第2章 电力电子器件应用技术
第2章 电力电子器件的基本特性
逆导晶闸管 (RCT)
I
G
K O
IG=0 U
A
a)
b)
图2.3.7 逆导晶闸管的电气 图形符号和伏安特性 a) 电气图形符号 b) 伏安 特性
§2.3.2
门极可关断晶闸管（GTO）
• 可关断晶闸管(Gate-Turn-Off Thyristor)简称GTO。 • 它具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高，电流大等。 同时它又是全控型器件，即在门极正脉冲电流触发下 导通，在负脉冲电流触发下关断。
2. 晶闸管的伏安特性
晶闸管导通时的A-K间 的电压（导通压降） 是非常小的，其典型 的平均压降为1～2V， 因此，晶闸管导通后 相当于“低阻态”。 晶闸管门极特性偏差 很大，即使同一额定 值的晶闸管之间其特 性也有所不同，所以 在设计门极触发电路 时，必须考虑这种偏 差。
图2-4 晶闸管的伏安特性
2.1.2
电力电子器件的种类
二、电力电子器件按控制信号的性质不同又可分为 两种：
电流控制型器件： 此类器件采用电流信 号来实现导通或关断控 制。 如：晶闸管、门极可关 断晶闸管、功率晶体管、 IGCT等； 电压控制半导体器件： 这类器件采用电压控 制（场控原理控制）它 的通、断，输入控制端 基本上不流过控制电流 信号，用小功率信号就 可驱动它工作。 如：MOSFET管和IGBT管。
重点和难点
• • • •
电力电子器件的基本模型和分类 电力电子器件指标和特性 应用电力电子器件系统的组成 电力电子器件的驱动和保护类型及原理
§2.1
电力半导体器件的种类及应用
电力半导体器件是电力电子技术及其应用系统的基 础。电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制 与应用。 定义：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的 半导体电子器件称为电力电子器件（Power Electronic Device）。 广义上，电力电子器件可分为电真空器件和半导体 器件两类，本书涉及的器件都是指半导体电力电子器 件。
电力电子技术及其应用
电力电子技术及其应用概述：电力电子技术是电气工程领域中的一个重要分支，它通过研究和应用电子器件和电力系统，实现对电能的调节、变换和控制。
电力电子技术的发展为电力系统的可靠性、效率和可持续性提供了重要支持，广泛应用于能源转换、电力传输和分配、电动车辆和可再生能源等领域。
一、电力电子器件：电力电子器件是电力电子技术的基础，主要包括晶体管、二极管、功率模块等。
晶体管是电力电子领域最常用的器件之一，它能够实现电能的开关和放大。
功率模块则是由多个晶体管和二极管组成的集成电路，具有高功率密度和高效率的特点。
这些器件的研发和应用为电力电子技术的发展奠定了坚实的基础。
二、电力电子转换技术：电力电子转换技术是电力电子技术的核心内容，它通过将电能从一种形式转换为另一种形式，实现对电力系统的控制和调节。
常见的电力电子转换技术包括直流-直流变换、直流-交流变换和交流-交流变换。
直流-直流变换器能够将直流电压的大小和极性进行调节，广泛应用于电力系统的稳压和稳流控制。
直流-交流变换器则能够将直流电能转换为交流电能，实现交流电力系统的接入和调节。
交流-交流变换器则能够实现交流电能的频率和相位的调节，适用于电力系统的调频和调相控制。
三、电力电子应用：电力电子技术在现代社会中的应用非常广泛，主要体现在以下几个方面：1. 能源转换：电力电子技术在能源转换中发挥着重要作用。
通过电力电子转换装置，可以将不同形式的能源转换为电能，进而实现能源的传输和分配。
同时，电力电子技术还能够实现对能源的储存和再利用，提高能源的利用效率。
2. 电力传输和分配：电力电子技术在电力传输和分配中起到了关键作用。
通过电力电子装置，可以实现对电力系统的控制和调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
同时，电力电子技术还能够实现对电力系统的保护和故障处理，提高电力系统的安全性和可操作性。
3. 电动车辆：电力电子技术在电动车辆领域的应用日益广泛。
通过电力电子转换装置，可以实现对电动车辆电能的调节和控制，提高电动车辆的性能和效率。
电力电子器件及其应用
宽禁带半导体材料的应用
总结词
宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮化 镓）在电力电子器件中的应用越来越广 泛。
VS
详细描述
宽禁带半导体材料具有高临界场强和高电 子饱和速度等优点，使得电力电子器件能 够承受更高的工作电压和更大的工作电流 ，同时减小器件的体积和重量，提高系统 的能效和可靠性。
电力电子系统集成化与模块化
压保护、过电流保护和过热保护等。
驱动电路与控制电路设计
总结词
驱动电路和控制电路是电力电子系统中的重要组成部 分，其设计的好坏直接影响到整个系统的性能。
详细描述
驱动电路负责提供足够的驱动信号，使电力电子器件 能够正常工作。在设计驱动电路时，需要考虑信号的 幅度、相位、波形等参数，以确保器件能够得到合适 的驱动信号。控制电路则负责对整个电力电子系统进 行控制和调节，以确保系统能够按照预设的方式运行 。控制电路的设计需要充分考虑系统的动态特性和稳 态特性，并能够根据实际情况进行实时调节。
要点一
总结词
要点二
详细描述
在选择电力电子器件时，电压和电流容量是关键参数。
需要根据电路的工作电压和电流来选择合适的器件，以确 保器件能够安全、有效地运行。选择电压和电流容量过小 的器件可能导致器件过载，影响其性能和寿命；而选择电 压和电流容量过大的器件则可能造成浪费，增加成本。
工作频率与散热设计
总结词
总结词
电力电子系统正朝着集成化和模块化的方向 发展。
详细描述
集成化和模块化可以提高电力电子系统的可 靠性和可维护性，减小系统的体积和重量， 降低制造成本。同时，集成化和模块化还有 利于实现电力电子系统的标准化和系列化， 方便不同系统之间的互连和互操作。
电力电子在分布式发电和微电网中的应用
《电力电子技术基础》课程复习(打印版)
1) 电流驱动型 2) 电压驱动型
通过从控制端注入或抽出电流，来实现开通、 关断控制。GTR、GTO
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， IGBT，MOSFET。
3、按器件内部参与导电的载流子情况
1) 单极型器件 2) 双极型器件 3) 复合型器件
由一种载流子参与导电的器件，如MOSFET 由电子和空穴两种载流子参与导电，如：GTR 由单极型器件和双极型器件集成混合成，IGBT
尾部
时间
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¾ 关断过程（与晶闸管不同） ①储存时间ts: 抽取饱和导通时储
存的大量载流子，退出饱和。
②下降时间tf: 双晶体管已退至放
大区，阳极电流逐渐减小。
③尾部时间tt: 残存载流子复合。
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电压和电 流决定的。
4
《电力电子技术基础》课程复习
河南科技大学《电力电子技术》课件
第1章 绪论
1.1 什么是电力电子技术
一、电力电子技术的定义
信息电子技术
用于信息处理; 器件一般工作于放大状态，也可开关状态。
电力电子技术
主要用于电力(电能)变换; 器件处于开关状态。
• 电力电子技术: 使用电力电子器件 对电能进行变换 和控制的技术。即应用于电力领域的电子技术。
5
《电力电子技术基础》课程复习
河南科技大学《电力电子技术》课件
第2章 电力电子器件
2.1 电力电子器件概述
电力电子复习资料
湖北理工学院电气学院电力电子复习课第一章绪论BY 12自动化张一鸣1、电力电子技术的概念定义:电力电子技术——应用于电力领域的电子技术,使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术.电力电子技术主要用于电力变换。
分为信息电子技术（信息处理）和电力电子技术（电力变换）。
2、电力变换通常可分为哪四大类？电力变换通常可分为四大类：交流变直流（整流）、直流变交流（逆变）、交流变交流（变频、变压）、直流变直流（斩波）。
