電力電子技術(shù) 概述

第1章電力電子器件1.1電力電子器件概述1.2不可控器件——二極管1.3半控型器件——晶閘管1.4典型全控型器件1.5其他新型電力電子器件1.6電力電子器件的驅(qū)動1.7電力電子器件的維護(hù)1.8電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)運(yùn)用本章小結(jié)及作業(yè)1-1電子技術(shù)的根底———電子器件：晶體管和集成電路電力電子電路的根底———電力電子器件本章主要內(nèi)容：概述電力電子器件的概念、特點(diǎn)和分類等問題。引見常用電力電子器件的任務(wù)原理、根本特性、主要參數(shù)以及選擇和運(yùn)用中應(yīng)留意問題。第1章電力電子器件·引言21.1.1電力電子器件的概念和特征1.1.2運(yùn)用電力電子器件的系統(tǒng)組成1.1.3電力電子器件的分類1.1.4本章內(nèi)容和學(xué)習(xí)要點(diǎn)1.1電力電子器件概述31〕概念:電力電子器件〔PowerElectronicDevice〕——可直接用于主電路中，實(shí)現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。主電路〔MainPowerCircuit〕——電氣設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承當(dāng)電能的變換或控制義務(wù)的電路。2〕分類:電真空器件(汞弧整流器、閘流管)半導(dǎo)體器件(采用的主要資料硅〕依然1.1.1電力電子器件的概念和特征電力電子器件4能處置電功率的才干，普通遠(yuǎn)大于處置信息的電子器件。電力電子器件普通都任務(wù)在開關(guān)形狀。電力電子器件往往需求由信息電子電路來控制。電力電子器件本身的功率損耗遠(yuǎn)大于信息電子器件，普通都要安裝散熱器。1.1.1電力電子器件的概念和特征3〕同處置信息的電子器件相比的普通特征：5通態(tài)損耗是器件功率損耗的主要成因。器件開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗能夠成為器件功率損耗的主要要素。主要損耗通態(tài)損耗斷態(tài)損耗開關(guān)損耗關(guān)斷損耗開通損耗1.1.1電力電子器件的概念和特征電力電子器件的損耗6電力電子系統(tǒng)：由控制電路、驅(qū)動電路、維護(hù)電路和以電力電子器件為中心的主電路組成。圖1-1電力電子器件在實(shí)踐運(yùn)用中的系統(tǒng)組成控制電路檢測電路驅(qū)動電路RL主電路V1V2維護(hù)電路在主電路和控制電路中附加一些電路，以保證電力電子器件和整個系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)轉(zhuǎn)1.1.2運(yùn)用電力電子器件系統(tǒng)組成電氣隔離控制電路7半控型器件〔Thyristor〕——經(jīng)過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件〔IGBT,MOSFET)——經(jīng)過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。不可控器件(PowerDiode)——不能用控制信號來控制其通斷,因此也就不需求驅(qū)動電路。1.1.3電力電子器件的分類按照器件可以被控制的程度，分為以下三類：8電流驅(qū)動型——經(jīng)過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動型——僅經(jīng)過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。1.1.3電力電子器件的分類按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：91.2.1PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理1.2.2電力二極管的根本特性1.2.3電力二極管的主要參數(shù)1.2.4電力二極管的主要類型1.2不可控器件—電力二極管10根本構(gòu)造和任務(wù)原理與信息電子電路中的二極管一樣。由一個面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。圖1-2電力二極管的外形、構(gòu)造和電氣圖形符號a)外形b)構(gòu)造c)電氣圖形符號1.2.1PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK11二極管的根本原理就在于PN結(jié)的單導(dǎo)游電性這一主要特征。PN結(jié)的反向擊穿〔兩種方式)雪崩擊穿齊納擊穿均能夠?qū)е聼釗舸?.2.1PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理PN結(jié)的單導(dǎo)游電性PN結(jié)的電容效應(yīng)：12PN結(jié)的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容CJ，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)活力制和作用的差別分為勢壘電容CB和分散電容CD。電容影響PN結(jié)的任務(wù)頻率，尤其是高速的開關(guān)形狀。1.2.1PN結(jié)與電力二極管的任務(wù)原理13主要指其伏安特性門檻電壓UTO，正向電流IF開場明顯添加所對應(yīng)的電壓。與IF對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓即為其正向電壓降UF。接受反向電壓時，只需微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。圖1-4電力二極管的伏安特性1.2.2電力二極管的根本特性1)靜態(tài)特性IOIFUTOUFU142)動態(tài)特性——二極管的電壓-電流特性隨時間變化的——結(jié)電容的存在1.2.2電力二極管的根本特性b)UFPuiiFuFtfrt02Va)FUFtFt0trrtdtft1t2tURURPIRPdiFdtdiRdt圖1-5電力二極管的動態(tài)過程波形a)正向偏置轉(zhuǎn)換為反向偏置b)零偏置轉(zhuǎn)換為正向偏置延遲時間：td=t1-t0,電流下降時間：tf=t2-t1反向恢復(fù)時間：trr=td+tf恢復(fù)特性的軟度：下降時間與延遲時間的比值tf/td，或稱恢復(fù)系數(shù)，用Sr表示。15額定電流——在指定的管殼溫度和散熱條件下，其允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。IF(AV)是按照電流的發(fā)熱效應(yīng)來定義的，運(yùn)用時應(yīng)按有效值相等的原那么來選取電流定額，并應(yīng)留有一定的裕量。1.2.3電力二極管的主要參數(shù)1)正向平均電流IF(AV)16在指定溫度下，流過某一指定的穩(wěn)態(tài)正向電流時對應(yīng)的正向壓降。3〕反向反復(fù)峰值電壓URRM對電力二極管所能反復(fù)施加的反向最頂峰值電壓。運(yùn)用時，該當(dāng)留有兩倍的裕量。4〕反向恢復(fù)時間trrtrr=td+tf1.2.3電力二極管的主要參數(shù)2〕正向壓降UF17結(jié)溫是指管芯PN結(jié)的平均溫度，用TJ表示。TJM是指在PN結(jié)不致?lián)p壞的前提下所能接受的最高平均溫度。TJM通常在125~175C范圍之內(nèi)。6)浪涌電流IFSM指電力二極管所能接受最大的延續(xù)一個或幾個工頻周期的過電流。1.2.3電力二極管的主要參數(shù)5〕最高任務(wù)結(jié)溫TJM181)普通二極管〔GeneralPurposeDiode〕又稱整流二極管〔RectifierDiode〕多用于開關(guān)頻率不高〔1kHz以下〕的整流電路其反向恢復(fù)時間較長正向電流定額和反向電壓定額可以到達(dá)很高按照正向壓降、反向耐壓、反向漏電流等性能，特別是反向恢復(fù)特性的不同引見。1.2.4電力二極管的主要類型19簡稱快速二極管快恢復(fù)外延二極管〔FastRecoveryEpitaxialDiodes——FRED〕，其trr更短〔可低于50ns〕，UF也很低〔0.9V左右〕，但其反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級。前者trr為數(shù)百納秒或更長，后者那么在100ns以下，甚至到達(dá)20~30ns。1.2.4電力二極管的主要類型2)快恢復(fù)二極管〔FastRecoveryDiode——FRD〕20肖特基二極管的弱點(diǎn)反向耐壓提高時正向壓降會提高，多用于200V以下。反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，必需嚴(yán)厲地限制其任務(wù)溫度。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)反向恢復(fù)時間很短〔10~40ns〕。正向恢復(fù)過程中