第八章電力電子學(xué)基礎(chǔ)

1、第第8章章 電力電子學(xué)基礎(chǔ)電力電子學(xué)基礎(chǔ)1、半導(dǎo)體器件的兩個(gè)發(fā)展方向、半導(dǎo)體器件的兩個(gè)發(fā)展方向高集成度的集成電路，稱弱電子學(xué)高集成度的集成電路，稱弱電子學(xué)電力電子器件，稱強(qiáng)電子學(xué)電力電子器件，稱強(qiáng)電子學(xué)2、電力電子器件在電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的作用：、電力電子器件在電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的作用：作為作為功率開(kāi)關(guān)功率開(kāi)關(guān)使用，使用，不同的控制技術(shù)與功率開(kāi)關(guān)相配合，達(dá)到向電動(dòng)機(jī)提供不同的控制技術(shù)與功率開(kāi)關(guān)相配合，達(dá)到向電動(dòng)機(jī)提供不同極性、不同極性、不同電壓、不同頻率、不同相序不同電壓、不同頻率、不同相序的供電電壓，以控制電動(dòng)機(jī)的的供電電壓，以控制電動(dòng)機(jī)的啟停、啟停、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速。8.1電力半導(dǎo)體器件（

2、電力半導(dǎo)體器件（3類類）1、不可控型開(kāi)關(guān)器件、不可控型開(kāi)關(guān)器件二極管是不可控型開(kāi)關(guān)器件，導(dǎo)通與關(guān)斷都不能控制的器件，二極管是不可控型開(kāi)關(guān)器件，導(dǎo)通與關(guān)斷都不能控制的器件，由由一個(gè)一個(gè)p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體和和n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的燒結(jié)形成的p-n結(jié)結(jié)、兩端引線兩端引線、封裝封裝組成的。從外形上看，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。組成的。從外形上看，可以有螺栓型、平板型等多種封裝。A：陽(yáng)極：陽(yáng)極B：陰極：陰極二極管的基本原理二極管的基本原理PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?正向?qū)ǎ赫驅(qū)ǎ篜N結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，形成自結(jié)外加正向電壓（正向偏置）時(shí)，形成自P區(qū)流區(qū)流入從入從N區(qū)流出

3、的電流，稱為區(qū)流出的電流，稱為正向電流正向電流IF，導(dǎo)通導(dǎo)通電壓降為電壓降為0.80.81V1V。 反向截止：反向截止：當(dāng)當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，結(jié)外加反向電壓時(shí)（反向偏置）時(shí)，PN結(jié)表結(jié)表現(xiàn)為現(xiàn)為高阻態(tài)高阻態(tài)，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)。，幾乎沒(méi)有電流流過(guò)。 反向擊穿：反向擊穿：PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，當(dāng)施加的反向電結(jié)具有一定的反向耐壓能力，當(dāng)施加的反向電壓過(guò)大，反向電流會(huì)急劇增大，壓過(guò)大，反向電流會(huì)急劇增大，破壞破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)。作狀態(tài)。反向擊穿發(fā)生時(shí)，將反向電流限制在一定范圍內(nèi)，反向擊穿發(fā)生時(shí)，將反向電流限制在一定范圍內(nèi)，PN結(jié)仍可恢復(fù)原來(lái)

4、的狀態(tài)。否則結(jié)仍可恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。否則PN結(jié)會(huì)過(guò)熱而燒毀。結(jié)會(huì)過(guò)熱而燒毀。A：陽(yáng)極：陽(yáng)極B：陰極：陰極2、半控型開(kāi)關(guān)器件：、半控型開(kāi)關(guān)器件：只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷的器件。只能控制其導(dǎo)通，不能控制其關(guān)斷的器件。普通晶閘管普通晶閘管螺栓形晶閘管：螺栓形晶閘管：帶有螺栓的一端是陽(yáng)極帶有螺栓的一端是陽(yáng)極A，粗引線是陰極，粗引線是陰極K，細(xì)線，細(xì)線是控制極是控制極G。用于。用于100A以下場(chǎng)合。以下場(chǎng)合。平板形晶閘管：平板形晶閘管：中間的金屬環(huán)是控制極中間的金屬環(huán)是控制極G，離控制極，離控制極G較遠(yuǎn)的一較遠(yuǎn)的一面是陽(yáng)極面是陽(yáng)極A，較近的一面是陰極，較近的一面是陰極K。用于。用于200A以上場(chǎng)合。