第2章电力电子器件1、电力电子器件的概念电力电子器件：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、电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类：1.半控型器件，例如晶闸管;2.全控型器件，例如GTO(门极可关断晶闸管)、GTR(电力晶体管)，MOSFET(电力场效应晶体管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管);3.不可控器件，例如电力二极管;按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质分类：1.电压驱动型器件，例如IGBT、MOSFET、SIT(静电感应晶闸管);2.电流驱动型器件，例如晶闸管、GTO、GTR;根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类：1.脉冲触发型，例如晶闸管、GTO;2.电子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT;按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参及导电的情况分类：1.单极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR;2.双极型器件，例如MOSFET、IGBT;3.复合型器件，例如MCT(MOS控制晶闸管);3、晶闸管的导通条件、关断条件、维持导通条件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。
使导通了的晶闸管关断的条件是使流过晶闸管的电流减小至一个小的数值，即维持电流IH一下。
维持晶闸管导通的条件是，晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
《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。
电力电子器件与应用
电力电子器件与应用电力电子技术是现代电气工程领域中的重要分支，它主要研究与应用电子器件在电力系统中的转换、调节和控制技术。
电力电子器件的发展和应用，对于提高电力系统的效率、稳定性和可靠性具有重要意义。
本文将从电力电子器件的基本原理、常见的电力电子器件和其应用领域等方面进行探讨。
一、电力电子器件的基本原理电力电子器件是指能够将电力信号进行转换、调节和控制的电子器件。
其基本原理是利用半导体器件的导通和截止特性，通过不同的电路拓扑结构，实现对电力信号的处理。
常见的电力电子器件包括二极管、晶闸管、可控硅、IGBT和MOSFET等。
二、常见的电力电子器件1. 二极管：二极管是一种最简单的电力电子器件，其具有单向导电性。
它常用于整流电路中，将交流电信号转换为直流电信号。
2. 晶闸管：晶闸管是一种具有双向导电性的电力电子器件。
它具有可控性，可以通过控制电压或电流来实现导通和截止。
晶闸管广泛应用于交流电调节、交流电转换和交流电控制等领域。
3. 可控硅：可控硅是一种具有单向导电性和可控性的电力电子器件。
它可以通过控制触发信号来实现导通和截止。
可控硅常用于交流电调节和交流电控制等应用中。
4. IGBT：IGBT是一种综合了MOSFET和可控硅特性的电力电子器件。
它具有高压、高电流和高频率的特点，广泛应用于交流电调节、交流电转换和电力传输等领域。
5. MOSFET：MOSFET是一种具有双向导电性和可控性的电力电子器件。
它具有高速开关和低功耗的特点，常用于直流电调节、直流电转换和电力传输等应用中。
三、电力电子器件的应用领域电力电子器件在电力系统中的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 电力调节：电力电子器件可以通过调节电压、电流和频率等参数，实现对电力系统的调节。
例如，通过调节晶闸管和可控硅的触发角度，可以实现对交流电的调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
2. 电力转换：电力电子器件可以将不同形式的电力信号进行转换，实现能量的传输和转换。
电力电子应用技术 第5版答案 第2章 思考题和习题
思考题和习题1. 单相全控桥式整流电路带大电感负载，U2=220V，R d=4Ω，计算α=60︒时，整流输出电压U d、电流平均值I d。
如果负载端并接续流二极管，其U d和I d又为多少？并求流过晶闸管和续流二极管的平均电流和有效值电流，画出这两种情况的电压和电流波形。
解：(1) 因为电路带大电感负载，所以电流连续。
整流输出电压U d = 0.9U2cosα =0.9220cosα⨯⨯= 99V；电流平均值I d = U d/R d = 24.75A；流过晶闸管的平均电流I dVT = 12I d = 12.375A；流过晶闸管的有效电流I VT = 12I d = 17.50A。
