电力电子技术_ 电力电子器件_1、电力二极管和晶闸管_
电力电子技术第2章_习题_答案
班级姓名学号第2/9章电力电子器件课后复习题第1部分：填空题1. 电力电子器件是直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
2. 主电路是在电气设备或电力系统中，直接承担电能变换或控制任务的电路。
3. 电力电子器件一般工作在开关状态。
4. 电力电子器件组成的系统，一般由控制电路、驱动电路、主电路三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加保护电路。
5. 按照器件能够被控制的程度，电力电子器件可分为以下三类：不可控器件、半控型器件和全控型器件。
6．按照驱动电路信号的性质，电力电子器件可分为以下分为两类：电流驱动型和电压驱动型。
7. 电力二极管的工作特性可概括为单向导电性。
8. 电力二极管的主要类型有普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管。
9. 普通二极管又称整流二极管多用于开关频率不高,一般为1K Hz以下的整流电路。
其反向恢复时间较长，一般在5μs以上。
10.快恢复二极管简称快速二极管，其反向恢复时间较短，一般在5μs以下。
11.肖特基二极管的反向恢复时间很短,其范围一般在10～40ns之间。
12.晶闸管的基本工作特性可概括为：承受反向电压时，不论是否触发，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极正确触发情况下，晶闸管才能导通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降至维持电流以下。
13.通常取晶闸管的U DRM和U RRM中较小的标值作为该器件的额定电压。
选用时，一般取为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3 倍。
14.使晶闸管维持导通所必需的最小电流称为维持电流。
晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流称为擎住电流。
对同一晶闸管来说，通常I L约为I H的称为2~4 倍。
15.晶闸管的派生器件有：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。
16. 普通晶闸管关断时间数百微秒，快速晶闸管数十微秒，高频晶闸管10微秒左右。
第1章--电力晶体管和晶闸管
一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高， 则IH越小
3) 擎住电流 IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发 信号后， 能维持导通所需的最小电流。 对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
IG2 > IG1 > IG =0
UBO UA
雪崩 击穿
图1-5 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
16
IA
四、晶闸管的阳极伏安特性
正向 导通
1) 正向特性
URSM URRM -UA
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻
断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向
J1 J2 J3
K
a)
b)
图1-2 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
K G
A c)
11
晶闸管的管耗和散热：
管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压
管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超 过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热 和冷却。
冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风 扇）、水冷
雪崩 击穿
UDSM
电电压流超急过剧临增界大极，限器即件开正通向。转折电压Ubo，则漏
-IA
图1-5 晶闸管的伏安特性
随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降
IG2>IG1>IG
低。
导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相 仿。
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
电力二极管和晶闸管
——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。
2）分类: 电真空器件
(汞弧整流器、闸流管等)
半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅）
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：
处理电功率的能力，一般远大于处理信息的 电子器件。