5、以上場(chǎng)合。n晶閘管結(jié)構(gòu)與符號(hào)晶閘管結(jié)構(gòu)與符號(hào)晶閘管由單晶硅薄片晶閘管由單晶硅薄片P P1 1、N N1 1、P P2 2、N N2 2四層半導(dǎo)體材料疊成，形成三四層半導(dǎo)體材料疊成，形成三個(gè)個(gè)PNPN結(jié)。結(jié)。二級(jí)管晶閘管晶閘管的工作原理晶閘管的工作原理加反向電壓：兩個(gè)加反向電壓：兩個(gè)PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置加正向電壓：中間加正向電壓：中間PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極晶閘管不能導(dǎo)通晶閘管不能導(dǎo)通21112232434000gLLddLEtttttRRtttStRS晶閘管陽(yáng)極對(duì)陰極的電壓為正，開(kāi)關(guān)S合上，控制極對(duì)陰極的電主電路加晶閘管斷開(kāi)，電阻 上電壓u 為 ，交流電壓u，控制電路接 ，

6、 時(shí)合上開(kāi)關(guān) ， 時(shí)拉開(kāi)開(kāi)關(guān)晶閘管承受反向電壓，電壓由正變成負(fù)，不晶閘管導(dǎo)通方法： ：壓為正 晶閘管導(dǎo)通，電源電壓u 加在電阻 上。晶閘管陽(yáng)極對(duì)陰極的會(huì)導(dǎo)通，電阻 上電壓u 為電壓為正，控制極對(duì)陰極： ： ：的電壓為254LRSt tt t正， 晶閘管導(dǎo)通，電源電壓u 加在電阻 上。拉開(kāi)開(kāi)關(guān) ，晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，維持導(dǎo)通； ：晶閘管承受反向電壓，處于 ：截止?fàn)顟B(tài)。KA半控型開(kāi)關(guān)器件半控型開(kāi)關(guān)器件只能控制其導(dǎo)通只能控制其導(dǎo)通不能控制其關(guān)斷不能控制其關(guān)斷發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)2222222221gbcbgcVTVTVTVT晶閘管的陽(yáng)極與陰極加正向電壓，V

7、T1、VT2都承受正向電壓，在控制極加一個(gè)對(duì)陰極K為正的電壓，就有控制電流I 流過(guò)，它是把晶閘管等效地看成兩只晶體管組成，一只的基極電流I ，為PNP型晶體管VT1， 另一只為NPN型晶體管VT2，中間的PN結(jié)為兩管共用。晶閘管導(dǎo)通原理：經(jīng)放大，在的集電極產(chǎn)生電流III ，電流I 又是的基111112112bggbgcVTVTVT 循環(huán)放大，形成強(qiáng)烈的晶閘管導(dǎo)通后，VT極電流I ，經(jīng)的放大，得到VT1的集2的基極始終有比控制電流I 大很電極電流III ，的集電極與的基極接在一多的電流流過(guò)，控制極失去控制電壓E正，起，電晶閘管流又流入VT2的基極仍保持導(dǎo)通，直到電壓，為反饋，負(fù)，承直到元件全部導(dǎo)

8、通。受反向電壓截止。基極DSggggMOgB晶閘管加上正向電壓、控制極開(kāi)路（I =0）,元件中開(kāi)始有很小的正向漏電流流過(guò)，晶閘管的陽(yáng)極與陰極表現(xiàn)出很大的電阻，處于截止?fàn)顟B(tài)。陽(yáng)極電壓斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓（U晶閘管的伏安特）或正向轉(zhuǎn)性正向截止?fàn)顟B(tài)：控制極開(kāi)路（I =0）的導(dǎo)通狀態(tài)：控制極流過(guò)正向電上升到某一值，晶閘管突然由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)的電壓稱為正向電流I 越大，正向轉(zhuǎn)折電折電壓壓越小流I 時(shí)。正向（U ）的態(tài)：電流I狀足RSM 夠大時(shí)，一加上正向陽(yáng)極電壓，晶閘管就導(dǎo)通。晶閘管陽(yáng)極與陰極加上6V直流電壓時(shí)，能使元件導(dǎo)通的控制極最小電流。晶閘管加上反向電壓時(shí)，開(kāi)始處于截止?fàn)顟B(tài)，只有很小的