(2) 若负载端并接续流二极管，则整流输出电压U d = 0.9U21cos2α+=1cos600.92202+⨯⨯= 148.5V；电流平均值I d = U d/R d = 37.125A；流过晶闸管的平均电流I dVT = 2παπ-I d = 32πππ-I d = 12.375A ；流过晶闸管的有效电流I VT =2παπ-I d = 21.43A ； 流过续流二极管的平均电流I dVDR = απI d = 13I d = 12.375A ；流过续流二极管的有效电流I VDR =απI d = 21.43A 。
2. 单相全控桥式整流电路，U 2=200V ，R d =2Ω，电感L 极大，反电动势E =100V ， 当α=45︒时，试求：(1)画出u d 、i d 、i VT1、i 2和u VT1的波形。
(2)计算整流输出电压U d 、电流平均值I d 、晶闸管电流的平均值I dVT 和有效 值I VT 以及变压器二次电流有效值I 2。
(3)按2倍裕量确定晶闸管的额定电流。
解：(1)(2) 整流输出电压U d = 0.9U 2cos α = 127.28V ； 电流平均值 I d =d dU ER -=13.64A ； 晶闸管电流的平均值I dVT = d2I =6.82A ； 晶闸管电流的有效值I VT =d2； 变压器二次电流有效值I 2 = I d = 13.64A 。
电力电子器件与应用
电力电子器件与应用电力电子技术是指将半导体器件和功率电子器件应用于电力系统和电力设备中，用以实现能量转换、电力控制和电力传递的技术。
随着科技的进步，电力电子技术在能源、交通、通信等领域得到广泛应用，对于推动社会发展和提高生活质量起到至关重要的作用。
一、电力电子器件的分类电力电子器件根据其功能和不同应用领域可分为多种类型，以下将对其中几种重要的电力电子器件进行简要介绍。
1. 变流器（Inverter）变流器是最常见的电力电子器件之一。
其主要功能是将直流电能转换为交流电能，或者将交流电能转换为直流电能。
变流器广泛应用于电能供应、电机驱动和光伏发电等领域，为能源的有效利用和电力系统的稳定运行提供了便利。
2. 整流器（Rectifier）整流器的主要功能是将交流电能转换为直流电能。
在电力系统中，整流器被广泛应用于直流输电、直流电机驱动和电池充电等方面。
此外，整流器还常用于调节电能质量，提高电力系统的稳定性。
3. 逆变器（Converter）逆变器是一种功率电子器件，其主要功能是将直流电能转换为交流电能，频率可以根据需要进行调整。
逆变器被广泛应用于太阳能发电、风力发电、UPS电源等领域，为可再生能源的利用和电力系统的稳定提供了支持。
二、电力电子器件的应用领域电力电子器件在各个领域的应用越来越广泛，以下将对其中几个重要的领域进行介绍。
1. 新能源发电随着环境保护意识的增强和对能源的依赖度的降低，新能源发电逐渐成为了人们关注的焦点。
光伏发电和风力发电是常见的新能源发电方式，而电力电子器件的应用则是实现这些发电方式的关键。
变流器和逆变器的应用能够将太阳能和风能转化为交流电能，并注入电力系统中，从而实现清洁能源的利用。
2. 电动汽车电动汽车已经成为未来交通的发展趋势。
电力电子器件在电动汽车中的作用不可忽视。
充电器、驱动系统和电池管理系统等均需要电力电子器件的支持，以实现电能转换、电力控制和电能储存等功能。
电力电子技术的应用使得电动汽车具备了高效、环保和可靠的特点。
电力电子应用技术
电力电子应用技术电力电子技术是指在电力系统中使用电子器件进行能量转换、调节、控制和保护的技术。
电力电子技术的发展使得电能变换得更加高效，将电力系统的负载控制和电能的传输与分配变得更加灵活和可靠。
本文将从电力电子应用的基本原理、应用技术、发展趋势等方面进行介绍。
一、电力电子应用技术的基本原理1、功率器件功率器件是电力电子的核心部分，主要有二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等。
其中，二极管是最早应用的功率器件，其主要功能是进行单向导电，具有低损耗、大电流等特点。
晶闸管是第一种可控硅器件，也是应用最广泛的器件，具有高灵敏度、高可靠性、低成本、方便驱动等特点。
MOSFET是一种新型功率器件，具有响应速度快、高频特性好、抗辐射性好等特点。