其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至 兆瓦级, 多都远大于处理信息的电子器件。
驱动
路
电路
V2 主电路
电气隔离 电力电子器件在实际应用中的系统组成
3、电力电子器件的分类
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就
不需要驱动电路。
半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控
制其关断。
一、 晶闸管的结构
外形结构： 塑封形
平板形
螺栓形
外形有塑封形、螺栓形和平板形三种封装。
塑封形 —— 额定电流10A以下。 螺栓型 —— 额定电流10～200A。 平板形 —— 额定电流200A以上。
阴极 K
门极 G
晶闸管的外形及电气图形符号
A 阳极
有三个联接端。 螺栓形封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。 平板形晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
电力二级管和晶闸管
补充内容：电力电子器件概述 1.1 电力二极管 1.2 晶闸管 1.3 双向晶闸管及其他派生晶闸管 本章小结
电子技术的基础 ——电子器件：晶体管和集成电路 电力电子电路的基础 ——电力电子器件
本章主要内容： 概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题。 介绍电力二极管、晶闸管的工作原理、基本特性、主 要参数、选择和使用中应注意问题。
《电力电子技术》第2章 电力电子器件
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上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念：是指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。
2、特性：大功率、开关特性、驱动电路、损耗大，加散热
3、组成：主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类：
1）控制程度：不控器件、半控器件、全控器件
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2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 ☞由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 ☞由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ☞由单极型器件和双极型器件集成混合而成， 也称混合型器件。
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2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种电力电子器件的工作 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。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关 断。 ◆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。
■学习要点 ◆最重要的是掌握其基本特性。 ◆掌握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。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
电力电子技术复习题 _含答案)
12、 在单相全控桥整流电路中，晶闸管的额定电压应取 U2（）
13、 在单相桥式全控整流电路中，带大电感负载，不带续流二极管时，输出电压波形中没有负面积。
（）
14、 单相全控晶闸管整流电路中，带电感性负载，没有续流二极管时，导通的晶闸管在电源电压过零时不关断。
（）
15、 三相半波可控整流电路也必需要采用双窄脉冲触发。（ ）
2 晶闸管整流电路
2、 给晶闸管加上正向阳极电压它就会导通。 （ ）
3、 晶闸管导通后其电流趋向无穷大。
（）
4、 已经导通的晶闸管恢复阻断的唯一条件是 AK 极电源电压降到零或反向。（ ）
5、 晶闸管并联使用时，必须采取均压措施。 （ ）
6、 晶闸管串联使用时，必须注意均流问题。 （ ）
7、 触发普通晶闸管的触发脉冲，也能触发可关断晶闸管。（ ）
合型 的 PWM 控制方法。 3、 正激电路和反激电路属于 13 励磁，半桥电路和全桥电路属于 14 励磁。 4、 开关电源大都采用 15 PWM 控制器.其原理方案分为 16 、 17 和 18 三类。 5、 试填写下列电路的名称
3 / 14
半桥电路 反激电路
正激电路 全桥电路
推挽电路
4、逆变电路
中，通常采用 规则采样法 来代替上述方法，在计算量大为减小的情况下得到的效果能够满足工程需要。
3. PWM 逆变电路３种目标控制： ７ 电压、 ８
电流和圆形磁链的 ９ 压 比较、 滞环电流比较 和 三角波比较。
5. 相电压正弦波叠加 3 次谐波构成 13 与三角波比较产生 PWM，可以提高 14 利用率并降低 15 。
2 / 14