9、反向漏電流流過(guò)，反向電壓增大到某一觸發(fā)電流：反向不重復(fù)峰值電壓（U值時(shí)，反向漏電流急劇增大）：時(shí)的電壓。UDRM:晶閘管晶閘管控制極斷路且正向截止時(shí)控制極斷路且正向截止時(shí), ,允許重復(fù)加在允許重復(fù)加在晶晶閘管閘管兩端的正向峰值電壓。允許比正向轉(zhuǎn)折電壓兩端的正向峰值電壓。允許比正向轉(zhuǎn)折電壓 UB0小小100V100V。普通。普通晶閘管晶閘管 UDRM 為為100V 3000V控制極斷路控制極斷路時(shí)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。比反向不重復(fù)峰值電壓件上的反向峰值電壓。比反向不重復(fù)峰值電壓U URSMRSM小小100V100V。 普通普通晶閘管晶閘管 UR

10、RM為為100V3000VURRM：mm01sin()2 TIIItdt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，晶閘管處于晶閘管處于全全導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)可以連續(xù)通過(guò)的工頻正弦半波電流在一個(gè)周可以連續(xù)通過(guò)的工頻正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)的期內(nèi)的平均值。平均值。 IT t 2 i工頻正弦工頻正弦半波電流的最大值為半波電流的最大值為Im, 則則普通晶閘管普通晶閘管IT為為1A 1000A。n晶閘管的應(yīng)用晶閘管的應(yīng)用n1)1)順變裝置順變裝置（交流電變成直流電）（交流電變成直流電）n2)2)逆變裝置逆變裝置（直流變成交流電源）（直流變成交流電源）n3)3)變頻裝置變頻裝置（順

11、變和逆變的組合）（順變和逆變的組合）n4)4)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（可代替直流發(fā)電機(jī)）（可代替直流發(fā)電機(jī)）3CT表示普通晶閘管。表示普通晶閘管。3CT50/500表示表示額定電流為額定電流為50A, ,額額定電壓為定電壓為500V的晶閘管的晶閘管。1）CT型晶閘管格式型晶閘管格式額定電壓等級(jí)，乘額定電壓等級(jí)，乘100100為額定值為額定值額定電流額定電流 晶閘管晶閘管K P普通型普通型如如KP100-12G表示表示額定電流為額定電流為100A, ,額定電壓為額定電壓為1200V。通態(tài)壓降小于通態(tài)壓降小于1V1V的普通晶閘管。的普通晶閘管。2）KP型晶閘管格式型晶閘管格式（2 2）雙

12、向晶閘管）雙向晶閘管 相當(dāng)于兩個(gè)普通晶閘管反并聯(lián)，控制極對(duì)電源的正、負(fù)兩個(gè)半周都有控制作相當(dāng)于兩個(gè)普通晶閘管反并聯(lián)，控制極對(duì)電源的正、負(fù)兩個(gè)半周都有控制作用，用，MT1MT1為陽(yáng)極為陽(yáng)極1 1，G G為控制極，為控制極，MT2MT2為陽(yáng)極為陽(yáng)極2 2。特點(diǎn)：特點(diǎn)：控制極控制極G G無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，與晶閘管相同，無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，與晶閘管相同，MT2MT2與與MT1MT1間不導(dǎo)電。間不導(dǎo)電。MT2MT2施加施加的電壓高于的電壓高于MT1MT1，控制極加正極性或負(fù)極性信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，電流自，控制極加正極性或負(fù)極性信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，電流自MT2MT2流向流向MT1MT1；MT1MT1施加的電壓高于施加的

13、電壓高于MT2MT2，控制極加正極性或負(fù)極性信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，控制極加正極性或負(fù)極性信號(hào)，晶閘管導(dǎo)通，電流自電流自MT1MT1流向流向MT2MT2；額定電流：額定電流：雙向晶閘管的額定電流不是用正弦半波電流平均值，而是用有效值。雙向晶閘管的額定電流不是用正弦半波電流平均值，而是用有效值。額定值額定值200A200A的雙向晶閘管只能通過(guò)有效值的雙向晶閘管只能通過(guò)有效值200A200A的電流，有效值的電流，有效值200A200A的普通晶閘管的普通晶閘管額定通態(tài)平均電流為額定通態(tài)平均電流為90A90A，一全有效值，一全有效值200A200A雙向晶閘管代替雙向晶閘管代替2 2個(gè)個(gè)90A90A的普通晶閘