IGBT是一种压缩型开关器件，具有低压降、快速切换、低漏电流和低驱动电压等特点。
在实际应用中，选择不同的功率器件要根据应用场合的需求、器件参数的比较等多方面进行综合考虑，提高应用效率，降低使用成本。
2、拓扑结构电力电子应用技术中主要的电路结构有：单相半波整流电路、单相全波整流电路、三相半波整流电路、三相全波整流电路、斩波电路、交流电压调制电路、电力电子开关变换器等。
不同的电路结构适用于不同能源的准换，以及不同的电机驱动、照明、通讯、电源的级联、互连等方式，从而实现不同的功率控制。
3、控制技术在电力电子应用技术中，控制技术是非常重要的一部分，控制系统的稳定性和可靠性直接影响着整个电气系统的性能。
控制技术可以分为数字控制技术和模拟控制技术两种，我们在选择控制方案时，需要根据不同场合的需求做出科学决策，以便更好地实现控制目标。
二、电力电子应用技术的应用1、高压直流输电高压直流输电系统是指利用可控硅等电力电子器件实现的高压直流输电技术。
该技术可实现海底电力输送，远距离间电能输送，同时具有功率传输大、线损小、电网稳定性强的特点，因此在远程电源输送、大容量高压变电站接入等方面具有广泛的应用前景。
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。
第二讲电力电子器件 (1)
2.4.3 电力场效应晶体管
电力场效应晶体管简称电力MOSFET，属于场 控型器件（指用电压信号控制工作电流的器件）。 优点：输入阻抗高，所需驱动电路简单，驱动功率 小，开关速度快（10～100ns），工作频率可达 500KHZ甚至MHZ以上，是目前工作频率最高的电力 电子器件，此外还具有优异的热稳定性和抗干扰性能。 缺点：电流容量小，耐压低、通态电阻大（提高耐压 时通态电阻急剧增大），功率等级低。 应用：多用于功率不超过10kW的电力电子装置（高 性能开关电源、斩波器、逆变器等）。
电力电子应用技术
第二章 电力电子器件
学习电力电子器件应重点关注： 1、三类器件：不可控、半控、全控 2、器件的简单工作原理 3、器件的两特：特性、特点 4、器件的主要参数 5、器件的应用
理想开关：
电力电子技术——利用电力电子器件对电能进行变 换的技术 变换方法——开关变流：利用开关把直流电或交流 电分段或切片（甚至粉碎），然后重 新组合为希望波形的电。 理想开关： ①关断（截止）时，可承受高电压，漏电流为零。 ②开通（导通）时电压为零，可流过足够大电流。 ③可双向导通，并可方便地控制。 ④导通与关断过程的时管的派生器件，在晶闸管问世后不久 出 现，可用负门极信号实现关断，故属于全控型器件。 优点：耐压高、电流大、耐浪涌能力强，与普通晶闸 管接近；开通时间和关断时间较晶闸管短. 缺点：关断时门极电流大，是阳极电流的0.2～0.33 倍，控制功率极大，对驱动电路、吸收回路的杂散电 感特敏感，设计、制造困难很大，应用受限。静态特 性参数与晶闸管类同，但反向重复峰值电压仅为几十 伏，用于电路中时必须反并联大容量快速二极管。 应用：多应用于兆瓦级以上的大功率场合。比如在电 力机车及大型轧机上的大功率变频器的开关器件。
电力电子器件的工作原理及应用
电力电子器件的工作原理及应用在现代电力系统中，电力电子器件扮演着重要的角色。
通过电力电子器件的控制，我们可以实现电能的高效转换、电压的调节、电流的控制等功能。
本文将介绍电力电子器件的工作原理以及其在不同领域的应用。
一、整流器的工作原理及应用整流器是一种将交流信号转换为直流信号的电力电子器件。
它的主要工作原理是利用二极管的导通特性，将交流电信号通过整流电路进行滤波而得到直流电信号。
整流器广泛应用于交流电源变换为直流供电的场合，比如家庭电器、工业设备等。
它可以有效地实现电能的传输和利用。
二、逆变器的工作原理及应用逆变器是一种将直流信号转换为交流信号的电力电子器件。
它通过对直流电信号进行开关控制，实现电压的变频和调节。
逆变器被广泛应用于太阳能发电、风能发电等可再生能源领域，将直流电能转换为交流电能以满足家庭、工业等用电需求。
三、IGBT的工作原理及应用IGBT是一种绝缘栅双极型晶体管，是目前最常用的功率开关器件之一。
它结合了场效应晶体管和双极型晶体管的优点，具有低导通压降和高开关速度的特点。
IGBT广泛应用于电力变换、电机驱动等领域，如交流电变直流电、频率调节等。
四、功率模块的工作原理及应用功率模块是一种将多个功率器件集成在一起的器件，在电力电子系统中起到连接和控制的作用。