致集电极电流增大，造成器件损坏。这种电流失控现象被称这 擎住 效应。 11、 IGBT 往往与 反并联 的快速二极管封装在一起，制成模块，成为逆导器件 。 12、电力电子器件是在电力电子电路中是作为可控开关来用。电力电子器件是一种半导体开关，实际上是一种单 向单极开关。它不是理想开关，存在开关时间和开关暂态过程。开关时间尤其是关断时间限制了电力电子器件的 开关频率。 13、电力电子应用系统一般由控制电路、驱动电路和主电路组成一个系统。为了提高系统可靠性，还应加入电 压、电流检测电路和过压、过流保护电路并构成反馈闭环控制。 14.几乎所有的电力半导体器件均为 单向极性 开关。电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可 关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（Power MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中， 在可控的器件中，功率范围最大的是 SCR 晶体管 ，开关频率最高的是_PMOS 电力场效应管
电力电子技术_复习题答案
电⼒电⼦技术_复习题答案第⼆章：1.晶闸管的动态参数有断态电压临界上升率du/dt和通态电流临界上升率等，若du/dt过⼤，就会使晶闸管出现_ 误导通_，若di/dt过⼤，会导致晶闸管_损坏__。
2.⽬前常⽤的具有⾃关断能⼒的电⼒电⼦元件有电⼒晶体管、可关断晶闸管、功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管⼏种。
简述晶闸管的正向伏安特性？答: 晶闸管的伏安特性正向特性当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很⼩的正向漏电流流过。
如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增⼤，器件开通。
随着门极电流幅值的增⼤，正向转折电压降低，晶闸管本⾝的压降很⼩，在1V左右。
如果门极电流为零，并且阳极电流降⾄接近于零的某⼀数值IH以下，则晶闸管⼜回到正向阻断状态，IH称为维持电流。
3.使晶闸管导通的条件是什么?答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：uAK>0且uGK>0。
4.在如下器件：电⼒⼆极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管（GTO）、电⼒晶体管（GTR）、电⼒场效应管（电⼒MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于半控型器件的是 SCR 。
5.晶闸管的擎住电流I L答：晶闸管刚从断态转⼊通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最⼩电流。
6.晶闸管通态平均电流I T(AV)答：晶闸管在环境温度为40 C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最⼤⼯频正弦半波电流的平均值。
标称其额定电流的参数。
7.晶闸管的控制⾓α（移相⾓）答：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲⽌的电⾓度,⽤a表⽰,也称触发⾓或控制⾓。
8.常⽤电⼒电⼦器件有哪些？答：不可控器件：电⼒⼆极管。
半控型器件：晶闸管。
全控型器件：绝缘栅双极晶体管IGBT，电⼒场效应晶体管（电⼒MOSFET），门极可关断晶闸管（GTO），电⼒晶体管。
电力电子题库
电⼒电⼦题库《电⼒电⼦技术》机械⼯业出版社命题⼈王翠平第⼀章功率⼆极管和晶闸管知识点：●功率⼆极管的符号，特性，参数●晶闸管的符号、特性、参数、⼯作原理●双向晶闸管的符号、特性、参数、⼯作原理●可关断晶闸管的符号、特性、参数、⼯作原理⼀、填空题1、⾃从_1956__ __ 年美国研制出第⼀只晶闸管。
2、晶闸管具有体积⼩、重量轻、损耗⼩、控制特性好等特点。
3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极。
4、晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的阴极和门极间也加正向电压，两者缺⼀不可。
5、晶闸管⼀旦导通，门极即失去控制作⽤。
6、晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流⼩于维持电流。
7、双向晶闸管的四种触发⽅式：I+ 触发⽅式 I-触发⽅式Ⅲ+触发⽅式Ⅲ-触发⽅式。
8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。
9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间。
10、功率⼆极管的导通条件：加正向电压导通，加反向电压截⽌。
11、对同⼀晶闸管，维持电流IH 与擎住电流IL 在数值⼤⼩上有IL___>_____IH 。
12、晶闸管断态不重复电压UDSM 与转折电压UBO 数值⼤⼩上应为，UDSM__<______UBO13、普通晶闸管内部有两个PN结,，外部有三个电极，分别是阳极A极阴极K 极和门极G极。
14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。