14、管。的普通晶閘管。（3）逆導(dǎo)晶閘管）逆導(dǎo)晶閘管 將將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件，制作在同一管芯上的功率集成器件，不具有承受不具有承受反向電壓反向電壓的能力，一旦承受反向電壓即開(kāi)通。的能力，一旦承受反向電壓即開(kāi)通。（4）光控晶閘管）光控晶閘管 是利用一定波長(zhǎng)的是利用一定波長(zhǎng)的光照信號(hào)光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。 陽(yáng)級(jí)有正向外加電壓時(shí)，中間的陽(yáng)級(jí)有正向外加電壓時(shí)，中間的PN結(jié)結(jié)J2被反向偏置。當(dāng)照在被反向偏置。當(dāng)照在反向偏置的反向偏置的J2結(jié)上時(shí)，結(jié)上時(shí)，J2結(jié)的漏電流增大，在晶閘管內(nèi)正反饋?zhàn)饔媒Y(jié)的漏電流增大，在晶閘管內(nèi)正反饋?zhàn)饔孟拢?/p>

15、晶閘管由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)。下，晶閘管由斷態(tài)轉(zhuǎn)為通態(tài)。逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性和伏安特性 反向漏電流反向漏電流12343、全控型開(kāi)關(guān)器件：、全控型開(kāi)關(guān)器件：導(dǎo)通與關(guān)斷都可以控制的器件導(dǎo)通與關(guān)斷都可以控制的器件1）門極可關(guān)斷晶閘管（）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO） 是晶閘管的一種派生器件，通過(guò)在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷，屬于是晶閘管的一種派生器件，通過(guò)在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷，屬于全控型器件。全控型器件。 在門極（控制極）加了一條短線。在門極（控制極）加了一條短線。門極可關(guān)斷晶閘管的工作原理門極可關(guān)斷晶閘管的工作原理 ：在門極加正電壓，在門極加正電壓，GTO導(dǎo)通

16、。在門極加反向?qū)?。在門極加反向電壓，電壓，GTO斷開(kāi)。斷開(kāi)。不需要外部電路強(qiáng)迫陽(yáng)極電流為不需要外部電路強(qiáng)迫陽(yáng)極電流為0而使其關(guān)斷，僅由門極而使其關(guān)斷，僅由門極加反向電流使其斷開(kāi)。加反向電流使其斷開(kāi)。門極可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)：門極可關(guān)斷晶閘管的結(jié)構(gòu)：是一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣引出是一種多元的功率集成器件，雖然外部同樣引出個(gè)極，但內(nèi)部則包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小個(gè)極，但內(nèi)部則包含數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)共陽(yáng)極的小GTO單元，這些小單元，這些小GTO元元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。這種結(jié)構(gòu)是為便于實(shí)現(xiàn)門極控制關(guān)斷的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)在一起。這種結(jié)構(gòu)是為便于實(shí)現(xiàn)門極控制關(guān)斷而設(shè)計(jì)的

17、，開(kāi)關(guān)時(shí)間在而設(shè)計(jì)的，開(kāi)關(guān)時(shí)間在25微秒以內(nèi)，甚至幾百納秒。微秒以內(nèi)，甚至幾百納秒。a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b)電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)2）電力晶體管（）電力晶體管（GTR）特點(diǎn)：特點(diǎn)：耐高壓、大電流的耐高壓、大電流的雙極結(jié)雙極結(jié)（通過(guò)一定的工藝將兩個(gè)通過(guò)一定的工藝將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)結(jié)結(jié)合在一起合在一起 ）型晶體管）型晶體管結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)，把續(xù)流二至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)，把續(xù)流二極管極管V1、穩(wěn)定電陰、穩(wěn)定電陰R、加速二極管、加速二極管V2組合在一起，用環(huán)氧樹(shù)脂密組合在一起，用環(huán)氧樹(shù)脂密封。三

18、個(gè)極分別是集電極封。三個(gè)極分別是集電極C、發(fā)射極、發(fā)射極E、基極、基極B。電力晶體管可以做。電力晶體管可以做成雙管模塊，甚至可以做成六管模塊。采用共發(fā)射極接法。成雙管模塊，甚至可以做成六管模塊。采用共發(fā)射極接法。電力晶體管開(kāi)關(guān)特性：電力晶體管開(kāi)關(guān)特性：斷態(tài)到通態(tài)：斷態(tài)到通態(tài)：電力晶體管用基極電流電力晶體管用基極電流IB控制集電極電流控制集電極電流IC，基極通，基極通入正向電流，集電極電流上升到入正向電流，集電極電流上升到0.9ICS（ICS是飽和導(dǎo)通的集電極電是飽和導(dǎo)通的集電極電流流）進(jìn)入通態(tài)。）進(jìn)入通態(tài)。通態(tài)到斷態(tài)：通態(tài)到斷態(tài)：給基極加一個(gè)負(fù)的電流脈沖，集電極電流不立即減小，給基極加一個(gè)負(fù)的

