第19章电力电子技术

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电工学(电子技术)

教学课件第 19 章电力电子技术

电工电子教研室

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第19章电力电子技术19.1 19.2 19.3 19.4 电力电子器件可控整流电路逆变电路交流调压电路

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第19章电力电子技术本章要求：

1. 了解晶闸管的基本构造、工作原理、特性曲线和主要参数； 2. 了解单相可控整流电路的可控原理和整流电压与电流的波形，了解单结晶闸管及其触发电路； 3. 了解逆变电路、变频电路和交流调压电路及斩

波电路的工作原理和应用。

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19.1 电力电子器件19.1.1 电力电子器件的分类(1) 不控器件器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管 (D)。 (2) 半控器件器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管(T)。 (3) 全控器件器件的导通和关断均具可控的功能。如可关断晶闸管(GTO) 、功率晶体管(GTR) 、功率场效晶体管 (VDMOS)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。章目录上一页下一页返回退出

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电力电子器件的符号A A

A BG

C G

D G

GK D K T

K GTO

E GTR

S VDMOS

E IGBT

电力电子器件的主要性能指标电压、电流、工作频率。

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(Silicon Controlled Rectifier) 19.1.2 晶闸管晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。章目录上一页下一页返回退出

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1. 基本结构晶闸管具有三个PN结。四层半导体

A 阳极

P1 N1

三个PN

结G 控制极

P2 N2(c) 结构 K 阴极

G K(a) 外形 (b) 符号

晶闸管的外形、结构及符号章目录上一页下一页返回退出

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+P1 N1 G P2 N2K P

A N1

IANP N K

P1 P2 T1

N GP

P2 N2

N1T2

IK_K

晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合章目录上一页下一页返回退出

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2. 工作原理A

形成正反馈过程

β 1β 2 iGT1G

iC 2 2 iG iB1iC1 β1iC2

i B 2 iG

iB 2

β 2 iGT2 EA

+ _

1 2 iG iB 2在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。章目录上一页下一页返回退出

EG K EA > 0、EG > 0

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2. 工作原理A

形成正反馈过程 R

β 1β 2 iGT1 G

iB 2

β 2 iGT2 EA

iC 2 2 iG iB1iC1 β1iC2

i B 2 iG

+_EG

+ _

1 2 iG iB 2晶闸管导通后，去掉EG , 依靠正反馈，

仍可维持导通状态。章目录上一页下一页返回退出

K EA > 0、EG > 0

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晶闸管导通的条件： (1)晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 (2)晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。晶闸管导通后，控制极便失去作用。依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件： (1)必须使可控硅阳极电流减小，直到正反馈效应不能维持。 (2)将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。章目录上一页下一页返回退出

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3. 伏安特性

I f (U )曲线正向平均电流

+ _IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 U UFRM UBO U

维持电流UBR URRM

IHO

反向转折电压

正向转折电压正向特性

反向特性

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4 . 主要参数(1)正向重复峰值电压UDRM 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般UDRM 比正向转折电压UBO低100V 。 (2)反向重复峰值电压URRM 晶闸管控制极开路时,可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。一般URRM 比反向转折电压|UBO|低100V 。 (3)正向平均电流 IF 环境温度为40°C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。章目录上一页下一页返回退出

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如果正弦半波电流的最大值为Im, 则π

1 Im IF I m sin td ( t ) 2π 0 πi

IF 2

普通晶闸管IF为1A — 1000A。 (4)维持电流 IH 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。章目录上一页下一页返回退出

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晶闸管型号及其含义K P

导通时平均电压组别共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V 额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF) 普通型 (晶闸管类型) P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S--双向晶闸管晶闸管如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。章目录上一页下一页返回退出

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双向晶闸管 (a) 结构图

N P N N

N P N

工作原理： A1 UA2>UA1时控制极相对于A1加正脉冲，uGA1> 0,晶闸管正向导通，电流从A2流向A1。 UA2<UA1时控制极相对于A1加负脉冲， uGA1< 0,晶闸管反向导通，电流从A1流向A2。章目录上一页下一页返回

特点： (b) 相当于两个晶闸管反向并 T 联，两者共用 G 控制极一个控制极。晶闸管双向 A1 第一电极触发导通。 (b ) 符号A2 第二电极

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可关断晶闸管符号： AGTOG K

iAAG R

特点：控制极加正触发信号，晶闸管导通；控制极加负触发信号，晶闸管关断。iGEA

GTO全控示意图章目录上一页下一页返回退出

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19.1.3 功率晶体管、功率场效应晶体

管和绝缘栅双极晶体管 1. 功率晶体管这种晶体管主要作为功率开关使用。 2. 功率场效应晶体管这种场效应管的漏极电流较大，可达几百A;耐压较高，漏-源电压可达千伏；效率较高、速度较快。 3.绝缘栅双极晶体管这种晶体管综合了功率晶体管和功率场效应晶体管的优点，具有较高的电压与电流和工作频率，其关断时间可缩短到40ns。章目录上一页下一页返回退出

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19.2 可控整流电路19.2.1 可控整流电路1. 单相半波可控整流电路 (1) 电阻性负载 T + u – + uT – io + RL uo –

u < 0 时：若uG = 0,晶闸管不导通，uO 0, uT u 。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通，

uO u , uT 0 。u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通, uO = 0, uT = u ,故称可控整流。章目录上一页下一页返回退出

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工作原理

uugO O

u2 > 0时: 0 ~ t1, ug

t1 :加触发信号，晶闸管承受正向电压导通uO u , uT 0 。u2 < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通 uO 0 , uT u 。即：晶闸管反向阻断章目录上一页下一页返回退出

uO 0, uT u 。

0 , 晶闸管不导通。

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