电力电子技术教案之电力电子器件

最重要的是掌握其基本特性。
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1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类
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1.1
电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件（power electronic device） — — 可直接用于处理电能的主电路中，实现电能 的变换或控制的电子器件； 主电路（ main power circuit ） —— 电气设备 或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任 务的电路。 广义上分为两类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空 器件) 半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅)
电力电子器件的保护
电力电子器件的串联和并联使用（自学） 小结
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本章内容和学习要点

掌握各种器件（电力二极管、晶闸管、 IGBT 和 POWER MOSFET ）的工作原理、基本特性、 主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题； 掌握电力电子器件的驱动、保护方法和了解串、 并联使用； 了解电力电子器件的型号命名法，以及其参数和 特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电 力电子器件的两个基本要求；
号，通过驱动电路去控制主电路中电力电 子器件的通或断，来完成整个系统的功能；
检测电路：电压传感器PT、电流传感器CT； 电气隔离：通过光、磁等来传递信号；
保护电路：过压保护、过流保护；
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 正 面 内 部 ）
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 背 面 内 部 ）
按照器件内部电子和空穴两种载流子参 与导电的情况分为三类：
1)
2)
单极型器件
双极型器件
由一种载流子参与导电的器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
3)
复合型器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而成 的器件
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1.2 不可控器件—电力二极管
1.2.1
1.2.2 1.2.3 1.2.4
PN结与电力二极管的工作原理
导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗 。
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征

阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断 态损耗； 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和 关断损耗，总称开关损耗； 通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态 损耗是器件功率损耗的主要成因；



器件开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可 能成为器件功率损耗的主要因素；
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电力电子装置结构图（控制部分）
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电力电子装置结构图（主回路部分）
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电力电子装置结构图（驱动与保护部分）
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电力电子装置结构图（变压器部分）
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开关磁阻电动机（SRM）定子、转子结构图
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6/4极SRM剖面示意图
8/6极SRM剖面示意图
SRM磁场变化示意图
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SRM控制系统原理图
SRM控制系统结构图
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SRM控制系统主电路结构图
SRM控制系统主电路通断过程图
SRM运行中振动示意图
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SRM运行示意图
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1.1.3 电力电子器件的分类
按照器件能够被控制电路信号所控制的 程度，分为以下三类：
1) 半控型器件
通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定
作电路分析时，为简单往往用理想开关来代替。
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电 子电路来控制。
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对 控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的 驱动电路。
(4)为保证不致于因损耗产生的热量导致器件温 度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热 设计，在其工作时一般都要安装散热器。
晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
2) 全控型器件

通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断， 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 又称自关断器件。
门极可关断晶闸管（GTO）
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
3) 不可控器件
电力二极管（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断 , 因此也就不需要驱 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 动电路。 电压和电 流决定的。 23
按照驱动电路加在器件控制端和公共 端之间信号的性质，分为两类：
1) 2) 电流驱动型 电压驱动型
通过从控制端注入或者抽出电流来实现 导通或者关断的控制 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的 电压信号就可实现导通或者关断的控制
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态
导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接 近于零，而电流由外电路决定。 阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎 为零，而管子两端电压由外电路决定。 电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参 数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时 候甚至上升为第一位的重要问题。
电力二极管的基本特性 电力二极管的主要参数 电力二极管的主要类型
《电力电子技术》 电子教案
第1章 电力电子器件
第1章 电力电子器件（4学时）
1.1 电力电子器件概述
1.2
1.3 1.4 1.5 1.6
不可控器件——电力二极管
半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 （POWER MOSFET、IGBT） 其他新型电力电子器件 （自学） 电力电子器件的驱动
1.7
1.8
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
同处理信息的电子器件相比，电力电子
器件的一般特征：
(1) 能处理电功率的大小，即承受电压和 电流 的能力是最重要的参数。
其处理电功率的能力小至毫瓦（mW）级， 大至兆瓦（ GW ）级 , 大多都远大于处理信 息的电子器件。
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造的系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路和 以电力电子器件为核心的主电路组成

图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
控制电路：按系统的工作要求形成控制信