19、電流脈沖，集電極電流不立即減小，延長(zhǎng)一段時(shí)間才減小，逐漸下降到延長(zhǎng)一段時(shí)間才減小，逐漸下降到0.1ICS進(jìn)入斷態(tài)。進(jìn)入斷態(tài)。電力晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和門極可關(guān)斷晶閘電力晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間在幾微秒以內(nèi)，比晶閘管和門極可關(guān)斷晶閘管的開(kāi)關(guān)時(shí)間都短。管的開(kāi)關(guān)時(shí)間都短。P- MOSFET是多元集成結(jié)構(gòu)，一個(gè)器件由許多個(gè)小的是多元集成結(jié)構(gòu)，一個(gè)器件由許多個(gè)小的MOSFET組組成。三個(gè)極分別是源極成。三個(gè)極分別是源極S、漏極、漏極D和柵極和柵極G。 P- MOSFET用柵極電用柵極電壓壓uGS控制漏極電流控制漏極電流ID，改變，改變uGS的大小，的大小， 主電路中的漏極電流主電路中的漏極電流

20、ID也跟著改變，也跟著改變，由于由于G與與S間的輸入阻抗很大，控制電流幾乎為間的輸入阻抗很大，控制電流幾乎為0，所，所需驅(qū)動(dòng)功率很小。需驅(qū)動(dòng)功率很小。 P- MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)間在開(kāi)關(guān)時(shí)間在10100納秒，工作頻納秒，工作頻率率100kHZ以上，是電力電子器件中最高的。以上，是電力電子器件中最高的。當(dāng)柵極電壓當(dāng)柵極電壓uGS上升上升開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UT，出現(xiàn)漏極電流，出現(xiàn)漏極電流iD，UT24V；柵源電壓；柵源電壓UGS的絕對(duì)的絕對(duì)值大于值大于20V，將導(dǎo)致柵源之間的絕緣層被擊穿。，將導(dǎo)致柵源之間的絕緣層被擊穿。3）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管）電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的主要指絕緣柵型中的MOS型

21、（型（Metal Oxide Semiconductor field effect transistor ）金屬混合半導(dǎo)體效應(yīng)晶體）金屬混合半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管管,簡(jiǎn)稱電力簡(jiǎn)稱電力MOSFET（Power MOSFET）或或P- MOSFET。源極源極柵極柵極漏極漏極4）絕緣柵雙極晶體管）絕緣柵雙極晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管：電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管：?jiǎn)螛O型、電壓控制開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)單極型、電壓控制開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，漏極關(guān)速度快，漏極D與源極與源極S的通態(tài)壓降大，難制成高壓大電流器件。的通態(tài)壓降大，難制成高壓大電流器件。電力晶體管是雙極型：電力晶體管是雙極型：電流控制開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率大，開(kāi)關(guān)

22、速度不電流控制開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)功率大，開(kāi)關(guān)速度不夠快，通態(tài)壓降小，可制成較高電壓和電流的開(kāi)關(guān)器件。夠快，通態(tài)壓降小，可制成較高電壓和電流的開(kāi)關(guān)器件。絕緣柵雙極晶體管：絕緣柵雙極晶體管：是兩者的結(jié)合，柵極發(fā)射極短路時(shí)，集電是兩者的結(jié)合，柵極發(fā)射極短路時(shí)，集電集與發(fā)射極能承受的電壓集與發(fā)射極能承受的電壓UCES高，高，1000V，導(dǎo)通時(shí)能流過(guò)集電極的，導(dǎo)通時(shí)能流過(guò)集電極的最大持續(xù)電流最大持續(xù)電流IC大（大（1800A/4500V），集電極發(fā)射極導(dǎo)通壓降），集電極發(fā)射極導(dǎo)通壓降值小，在值小，在2.55V之間，開(kāi)關(guān)頻率在之間，開(kāi)關(guān)頻率在1040kHZ。在新設(shè)計(jì)的電在新設(shè)計(jì)的電力電子器件中已取代電力晶體管和部

