华电研究生现代电力电子课件2.ppt

1、第二章 电力电子器件,电力电子技术原理与应用,2010级硕士研究生课程,2,第二章 电力电子器件,电子开关的实现：可能性,3,电子开关的实现：问题,两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电路的工作 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态,第二章 电力电子器件,4,电子开关的实现：问题,两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电路的工作 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态,两开关可能会同时通或同时断,第二章 电力

2、电子器件,5,电子开关的实现：问题,两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电路的工作 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态,单向导通 单向阻断 不可控器件 半可控器件,第二章 电力电子器件,6,电子开关的实现：问题,两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电路的工作 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态,二极管的单向导电特性使得DC/DC换流器出现间断电流工作模式,第二章 电力电子器件,7,电子开关的实现：问题

3、,两个SPST开关并不完全等价于一个SPDT开关 电力电子器件并不能完全等价于SPST开关 电力电子器件的某些特性可能会显著地影响电路的工作 电力电子器件的通、断可能依赖于主电路状态,二极管、晶闸管的单向导通特性,第二章 电力电子器件,8,理想的开关器件,关断时可承受正、反向电压（越高越好） 开通时可流过正、反向电流（越大越好） 开通态、关断态均无损耗 状态转换过程无损耗 状态转换过程快速完成（越快越好） 开关寿命长（允许的开关次数越多越好）,第二章 电力电子器件,9,功率半导体器件的状态,导通态（on） 关断态（off） 切换态（换流与换相）,第二章 电力电子器件,10,功率半导体器件（实际

4、电力电子开关）,可承受单向或双向断态电压 可流过单向或双向通态电流 导通态和关断态的损耗可接受 切换过程的损耗可接受 切换速度可接受 正确应用时寿命很长,第二章 电力电子器件,11,功率半导体器件（实际电力电子开关）,第二章 电力电子器件,12,功率半导体器件分类,不控型整流二极管 半控型晶闸管 全控型GTO、BJT、IGBT、MOSFET ,第二章 电力电子器件,13,换流技术及电子开关器件年谱,第二章 电力电子器件,14,功率二极管,P-N结型半导体器件 单向导电器件 非线性器件,电力系统谐波问题 计算机仿真的困难,第二章 电力电子器件,15,功率二极管,符号,实际伏安特性,理想伏安特性,

5、第二章 电力电子器件,16,晶闸管,四层三端半导体器件 半可控电器件（控通不控断） 非线性器件,电力系统谐波问题 计算机仿真的困难,第二章 电力电子器件,17,晶闸管,符号,实际伏安特性,理想伏安特性,第二章 电力电子器件,18,晶闸管,第二章 电力电子器件,19,螺栓型晶闸管外观,第二章 电力电子器件,20,螺栓型晶闸管外观,第二章 电力电子器件,21,平板型晶闸管外观,第二章 电力电子器件,22,平板型晶闸管外观,第二章 电力电子器件,23,换流器中的晶闸管组件,第二章 电力电子器件,24,高压直流输电换流器,第二章 电力电子器件,25,常用全控型电力电子器件,功率晶体管（巨型晶体管，BJ

6、T，GTR） 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） 绝缘栅型双极型晶体管（IGBT） 门极可关断晶闸管（GTO） ,第二章 电力电子器件,26,功率晶体管,电流控制器件 用于中小功率场合（数十千瓦数百千瓦） 开关频率较低（数千赫兹以下） 二次击穿问题,第二章 电力电子器件,27,MOSFET,电压控制器件 用于小功率场合（数十千瓦以下） 开关频率较高（可至数兆赫兹） 无二次击穿问题,第二章 电力电子器件,28,IGBT,电压控制器件 用于中小功率场合（数十千瓦数百千瓦） 开关频率中（数十千赫兹以下） 掣住效应问题（寄生晶闸管） 该功率等级目前最理想的器件,第二章 电力电子器件,29,绝

7、缘栅型双极型晶体管（IGBT）,符号,实际伏安特性,理想伏安特性,第二章 电力电子器件,30,小功率IGBT器件外观,第二章 电力电子器件,31,IGBT功率模块外观,第二章 电力电子器件,32,IGBT功率模块外观（侧面）,第二章 电力电子器件,33,IGBT功率模块外观（底面）,第二章 电力电子器件,34,GTO,电流控制器件（关断控制电流很大） 用于（极）大功率场合（可至数十兆瓦） 开关频率低（千赫兹以下） 极大功率应用的（几乎）唯一选择,第二章 电力电子器件,35,常用电力电子器件及其特性,第二章 电力电子器件,36,常用电力电子器件组合及其特性,第二章 电力电子器件,37,全可控四象限开关,第二章 电力电子器件,38,替代二极管的可控开关,第二章 电力电子器件,39,电力电子功率模块,电力电子器件的集成 电力电子器件与驱动、保护电路的集成 电力电子器件与控制电路的集成,第二章 电力电子器件,40,电力电子器件的应用场合,第二章 电力电子器件,41,未来发展趋势,高电压 大电流 低功耗 高开关速度,第二章 电力电子器件,42,未来发展的技术走向,基于硅材料的器件已接近极致 新的半导体材料： 砷化镓，碳化硅， 低导通压降，高