15、、晶闸管的⼯作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。
16、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表⽰该器件的名称为普通晶闸管，50表⽰额定电流50A，7表⽰额定电压100V。
17、只有当阳极电流⼩于维持电流电流时，晶闸管才会由导通转为截⽌。
18、当增⼤晶闸管可控整流的控制⾓α，负载上得到的直流电压平均值会减⼩。
⼆、判断题1、第⼀只晶闸管是1960年诞⽣的。
（错）2、1957年⾄1980年称为现代电⼒电⼦技术阶段。
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 （Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体： 掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等） 空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 （2）漂移运动（少数载流子） 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益； ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
《电力电子技术》复习资料
《电力电子技术》复习资料一 电力电子器件1. 要点：① 半控器件：晶闸管（SCR ）全控器件：绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）、电力晶体管（GTR ）、 门极关断晶闸管（GTO ）、电力场效应管（MOSEFT ） 不可控器件：电力二极管各器件的导通条件、关断方法、电气符号及特点。
②注意电流有效值与电流平均值的区别： 平均值：整流后得到的直流电压、电流。
有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
波形系数：K f =有效值/平均值 。
③电力电子技术器件的保护、串并联及缓冲电路： du /dt ：关断时，采用阻容电路（RC ）。
di/dt ：导通时，采用电感电路。
二 整流电路1. 单相半波电路：① 注意电阻负载、电感负载的区别： ② 有效值与平均值的计算：平均值：整流后得到的直流电压、电流。
21cos 0.452d U U α+=d d U I R=有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
U U =U I R = 波形系数：电流有效值与平均值之比。
f dIk I =② 注意计算功率、容量、功率因数时要用有效值。
③ 晶闸管的选型计算：Ⅰ求额度电压：2TM U =，再取1.5~2倍的裕量。
Ⅱ 求额度电流（通态平均电流I T （AV ）） 先求出负载电流的有效值（f d I k I =）； →求晶闸管的电流有效值（I T =I ）；→求晶闸管的电流平均值（()/T AV T f I I k =），再取1.5~2倍裕量。
2. 单相全桥电路负载：①注意电阻负载、电感负载和反电动势负载的区别： ② 电阻负载的计算：α移相范围：0~π负载平均值：整流后得到的直流电压、电流。
（半波的2倍）21cos 0.92d U U α+=d d U I R=负载有效值：直流电压、电流所对应的交流值。
U U =U I R = 晶闸管:电流平均值I dT 、电流有效值I T :dT d12I I =T I =③ 电感负载的计算：Ⅰ加续流二极管时，与电阻负载相同。
电力电子技术_洪乃刚_第二章电力电子器件
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2、晶闸管的电流参数 通态平均电流和额定电流 通态平均电流IAV国际规 定是在环境温度为40°C和在规定冷却条件下，稳定结 温不超过额定结温时，晶闸管允许流过的最大正弦半 波电流的平均值。晶闸管以通态平均电流标定为额定 电流。 当通过晶闸管的电流不是正弦半波时，选择额定 电流就需要将实际通过晶闸管电流的有效值IT折算为 正弦半波电流的平均值，其折算过程如下： 通过晶闸管正弦半波电流的平均值 ：
晶闸管开通和关断过程
晶闸管在受反向电压关断时，反向阻断恢复时间 trr，正向电压阻断能力恢复的这段时间称为正向阻断 恢复时间tgr，晶闸管的关断时间toff=trr+tgr，约为 数百微秒。 （2）dv/dt和di/dt限制 晶闸管在断态时，如果加在阳极上的正向电压上 升率dv/dt很大会使晶闸管误导通，因此，对晶闸管正 向电压的dv/dt需要作一定的限制。 晶闸管在导通过程中，如果电流上升率di/dt很 大 会引起局部结面过热使晶闸管烧坏，因此，在晶闸 管导通过程中对di/dt也要有一定的限制。
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二、电力二极管的伏安特性
当施加在二极管上的正向电压大于UTO 时， 二极管导通。当二极管受反向电压时，二极管仅 有很小的反向漏电流（也称反向饱和电流）。
二极管的伏安特性
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三、电力二极管的主要参数
A、额定电压 B、额定电流 C、结温
电力二极管实物图
