電氣設備 電力二極管 (半導體整流管) 20世紀 50年代初獲得應用 應用 快恢復二極管 肖特基二極管 斬波、逆變 高頻低壓儀表、 開關電源 PN結(jié)的工作原理 電力二極管在本質(zhì)上是一個 PN節(jié),只是加上電極引線、管殼封裝。 正向平均電流按照電流的發(fā)熱效應定義,使用時應按有效值相等的原則選取電力二極管的電流額定值,應留有一定的裕量。流過晶閘管的漏電流稍大于兩個晶體管漏電流之和。 當反向電壓超過一定限度 ,到反向擊穿電壓后 , 外電路如無限制措施 , 則反向漏電流急劇增加 , 導致晶閘管反向擊穿 、 損壞 。 掣住電流 IL 晶閘管剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后, 能維持其導通所 必需的最小陽極電流。 半控型器件, 如何關斷即換流? 必須借助外部手段使其電流小于維持電流。 Ot0tiGiAIA9 0 % IA1 0 % IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6關斷時間 toff=ts+tf 數(shù)個微秒 . GTO的主要參數(shù) 最大可關斷陽極電流 IATO GTO額定電流。 特性、 參數(shù)與 MOSFET類似,不再展開討論。 tfv1 MOSFET單獨工作時的電壓下降時間 tfv2 MOSFET和PNP晶體管同時工作的電壓下降時間 只有在 tfv2段結(jié)束時, IGBT才完全進入飽和狀態(tài) ttt10 %90 %10 %90 %u CEiC00uGEUG EMICMUCEMt fv 1 t fv 2t offtont fi 1 t fi 2t stft dtrU CE ( on )U G EMU G EMICMI CM0關斷延遲時間 ts 從驅(qū)動電壓 uGE的后沿下降至其幅值 90%時刻開始,到集電極電流 iC下降至其幅值的 90%所需時間 電流下降時間 tf 集電極電流 iC從其幅值 90%下降至 10%所需時間 關斷時間 toff toff=ts+tf ttt10 %90 %10 %90 %u CEiC00uGEUG EMICMUCEMt fv 1 t fv 2t offtont fi 1 t fi 2t stft dtrU CE ( on )U G EMU G EMICMI CM0集電極電流 iC的下降過程分為 tfi1和 tfi2兩段。 ?反向偏臵安全工作區(qū) 規(guī)范關斷過程、斷態(tài)工作點最大集電極電流、最大集射極間電壓和最大最大允許電壓上升率確定 IGBT在阻斷工作狀態(tài)的參數(shù)極限 范圍。 d 2 R L1 1 1d ( ) d ( ) d ( )2 π 2 π 2 πU u t u t u t? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?0L 01 d ( ) d 02 π 2 πLu t i?????? ????dRUU?負載阻抗角 ? 、 觸發(fā)角 a 、 晶閘管導通角 θ的關系 ?若 ?為定值 , a 越大 , 在 u2正半周 L儲能越少 , 維持導電的能力就越弱 , θ越小 ?若 ?為定值 , ? (L) 越大 , 則 L貯能越多 , θ越大;且 ? 越大 , 在 u2負半周 L維持晶閘管導通的時間就越接近晶閘管在 u2正半周導通的時間 , ud中負的部分越接近正的部分 ,平均值 Ud越接近零 , 輸出的直流電流平均值也越小 。 ? VT2和 VT3組成另一對橋臂,在 u2負半周承受電壓 u2,得到觸發(fā)脈沖即導通。 ? 三個晶閘管分別接入 a、b、 c三相電源,其陰極連接在一起為 共陰極接法 。 ?這時整流電壓 ud的波形和負載電流 id的波形與電感負載電流連續(xù)時的波形相同, ud的計算公式亦一樣。 數(shù)量關系 與電阻負載相同 ? ????? ?? ?????? 2c )c os1(22)(s i n22 1 222 UUttdUU dπ 2221 π s in 2( 2 s in ) d ( )2 π 2 π 4 πU U t t U????? ?? ? ??移相范圍是 0~π 導通角是 π- a d 2d1 c o s0 .4 52U UIRR??? ? ??????42s i n22 ????RURUI晶閘管在工作中可能承受的最大正、反向電壓為電源電壓的峰值 dd V T 2 II ??? ??ddVT ItdII ??????? 2)(2 1 2 ??? ?dd VD II R ???2??若近似認為 id為一條水平線,恒為 Id,則有 d2 2dVD 2)(21R ItdII ??????????? ? ?單相半波可控整流電路的 特點 ? 簡單 , 但輸出脈動大 。 a )u1TV TRLu2uV Tudidu20 ? t1?2 ?? t? t? t? t? tug0ud0id0uV T0??b )c )d )e )f )+ +2. 阻感負載 a )u1TV TRLu2uV Tudidu20 ? t1?2 ?? t? t? t? t? tug0ud0id0uV T0??b )c )d )e )f )+ +2. 阻感負載 阻感負載的特點 電感對電流變化有抗拒作用,使流過電感的電流不發(fā)生突變。 靜態(tài)、動態(tài)。 0放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICUCEU TUGE增加U GE 1UGE 2U GE 3擊穿區(qū)當 UGEUT,集電極電流 IC與 uCE成線性關系,不隨 uGE而變化, IGBT處于飽和區(qū),導通壓降較小。 功率場效應晶體管適用于開關電源、高頻感應加熱等高頻場合,但不適用于大功率裝臵。 Ot0tiGiAIA9 0 % IA1 0 % IAtttftstdtrt0t1t2t3t4t5t6. GTO的動態(tài)特性 下降時間 tf 陽極電流從 90%IA起到下降到 10%IA為止的時間間隔。恢復對正向電壓的阻斷能力。以正弦半波為例。 導通期間,如果門極電流為零,并且陽極電流降至接近于零的某一數(shù)值 IH以下,則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài)。 正向承受一定電壓,兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài):高阻抗的阻斷工作狀態(tài)和低阻抗的導通工作狀態(tài)。 td= t1t0—— 延遲時間 tf= t2t1—— 電流下降時間 trr=td+tf—— 反向恢復時間 普通: 5~幾十微秒 快速: 幾百納秒 肖特基:幾十納秒 a) IF td trr tf IRP t1 t2 UF UR t dtdiFtF t0 dtdiRURP 在關斷之前有較大的反向電流,伴隨明顯的反向電壓過沖。 2)電力電子器件因處理電功率較大,為了減小本身的損 耗、提高效率,一般都工作在開關狀態(tài)。 20世紀 70年代以前,整流電路占有主導地位; 20世紀 80年代以后,逆變電路的應用日益廣泛,但整流電路仍然占有重要地位。功率因數(shù)可以達到 1,基本不消耗無功功率、不產(chǎn)生諧波。 PN節(jié)的工作原理已經(jīng)在模擬電子技術課程中涉及,不再展開討論。 正向壓降 UF 電力二極管在正向電流導通時二極管上的正向壓降。 開通(門極觸發(fā)): 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(陽極電流)將趨近于無窮大,實現(xiàn)飽和導通。 0UA KIAIHIG 2IG 1IG= 0UD BUD S MUD R MUR R MUR S M
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