功率模块的工作原理是通过控制信号控制其中的功率器件的开关状态，从而实现功率的传输和调节。
功率模块广泛应用于电动车、电机驱动、UPS电源等领域，实现高效能量转换和控制。
五、开关电源的工作原理及应用开关电源是一种利用开关元件进行能量转换和供电的电源系统。
它的工作原理是通过高频开关将输入的交流电转换为高频交流信号，再通过变压器和整流电路将其转换为直流电信号。
开关电源广泛应用于计算机、通信设备、家用电器等场合，具有高效率、小体积等特点。
六、电力电子器件在新能源领域的应用随着可再生能源的快速发展，电力电子器件在新能源领域有着重要的应用。
例如，在太阳能发电系统中，逆变器起到将太阳能转换为可用交流电的作用；在风力发电系统中，电力电子器件可以实现风机的变频调速和并网发电等功能。
电力电子技术与应用
电力电子技术与应用电力电子技术是指利用半导体器件和电磁元件等电子器件，对电力进行高效、稳定的转换与控制的技术领域。
它在现代电力系统和电力设备中扮演着至关重要的角色。
本文将从电力电子技术的定义、应用、发展趋势等方面进行探讨。
一、电力电子技术的定义电力电子技术是指利用电子器件对电能进行调节、变换、控制的技术。
电力电子器件一般具有高功率、高频率、高唯一性和高可靠性等特点，主要包括晶体管、可控硅、IGBT等。
电力电子技术通过改变电路的开关状态和电源工作方式，实现电能的调整和转换，从而满足电力系统对不同形式电能的需求。
二、电力电子技术的应用1. 高压直流输电技术高压直流输电是电力电子技术的一项重要应用。
通过将交流电能转换为直流电能，再进行输送，可以有效降低输电损耗，提高电网稳定性。
高压直流输电技术在远距离、大容量输电方面具有明显优势，已广泛应用于长距离跨区域输电工程。
2. 可再生能源发电技术电力电子技术在可再生能源发电中起到了关键作用。
风力发电、光伏发电等可再生能源具有不稳定性和间歇性，而电力电子技术可以实现对可再生能源的有效调节和控制，使其能够稳定地并入电力系统。
此外，电力电子技术还可以实现电能的质量改善和功率因数校正。
3. 变频调速技术变频调速技术是电力电子技术在电机控制领域的应用。
通过电力电子器件对电机进行调节，可以实现电机转速的连续调整和转矩的精确控制。
变频调速技术广泛应用于电力、化工、交通等行业，可以实现能量的高效利用和运行的平稳可靠。
4. 无功补偿技术无功补偿是电力电子技术在电力系统中的重要应用之一。
通过电力电子器件对无功功率的生成和吸收进行调节，可以实现电网的无功功率平衡和电压稳定控制。
无功补偿技术对提高电力系统的电能质量和稳定性具有重要意义。
三、电力电子技术的发展趋势1. 高功率、高可靠性随着电力需求的增长和电力器件技术的不断进步，电力电子技术将朝着高功率、高可靠性方向发展。
电力电子器件的集成化和可靠性的提升将进一步推动电力电子技术的发展。
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第2章电力电子开关器件应用技术2.1 电力电子器件的性能与选择2.2 电力电子器件的驱动2.3 电力电子器件的保护2.4 电力电子器件的串联和并联使用2.5 电力电子器件的散热2.1 电力电子器件的性能与选择电力电子器件往往主要指采用硅半导体材料的电力半导体器件；电力电子器件一般工作在开关状态；电力电子器件分为不可控性器件、半控型器件和全控型器件。
电力电子器件(电力二极管除外)分为电压驱动型和电流驱动型两类。
2.1 电力电子器件的性能与选择◆正确选择和使用电力电子器件是保证电能变换装置成功设计和可靠运行(工作)的关键；◆正确理解电力电子器件的参数和性能是合理选择和使用元件的基础。
2.1 电力电子器件的性能与选择器件在装置中的实际效能取决于以下因素：1）制作工艺(参数设计、材料性质、工艺水平和散热能力)，2）运行条件(电路特点、工作频率、环境温度和冷却条件)。
后一个因素与元件的选择和使用有关。
2.1.1 电力二极管1.电力二极管的主要参数①通态平均电流)(57.1)2~5.1(2/)2~5.1()(A I I I AV F ==π②正向压降F U ③反向重复峰值电压RRMU ④最高工作温度JMT ⑤反向恢复时间trr2. 常用电力二极管①普通二极管,反向恢复时间较长，一般在5μs以上，其正向额定电流和反向额定电压分别可达数千安和数千伏以上。
②快恢复二极管，其反向恢复过程很短，trr<5μs，简称快速二极管。
