2024电力电子与电力传动新技术趋势

电力电子与电力传动新技术趋势目录TOC\o"1-2"\h\u199911. 2125171.1. 2131761.2. 3129172. 4190222.1. 524372.2. 6102512.3. 998942.4. 1141602.5. 1218873. 1365693.1.AC-DC 133933.2.DC-AC 1673243.3.AC-AC 1816593.4.DC-DC 22158824. 2511614.1. 26172674.2. 284334.3. 29326294.4. 29种电路及装置，合理、高效地完成对电能的变换和控制。1974年，美国学者.用一个倒三角形对电力电子学进行了描述，如图4.1所示。图4.1电力电子技术主要包括3器代替机械式开关和换流器，代表着电力电子技术发展的开始。19201954年，瑞典通用电机公司首先将汞弧管用于高压整流和逆变，并在±100kV直流输电线路上应用，传输20MW的电力。1956年，美国人J.莫尔制成晶闸管雏形。1957年，美国人①不可控器件——②半控型器件——①单极型——②双极型——③复合型——电力二极管（orod）（图4.2）结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50初期就获得应用。电力二极管的外形、结构和电气符号如图4.3所示。其基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，由一个面积较大的结和两端引线及封装组成。外形有螺栓型和平板型两种封装。普通电力二极管又称为整流二极管，主要利用结的单向导电性，其容量大、反向恢复时间较长，多用于开关频率不高（1k以下）的整流电路。图4.2图4.3快速恢复二极管（FastRecoveryDiode—FRD）是一种开关特性好、反向恢复时间短肖特基二极管（SchottkyBarrierDiode—SBD）是一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。其晶闸管（hyo）是晶体闸流管的简称，又称为可控硅整流器，以前被简称为可控硅。晶闸管管芯及电气符号如图4.4所示。它是一种开关元件，能在高电压、大电流条件下工作，并且其工作过程可以控制，被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，是典型的小电流控制大电流的元件。1957器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化。图4.4快速晶闸管（FastSwitchingThyristor—双向晶闸管（TriodeACSwitch—双向晶闸管是五层半导体结构，对外也引出三个电极，分别为两个主电极1和2和一个门极（图4.5）。双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联，但只有一个逆导晶闸管（ReverseConductingThyristor—温、关断时间短、通态电压低等优良性能（图4.6）。该器件可用于开关电源、不间断电源中。一只可代替晶闸管和续流二极管各一只，不仅使用方便，而且能简化电路设计。光控晶闸管（LightTriggeredThyristor—图4.5图4.6图4.7电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译为巨型晶体管号如图4.8所示。结构和工作原理都与小功率晶体管非常相似。由三层半导体、两个结组成，和小功率三极管一样，有和两种类型。通常多用结构。它用逆变器等中等容量、中等频率的电路中应用广泛。电流能力差、易受二次击穿而损坏。在开关电源和内，正逐步被功率和所代替。图4.8功率场效应晶体管（Power效应晶体管按导电沟道可分为沟道和沟道；根据栅源极电压与导电沟道出现的关系可分为耗尽型和增强型。功率场效应晶体管一般为沟道增强型。图4.9双扩散结构的单元的结构图及电路符号。图4.9P-MOSFET功率不超过10kW的电力电子装置。绝缘栅双极型晶体管（Insulate-GateBipolarTransistor—绝缘栅双极型晶体管综合了电力晶体管（GiantTransistor—GTR）和电力场效应晶体管（PowerMOSFET）的优点，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动电路简单、通态电压MOS控制型晶闸管（MOSControlledThyristor—图4.10是将与晶闸管组合而成的复合型器件。将的高输入阻来，也是器件的一种。一个器件由数以万计的元组成，每个元的组成为：一个晶闸管，一个控制该晶闸管开通的和一个控制该晶闸管关断的。高的di/dt和du/dt，使得其保护电路可以简化。曾被认为是一种最有发展前途的电力电子器件。因此，20世纪80年代以来一度静电感应晶体管（StaticInductionTransistor—静电感应晶闸管（StaticInductionThyristor—静电感应晶闸管是在的漏极层上附加一层与漏极层导电类型不同的发射极层而得到的。因为其工作原理也与类似，门极和阳极电压均能通过电场控制阳极电流，因此又被称为场控晶闸管（donodhyo—）。由于比多了一个具有少子注入功能的结，因而是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能力强。其很多特性与类似，但开关速度比快得多，是大容量的快速器件。集成门极换流晶闸管（IntegratedGate-CommutatedThyristor—上，称为功率集成电路PIC（PowerIntegratedCircuit）。PowerIC）通常指纵向功率器件与控制和保护电路的集成，常用于电压调节器、汽车功率高压集成电路HVIC（HighVoltageIC）一般指高压器件与逻辑或模拟控制电路的单智能功率模块IPM（IntelligentPowerModule）则专指IGBT及其辅助器件与其保护和驱动电路的单片集成，也称智能IGBT（IntelligentIGBT）。图4.11图4.12AC-DC图4.13图4.14图4.15①电化学处理。例如：电镀、金属精炼以及化学气体（氢气、氧气、氯气等）图4.16④通用交—直—整流电路在实际中的应用组图如图4.17图4.17DC-ACDC-AC（逆变）是把直流电（电池、蓄电池）转变成交流电（一般为220V、50Hz弦波）图4.18图4.19图4.20AC-AC制）图4.21图4.22交流变换电路应用如图4.24DC-DC 图4.23图4.24期）不变，改变Ton（通用，Ton为开关每次接通的时间）；二是频率调制方式，Ton降压斩波电路（BuckChopper）如图4.25所示，由全控型开关管和续流二极管构成。图4.25图4.26图4.27图4.28图4.29图4.30