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A、电力二极管的额定电压 反向重复峰值电压和额定电压： 额定电压即是能够反复施加在二极管上，二极 管不会被击穿的最高反向重复峰值电压URRM，该电压 一般是击穿电压UB的2/3。在使用中额定电压一般取 二极管在电路中可能承受的最高反向电压（在交流 电路中是交流电压峰值），并增加一定的安全裕量。
01第1章电力电子器件 基本模型 电力二极管 晶闸管
天津冶金职业技术学院教案( 首页)天津冶金职业技术学院教案( 首页)图1.3.2 晶闸管的内部结构和等效电路）导通：阳极施加正向电压时→给门极G也加正向电压T I I图1.3.6 控晶闸管的电气图形符号和伏安特性a) 电气图形符号b) 伏安特性1.4 可关断晶闸管可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。
天津冶金职业技术学院教师授课教案沟道沟道MOSFET耗尽型：增强型:耗尽型增强型之间就存在导电沟道；才存在导电沟道1. IGBT的结构图1.7.1 IGBT的结构、简化等效电路与电气符号IGBT的结构如图1.7.1(a)所示。
它是在VDMOS管结构的基础上再增加一个P+层，形成了一个大面积的P+N结1J，和其它结2J、3J一起构成了一个相当于由VDMOS驱动的厚基区PNP型GTR;简化等效电路如图1.7.1(b)所示。
电气符号如图1.7.1（c）所示GBT有三个电极:集电极Ｃ、发射极Ｅ和栅极Ｇ。
2. IGBT的工作原理IGBT也属场控器件，其驱动原理与电力MOSFET基本相同，是一种由栅电压GEU控制集电极电流的栅控自关断器件。
1.7.2 缘栅双极型晶体管的特性IGBT的伏安特性和转移特性图1.7.2 IGBT的伏安特性和转移特性天津冶金职业技术学院教案( 首页)构，如图1.8.4(a)。
）三极：阳极A 、阴极、栅极G ，）原理：栅极开路，在阳极和阴极之间加正向电压，有电流流过SITH ；在栅极G 和阴极K 之间加负电压，G-K 之间PN 结反偏，在两个栅极图1.9.5 GTO 的基本驱动电路2）导通和关断过程：图1.9.5(b)导通时GTO 门极与阴极间流过负电流而被关断；由于GTO 的开通和关断均依赖于一个独立的电源，故其关断能力强且可控制，其触发脉冲可采用窄脉冲；3）图1.9.5(c)中，导通和关断用两个独立的电源，开关元件少，电路简单。
4）图1.9.5(d)，对于300A 以上的GTO ，用此驱动电路可以满足要求。
电力电子器件及应用技术
电力电子器件及应用技术电力电子器件是指能转换和调节电能的器件，是电力电子技术的核心。
随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件的种类也日益增多。
在本文中，我们将介绍几种常见的电力电子器件及其应用技术。
一、开关管开关管是一种常见的电力电子器件，适用于高压、高电流的工作环境。
开关管具有通断能力强、开关速度快等特点，被广泛应用于各个领域。
最常见的应用是在电源开关、直流电机驱动器、电池充电器等设备中。
二、整流器整流器是将交流电转换为直流电的电力电子器件，常用于交流电转换为直流电的环境中。
整流器的类型有很多种，其中最常见的是单相整流器和三相整流器。
整流器广泛应用于交流到直流的转换领域，比如电源适配器、电气焊接设备等。
三、逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的电力电子器件，适用于需要将直流电转换为交流电的场合。
逆变器在可逆变和无线电源等领域有广泛应用。
它可以将直流电动力设备连接到交流电网，比如太阳能和风能的利用。
逆变器还可用于驱动交流电机。
四、电力调节器电力调节器是一种能够调节电能的电力电子器件，可以根据需要对电压和电流进行调节。
电力调节器被广泛应用于稳压变送器、磁控管、智能继电器等设备中。
它能够在工业自动化、变频调速等领域起到重要作用。
五、功率电子器件功率电子器件是指能够直接转换大功率电力的电力电子器件。
功率电子器件的种类多样，其中最常见的是晶闸管、电力二极管和功率MOSFET。
这些器件被广泛应用于电力变换、电力控制等领域。
功率电子器件的发展为电力电子技术的进步提供了有力支持。
六、电力电子应用技术电力电子应用技术是指将电力电子器件应用于各个领域的技术方法和方法。
电力电子应用技术在电力系统、工业制造、交通运输、新能源等领域发挥着重要作用。
其中，电力变换技术、电力控制技术、电力传输技术等是电力电子应用技术的重要组成部分。
七、电力电子器件的未来发展随着科技的进步和社会的发展，电力电子器件及其应用技术也在不断发展。
未来，电力电子器件将更加智能化、高效化、小型化。
电力电子技术
填空1、电力电子电路中能实现电能变换的半导体电子器件称为电力电子器件。
2、电力电子器件按器件的开关控制特性可分为：（1）不可控器件（电力二极管）（2）半控型器件（晶闸管及其大部分派生器件）（3）全控型器件（门极可关断晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管等）。
3、电力电子器件按控制信号的性质不同分类：（1）电流控制型器件（晶闸管、门极可关断晶闸管、功率晶体管、IGCT 等）（2）电压控制型半导体器件（MOSFET 管和IGBT 管）4、简写：电力二极管（SR ）晶闸管（SCR ）可关断晶闸管（GTO ）电力晶体管（GTR ）电力场效晶体管（MOSFET ）绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）5、电流波形系数电流平均值电流有效值 f K 6、在I g =0时，依靠增大阳极电压而强迫晶闸管导通的方式称为硬开通。