③肖特基二极管优点是反向恢复时间短(10ns～40ns)、正向压降小、且开关损耗小，效率高；其弱点是反向耐压较低。
螺栓型模块2.1.2 晶闸管1. 晶闸管的性能参数(1) 晶闸管的阻断能力(2) 晶闸管的载流能力(3) 开通过程的速度和电流上升率(4) 关断过程的速度和电压上升率(5) 强触发方式对元件开通时间的影响2．晶闸管的基本应用在整流领域中具有独特的优势而占有霸主地位。
在频率不高的逆变装置（如感应加热电源）以及AC-AC直接变频装置中获得应用。
交流电力电子开关，实现交流调压和交流调功。
螺栓型模块平板型双向晶闸管晶闸管模块组成的整流装置2.1.3 门极关断晶闸管1．GTO 的主要参数(1) 最大可关断阳极电流(2)电流关断增益(3) GTO 开通时间(4) GTO 关断时间ATO I GM ATO offI I =βont offt2. GTO的基本应用GTO与SCR都属于大容量器件。
6kA／6kV的GTO器件已实用化，并因其开关速度远高于SCR，主要应用于兆瓦级以上的大功率场合。
模块螺栓及平板型2.1.4 电力场效应晶体管1.电力MOSFET的主要特征（1）漏极和源极之间形成了一个与之反向并联的寄生二极管，使得漏源级间无反向阻断能力。
使用电力MOSFET时应注意寄生二极管的影响。
（2）MOSFET开关频率高，其开关时间在10ns~100ns之间，工作频率可达100kHz以上，是目前工作频率最高的电力电子器件。
（3）通态电阻具有正温度系数，这一点对器件并联时均流有利。
电力MOSFET的热稳定性也较好。
在实际应用中，为了增大电力MOSFET的电流容量，往往采用多只管子并联的方法。
（4）开关时间的长短主要决定于栅极输入电容Cin 充放电过程的快慢，一般靠尽量降低栅极驱动电路来减小栅极回路的充放电时间常数（即的内阻RSR S C in）,以加快管子的开关速度。
（5）属场控器件，在静态时几乎不需要输入电流。
但是，在开关工作中因需要对输入电容充放电，故仍需要一定的驱动功率。
开关频率越高，所需的驱动功率越大。
（6）电力MOSFET的缺点是漏源之间通态压降较大，并且通态压降随漏极电流的增大而增大比较明显；其耐压也偏低，一般只有几百伏。
2. 电力MOSFET的主要参数（1）漏极电压UDS这是标称电力MOSFET额定电压的参数。
（2）漏极直流电流ID 和漏极脉冲电流幅值IDM这是标称电力MOSFET额定电流的参数。
（3）栅源电压UDS栅源极之间的绝缘层很薄，|UGS|>20V将导致电场过强，会使绝缘层击穿。
在不使用时应将器件栅源极间短接，以防止静电感应导致绝缘层击穿。
3.电力MOSFET的应用由于电力MOSFET电压、电流的小容量和高工作频率的特点，它广泛应用在DC-DC的开关电源和DC-AC的小功率、低电压逆变器电路中。
开关电源小功率逆变器2.1.5 绝缘栅双极晶体管1. IGBT的主要性能参数（1）开启电压UGE(th)IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压。
（2）最大集射极间电压UCESIGBT的额定电压标称值。
（3）最大集电极电流ICIGBT的额定电流标称值。
（4）最大集电极功耗PCM在正常工作温度下允许的最大耗散功率。
（5）IGBT的擎住自锁效应2. IGBT的主要特点（1）IGBT开关速度高，开关损耗小。
（2）通态压降比电力MOSFET低，特别是在电流较大的区域。
（3）输入阻抗高，驱动电流小，驱动电路简单。
（4）电压、电流容量比电力MOSFET高得多。
（5）IGBT在相同电压和电流额定情况下，比GTR 和电力MOSFET具有耐脉冲电流冲击的能力，但不如SCR和GTO之类器件。
功率模块2.1.6 功率模块与智能功率模块1．功率模块图2-2 MOSFET功率模块（a）双开关模块（b）三相桥模块（c）四个开关并联图2-3 三相AC-DC-AC变换电路（变频器）功率模块2. 智能功率模块智能功率模块（IPM）在一定程度上回避了功率集成电路（PIC)高低压电路之间的绝缘问题，以及温升和散热的问题，只将保护和驱动电路与IGBT 器件集成在一起，也称智能IGBT ,这些年来获得了迅速发展，在中小功率有广泛的应用场合，在个别较大功率场合也有一定的应用。
图2-4 IPM的电路结构（a）单管封装；（b）双管封装；（c）六合一封装；（d）七合一封装；2.2 电力电子器件的驱动2.2.1 电力电子器件驱动电路概述驱动电路的基本任务：就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。