23、份電力場(chǎng)效應(yīng)管。力電子器件中已取代電力晶體管和部份電力場(chǎng)效應(yīng)管。電力晶體管電力晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管10.2 單相可控整流電路n10.2.110.2.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路n1.1.帶電阻性負(fù)載的可控整流電路帶電阻性負(fù)載的可控整流電路 3 .10R2cos1U45. 0I2 .102cos1U45. 0U2d2d 第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.110.2.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路n2.2.帶電感性負(fù)載的可控整流電路帶電感性負(fù)載的可控整流電路第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控

24、整流電路n10.2.110.2.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路n3.3.續(xù)流二極管的作用續(xù)流二極管的作用第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路n1.1.單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路n1)1)電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 7 .10R2cos1U9 . 0I6 .102cos1U9 . 0U2d2d 元件承受元件承受的正反向的正反向電壓是電電壓是電源電壓的源電壓的最大值最大值2U2U2 2第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控

25、整流電路單相橋式可控整流電路n1.1.單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路n2)2)電感性負(fù)載電感性負(fù)載第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路n1.1.單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路n2)2)電感性負(fù)載電感性負(fù)載帶電感性負(fù)載時(shí)可帶電感性負(fù)載時(shí)可不要續(xù)流二極管不要續(xù)流二極管第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路n1.1.單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路n2)2)電感性負(fù)載電感性負(fù)載單向脈動(dòng)直流

26、單向脈動(dòng)直流電電第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路n1.1.單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路n3)3)反電勢(shì)負(fù)載反電勢(shì)負(fù)載REUIdd 第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路n1.1.單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路n3)3)反電勢(shì)負(fù)載反電勢(shì)負(fù)載第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路n2.2.單相全控橋

27、式整流電路單相全控橋式整流電路 9 .1020cosU9 . 0U2d 第十章 電力電子學(xué)-晶閘管及基本電路 10.2 單相可控整流電路n10.2.210.2.2單相橋式可控整流電路單相橋式可控整流電路n2.2.單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路n例例10.110.1一臺(tái)白熾燈泡調(diào)光電路，需要可調(diào)的直流電源，一臺(tái)白熾燈泡調(diào)光電路，需要可調(diào)的直流電源，U U0 0n=0=0180V180V，電流，電流I I0 0=0=010A10A，采用半控橋式整流電路如圖，采用半控橋式整流電路如圖，試求最大交流電壓和電流的有效值，并選用元件。試求最大交流電壓和電流的有效值，并選用元件。n解解：設(shè)導(dǎo)通角：

28、設(shè)導(dǎo)通角=0 U=0 U0 0=180V,I=180V,I0 0=10A =10A 有效值有效值U=U0/0.9=180V/0.9=200VI=U/RL=220/(180V/10A)=12.2A平均電流Ivs=Iv=10A/2=5AUFM=URm=1.414U=1.414220=310V2310 600V選用3cT10/600,2cz10/300第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.3 三相可控整流電路n10.3.1 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路n1.1.電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載(=0)(=0) 10.1017. 12PdUU 第

29、十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.3 三相可控整流電路n10.3.1 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路n1.1.電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載(0/6)(0/6) 11.10cos17. 12PdUU 第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.3 三相可控整流電路n10.3.1 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路n1.1.電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載(05/6)(05/6)RUIUUUUUddpddPd/17. 106/500, 6/512.10330cos117. 1202平均電流平均電

30、壓觸發(fā)范圍當(dāng)?shù)谑碌谑?電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.3 三相可控整流電路n10.3.1 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路n2.2.電感性負(fù)載電感性負(fù)載 13.10cos17. 12PdUU 第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.3 三相可控整流電路n10.3.1 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路n2.2.電感性負(fù)載電感性負(fù)載2/00, 2/觸發(fā)脈沖的移相范圍是感性負(fù)載時(shí)故三相半波整流帶當(dāng)dU第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.