7.、规定从晶闸管的门极获得触发信号时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%的时间称为延时时间t d ；阳极电流从10%上升在稳态值的90%所需的时间称为上升时间t r ，以上两者之和就是晶闸管的开通时间t gt 。
8、关断时间是由反向阻断恢复时间和正向阻断恢复时间组成。
9、在室温下，门极断开时，元件从较大的通态电流降至刚好能保持导通的最小阳极电流称为维持电流I H 。
维持电流与元件容量、结温等因素有关。
当元件刚从阻断状态转为导通状态就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为掣住电流I t 。
10、电力电子器件的换流方式可分为：（1）器件换流（2）电网换流（3）负载换流（4）脉冲换流。
11、散热系统一般有三种冷却方式：（1）自然冷却；只是用与小功率应用场合（2）风扇冷却：适用于中等功率应用场合，如IGBT 应用电路（3）水冷却：适用于大功率应用场合，如大功率GTO ，IGCT ，SCR 等应用电路。
12、温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H 会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。
电力电子技术-Chap1
1.2.2 基本特性
1、静态特性：同一般二极管相似。 2、动态特性：P13图a中If和UF，该图为由导通转换 为截止时的动态过程。 当处于正向导通状态的管子外加电压突然变 为反向时，该管子不能立即关断，需经过一段时 间才能获得反向阻断能力，进入截止状态。而且 在关断之前有较大的反向电流出现，并伴有明显 的反向电压出现。这是因为正向导通时在PN结两 侧储存的大量少子需要被清除掉的缘故。
2014-5-28 Power Electronics 16
1.2.4 主要类型
1、普通二极管：又称整流二极管 2 、快恢复二极管：恢复过程很短，特 别是反向恢复过程很短。（一般在 5μs以下） 3、肖极特二极管：反向恢复时间更短 （10—40ns）
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
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，又称自关断器件。
电力场效应晶体管（电力MOSFET）
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
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
控 检测 电路 V1
制
电 路
L 驱动 电路
V2
R
主电路
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成 2014-5-28 Power Electronics
8
1.1.3 电力电子器件的分类
0电力电子技术-目录
第6章 PWM控制技术
6.2 PWM逆变电路及其控制方法
6.3 PWM跟踪控制技术
6.4 PWM整流电路及其控制方法
第7章 第8章
第7章 软开关技术
电 力 电 子 技 术
7.1 软开关的基本概念
7.2 软开关电路的分类
7.3 典型的软开关电路
第8章 组合变流电路
8.1 间接交流变流电路
4.1 交流调压电路
4.4 矩阵式变频电路
第5章 第6章
第5章 逆变电路
电 力 电 子 技 术
5.1 换流方式
5.2 电压型逆变电路
5.3 电流型逆变电路 5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 6.1 PWM控制的基本原理
电 力 电 子 技 术
1.5 其他新型电力电子器件
1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用
第2章 整流电路
2.1 单相可控整流电路 2.2 三相可控整流电路 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 2.4 电容滤波的不可控整流电路
第8章 组合变流电路
绪论
电 力 电 子 技 术
1. 什么是电力电子技术 2. 电力电子技术的发展史 3. 电力电子技术的应用 4. 电力电子技术的主要内容
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件－电力二极管 1.3 半控型器件－晶闸管 1.4 典型全控型器件
电力电子技术
教材：《电力电子技术》（第4版）
西安交通大学 王兆安 黄 俊
主讲：物理与机电工程学院自动化系
电力电子第一章
0
I m d (ωt ) =
3
当考虑2倍的安全余量时， 当考虑2倍的安全余量时，Im的允许值为
《电力电子技术》
Im =
3 × 78.5 A = 68A 2
4．晶闸管的其他参数 ．