以保证器件按要求可靠导通或关断。
驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节。
图2-5 光耦合器的类型及接法a) 普通型b) 高速型c) 高传输比型2.2.2 晶闸管的触发电路晶闸管触发电路应满足下列要求：（1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，（2）触发脉冲应有足够的幅度，脉冲前、后沿要陡。
（3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。
（4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
图2-6理想的晶闸管触发脉冲电流波形输出脉冲隔离变压器图2-7 常见的晶闸管触发电路2.2.3 典型全控型器件的驱动电路1．电流驱动型器件的驱动电路GTO 和GTR 是电流驱动型器件。
O t t O u Gi G图2-8 推荐的GTO 门极电压电流波形tOi b图2-10 理想的GTR 基极驱动电流波形2.2.3 典型全控型器件的驱动电路2. 电压驱动型器件的驱动电路电力MOSFET和IGBT是电压驱动型器件。
电力MOSFET开通的栅源极间驱动电压一般取10~15V，IGBT开通的栅射极间驱动电压一般取15 ~ 20V。
关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5 ~ -15V）有利于减小关断时间和关断损耗。
2.3 电力电子器件的保护在电力电子电路中，需要采用合适的过电压保护、过电流保护、du/dt保护和di/dt保护2.3.1 过电压的产生及过电压保护1．过电压产生的原因(1)外因过电压外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因。
（2）内因过电压内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：换相过电压、关断过电压。
2．过电压保护措施图2-14过电压抑制措施及配置位置F−避雷器C0−静电感应过电压抑制电容R1C1−阀侧浪涌过电压抑制用RC电路R2C2−阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路R−压敏电阻过电压抑制器抑制外因过电压的措施中，采用RC过电压抑制电路是最为常见的。
图2-15 三相RC 过电压抑制电路联结方式对大容量的电力电子装置，可采用图2-16所示的反向阻断式RC电路。
图2-16 反向阻断式RC过电压抑制电路联结方式2.3.2过电流保护图2-17 过电流保护措施及配置位置123452.3.3 缓冲电路◆缓冲电路（Snubber Circuit）又称为吸收电路。
其作用是抑制电力电子器件的内因过电压、du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。
◆缓冲电路可分为关断缓冲电路(du/dt抑制电路)和开通缓冲电路(di/dt抑制电路)。
2.3.3 缓冲电路图2-18d i/d t抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路b) 波形下图给出器件关断时的负载曲线图2-19关断时的负载曲线2.4 电力电子器件的串联和并联使用对较大型的电力电子装置，当单个电力电子器件的电压或电流定额不能满足要求时，往往需要将电力电子器件串联或并联起来工作，或者将电力电子装置串联或并联起来工作。
2.4.1 晶闸管的串联图2-20 晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施静态均压动态均压2.4.2 晶闸管的并联◆大功率晶闸管装置中，常用多个器件并联来承担较大的电流。
◆均流的首要措施是挑选特性参数尽量一致的器件，此外还可以采用均流电抗器；同样，用门极强脉冲触发也有助于动态均流。
◆当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。
2.4.3 电力MOSFET的并联和IGBT的并联均具有电力MOSFET 和IGBT的通态电阻Ron正温度系数，并联时有一定的电流自动均衡能力，因而并联使用容易。