31、3 三相可控整流電路n10.3.1 10.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路n2.2.電感性負(fù)載電感性負(fù)載變壓器利用率低，易產(chǎn)生變壓器利用率低，易產(chǎn)生變壓器鐵芯飽和變壓器鐵芯飽和第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.3 三相可控整流電路n10.3.2 10.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋式全控負(fù)載平三相橋式全控負(fù)載平均電壓均電壓U Ud d=U=Ud d陰陰+U+Ud d陽(yáng)陽(yáng)第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.3 三相可控整流電路n10.3.2 10.3.2 三相橋式全控

32、整流電路三相橋式全控整流電路 3/0cos34. 22 PdUU共陰共陰Vs1, Vs3, Vs5,共陽(yáng)共陽(yáng)Vs2, Vs4, Vs6第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 可控整流電路(順變器)小結(jié)n 單相半波電路簡(jiǎn)單，指標(biāo)差，只適用單相半波電路簡(jiǎn)單，指標(biāo)差，只適用 于小功率要求不高的場(chǎng)合。于小功率要求不高的場(chǎng)合。n 單相橋式電路性能指標(biāo)好，電壓脈動(dòng)頻率大單相橋式電路性能指標(biāo)好，電壓脈動(dòng)頻率大, ,適適用小功率電路。用小功率電路。n 晶閘管在直流負(fù)載側(cè)的單相橋式電路，接線簡(jiǎn)單，晶閘管在直流負(fù)載側(cè)的單相橋式電路，接線簡(jiǎn)單，小功率的反電勢(shì)負(fù)載。小功率的反電勢(shì)負(fù)載

33、。n 三相半波可控整流電路，指標(biāo)一般，較少采用。三相半波可控整流電路，指標(biāo)一般，較少采用。n 三相橋式可控電路，各項(xiàng)指標(biāo)好，最適合大功率三相橋式可控電路，各項(xiàng)指標(biāo)好，最適合大功率高壓電路。高壓電路。n 三相全控橋可工作在整流狀態(tài)，同時(shí)還能工作在三相全控橋可工作在整流狀態(tài)，同時(shí)還能工作在逆變狀態(tài)。逆變狀態(tài)。第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4 逆 變 器n10.4.110.4.1有源逆變電路有源逆變電路n1.1.整流狀態(tài)整流狀態(tài)(0/2)(0/2) 16.1015.1014.10dUdudtddiLRdIEdUdtddiLRdIEdu 第十章第十章

34、電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4 逆變器n10.4.110.4.1有源逆變器有源逆變器n2.2.逆變狀態(tài)逆變狀態(tài)(/2)(/2)2/6/17.10cos17. 12PdddUUUEEU逆變角，的極性與整流狀態(tài)相反與逆變條件：第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4 逆變器n10.4.2 10.4.2 無(wú)源逆變器無(wú)源逆變器n1).1).無(wú)源逆變器的簡(jiǎn)單工作原理無(wú)源逆變器的簡(jiǎn)單工作原理第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4 逆變器n10.4.210.4.2無(wú)源逆變器無(wú)源逆變器n

35、2).2).單相晶閘管橋式逆變器單相晶閘管橋式逆變器第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4 逆變器n10.4.210.4.2無(wú)源逆變器無(wú)源逆變器n2.2.單相無(wú)源逆變器的電壓控制單相無(wú)源逆變器的電壓控制n(1)(1)控制輸入直流電壓控制輸入直流電壓n(2)(2)內(nèi)部控制內(nèi)部控制n脈寬控制脈寬控制第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4.2 無(wú)源逆變器n2.2.單相無(wú)源逆變器的電壓控制單相無(wú)源逆變器的電壓控制n脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制n改變脈沖數(shù)改變脈沖數(shù)n改變脈沖寬度改變脈沖寬度頻率、電壓協(xié)調(diào)控制頻率、電壓協(xié)調(diào)控制(

36、U/f(U/f保持不變保持不變) )如如f f降低則保持脈沖降低則保持脈沖數(shù)不變，間隔拉大使數(shù)不變，間隔拉大使輸岀電壓輸岀電壓U U降低降低第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4.2 無(wú)源逆變器n2.2.單相無(wú)源逆變器的電壓控制單相無(wú)源逆變器的電壓控制n波形的改善波形的改善第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4.2 無(wú)源逆變器n3.3.無(wú)源逆變器的換相（換流）無(wú)源逆變器的換相（換流）第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.4.2 無(wú)源逆變器n3.3.無(wú)源逆變器的換相（換流）無(wú)源逆變器的換相（換流）第十章第十章 電力電子學(xué)電力電子學(xué)- -晶閘管及基本電路晶閘管及基本電路 10.5 晶閘管的觸發(fā)電路n晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求晶閘管對(duì)觸發(fā)電路