维持电流I 在室温和门极断开时， (1)维持电流 H 在室温和门极断开时，器件从较大的通态电流 最小电流称为维持电流。 降至维持通态所必需的 最小电流称为维持电流 。 它一般为 几毫安到几百毫安。 几毫安到几百毫安。 擎住电流I 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号， (2)擎住电流 L 晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号，能 使器件保持导通所需要的最小阳极电流。 使器件保持导通所需要的最小阳极电流。 断态电压临界上升率du／ 在额定结温和门极开路情况下， (3)断态电压临界上升率 ／dt 在额定结温和门极开路情况下， 不使器件从断态到通态转换的阳极电压最大上升率称为断态 电压临界上升率。 电压临界上升率。 通态电流临界上升率d ／ 在规定条件下， ( 4 ) 通态电流临界上升率 di／dt 在规定条件下 ， 晶闸管在门极 触发开通时所能承受不导致损坏的通态电流最大上升率称为 通态电流临界上升率。 通态电流临界上升率。
《电力电子技术》
六、晶闸管的门极伏安特性及主要参数
和门极不触发电流I 1.门极不触发电压UGD和门极不触发电流 GD 门极不触发电压 不能使晶闸管从断态转入通态的最大门极电压称为门极 不触发电压U 相应的最大电流称为门极不触发电流I 不触发电压 GD，相应的最大电流称为门极不触发电流 GD。 门极触发电压U 和门极触发电流I 2.门极触发电压 GT和门极触发电流 GT 在室温下，对晶闸管加上6V 正向阳极电压时， 使器件由 在室温下， 对晶闸管加上 6 正向阳极电压时， 极电流称为门极触发电流I 断态转入通态所必须的最小门 极电流称为门极触发电流 GT， 相应的门极电压称为门极触发电压U 相应的门极电压称为门极触发电压 GT。 门极正向峰值电压U 门极正向峰值电流I 3.门极正向峰值电压 GM、门极正向峰值电流 GM和门极峰值功 率PGM 在晶闸管触发过程中， 在晶闸管触发过程中 ， 不致造成门极损坏的最大门极电 压 、 最大门极电流和最大瞬时功率分别称为门极正向峰值电 门极正向峰值电流I 和门极峰值功率P 压 UGM、 门极正向峰值电流 GM 和门极峰值功率 GM。 使用时 晶闸管的门极触发脉冲不应超过以上数值。 晶闸管的门极触发脉冲不应超过以上数值。
电力电子技术习题讲解
第1章电力电子器件填空题：1.电力电子器件一般工作在________状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。
3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、 ________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________ 、 ________ 、________三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为________。
6.电力二极管的主要类型有________、________、 ________。
7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为 ____ 正向有触发则导通、反向截止 ____ 。
9.对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流I L在数值大小上有I L________IH。
10.晶闸管断态不重复电压UDRM与转折电压Ubo数值大小上应为，UDRM________Ubo。
11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________ 。
14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。
15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。
16.IGBT 的开启电压UGE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。
17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。
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K G
A c)
常用晶闸管的结构
螺 栓 型 晶 闸
晶 闸 管 模 块
管
平板型晶闸管外形及结构
晶闸管的双晶体管模型
〔解释〕
➢ 当SCR的阳极和阴极电压UAK<0，即EA下正上负，无论门极G加什么电压，SCR 始终处于关断状态；
➢ UAK>0时，只有EGk>0，SCR才能导通。说明SCR具有正向阻断能力；
电力电子器件的概念和特征
电力电子电路的基础 —— 电力电子器件
1. 概念: ➢ 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
2) 全控型器件
➢ 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar
通过T控ran制si信sto号r—既—可IG控BT制）其导通又可控制其关断， 又➢ 称电自力关场断效器应晶件体。管（电力MOSFET）
➢ 门极可关断晶闸管（GTO）
3) 不可控器件
➢ 电力二极管（Power Diode）
第2章 电力电子器件 引言
➢ 电子技术的基础 电子器件：晶体管和集成电路
➢ 电力电子电路的基础 电力电子器件
➢本章主要内容：
ﻬ简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等 问题
ﻬ介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本 特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些 问题
