4-电力电子器件

1、电力电子技术1. 电力电子技术的内容电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。变换器共有四种类型：交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时

2、，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。 直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。根据开关器件是否可控分类 (1) 不可控器件：二极管VD是不可控器件。 (2) 半控器件：普通晶闸管SCR是半控器件。 (3) 全控器件：GTO、BJT、功率MOSFET、IGBT等。2. 根据门极(栅极)驱动信号的不同 (1) 电流控制器件：驱动功率大，驱动电路复杂，工作频率低。该类器件有SCR、GTO、BJT

3、。 (2) 电压控制器件：驱动功率小，驱动电路简单可靠，工作频率高。该类器件有功率MOSEET、IGBT。3. 根据载流子参与导电情况之不同，开关器件又可分为单极型器件、双极型器件和复合型器件。(1) 单极型器件功率MOSFET 。 (2) 双极型器件二极管、SCR、GTO、BJT。(3) 复合型器件IGBT，是电力电子器件发展方向。电力电子器件中电压，电流额定值从高往低的器件是SCR、GTO、IGBT、BJT和功率MOSFET。工作频率从高往低的器件是功率MOSFET、IGBT、BJT、GTO和SCR。1.1 功率二极管1. 功率二极管的结构2. 功率二极管的工作原理 由于PN结具有单向导电

4、性，所以二极管是一个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器件。功率二极管的伏安特性1.2 晶闸管晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR,普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。目前，晶闸管的容量水平已达8kV6kA。1. 晶闸管的结构晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。常见晶闸管的外形有两种：螺栓型和平板型。晶闸管的结构和等效电路如图1-4 所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。欲使晶闸管导通需具备两个条件： 应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。 应在晶闸管的门极与阴极之间也加上

5、正向电压和电流。(2) 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。(3) 为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。2. 双向晶闸管双向晶闸管不论从结构还是从特性方面来说，都可以看成是一对反向并联的普通晶闸管。在主电极的正、反两个方向均可用交流或直流电流触发导通。第三节 晶闸管电路应用实例晶闸管在 电工设备中的应用，大致分为可控整流、无触点开关、交流调压、逆变与变频几大类。 无触点开关让晶闸管工作在全导通和截止两种极限状态，用微弱信号去迅速接通和切断大电流胡电子开关。用在交流电路中的叫做交流无触点开关，用在直流电中的叫做直

6、流无触点开关或直流断续器。工频可控整流器单相半波可控整流器图和工作波形(电阻性负载)2.2 单相半波可控整流器2. 基本数量关系(1) 直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id直流输出电压平均值Ud:输出电流平均值Id:(2) 输出电压有效值U与输出电流有效值I输出电压有效值U:输出电流有效值I:(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：22、晶闸管具有（ ）性。A.单向导电 B.可控单向导电 C.电流放大 D.负阻效应23、单向半波可控整流电路，若负载平均电流为10mA,则实际通过整流晶闸管的平均电流为（ ）。A.5mA B.0 C.10mA D