电力电子器件的概述
1、 电力电子器件的概念和特征 2 、应用电力电子器件的系统组成 3、 电力电子器件的分类
A K
A
K
K
PN
I
J
b)
A
c)
a)
图2-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
电力二极管的基本特性
1. 静态特性
➢ 主要指其伏安特性 门槛电压UTO， 正向电压降UF 。 承受反向电压时，只有微小而数值恒定的反向漏电流。
I
IF
O UTO UF
U
2. 动态特性
路来控制。 ④ 为保证不致于因损耗散发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。
应用电力电子器件的系统组成
➢ 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。
在主电
路和控
控
检测
电路
制
控制电路
电
V 1 LR
制电路 中附加 一些电 路，以 保证电 力电子
正向恢复时间tfr 延迟时间：td= t1- t0, 电流下降时间：tf= t2- t1 反向恢复时间：tRR= td+ tf
电力二极管的主要参数
1.正向平均电流IF 2. 正向压降UF 3. 反向重复峰值电压URRM 4. 最高工作结温TJM 5. 反向恢复时间tRR 6. 浪涌电流Isur
电力二极管的主要类型
1. 普通二极管（General Purpose Diode） 2. 快恢复二极管（Fast Recovery Diode——
FRD） 3. 肖特基二极管（Schottky Barrier Diode——
SBD）
2.2
半控器件—晶闸管
1
一、晶闸 管Βιβλιοθήκη 结构 与工作原 理2二、晶闸管 的基本特性
3
三、晶闸 管的主要 参数
2. 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)
电力电子器件的概念和特征
3. 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。
② 电力电子器件一般都工作在开关状态。 ③ 实用中，电力电子器件往往需要由信息电子电
1
一、功率 二极管工 作原理和 静态伏安 特性
2
二、功率二 极管的动态 特性
3
三、功率 二极管的 参数
4
四、功率 二极管的 主要类型
PN结与电力二极管的工作原理
➢ 基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样 ➢ 以半导体PN结为基础 ➢ 由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的 ➢ 从外形上看，主要有螺栓型和平板型两种封装
驱动
路
电路
V 2 主电路
器件和 整个系
统正常
图1-1
电力电子器件在实际应用中的系统组成 电气隔离
可靠运 行
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
➢ 晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
通➢ 过器控件制的信关断号由可其以在控主制电路其中导承通受而的不电压能和控电制流其决关定断。
➢不 动能 电只 电用 路有 压控。两 和制个电端信流子决号，定来器的控件。制的通其和通断断是,由因其此在主也电就路不中需承要受的驱
电力电子器件的分类
➢ 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) 电流驱动型
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
2) 电压驱动型
➢ SCR一旦导通，门极G将失去控制作用，即无论EG如何，均保持导通状态。SCR导 通后的管压降为1V左右，主电路中的电流I由R和RW以及EA的大小决定；
➢ 晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型——普 通晶闸管，广义上讲，晶闸管还包括其许多类 型的派生器件
晶闸管的结构与工作原理
➢ 外形有螺栓型和平板型两种封装 ➢ 引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接
端
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
a)
b)
图2-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
4
四、晶闸 管的派生 器件
半控器件—晶闸管
➢ 晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
• 1956年美国贝尔实验室（Bell Lab）发明了晶闸管
• 1957年美国通用电气公司（GE）开发出第一只晶闸 管产品
• 1958年商业化
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
➢ 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) 单极型器件
由一种载流子参与导电的器件
2) 双极型器件 3) 复合型器件
由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而成 的器件
2.1
不可控器件—功率二极管