第19章电力电子技术

M 或URRM中最小的一个， 1000V以下的每100V为一级，1000V到3000V的 每200V 为一级。 KP5_7 普通型晶闸管 5A，700v
双向晶闸管 (a) 结构图
A2
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。
当 L >> R时， ILAV在整个周期中可近似 看做直流。
二、单相全波可控整流电路
1.电阻性负载桥式半控整流电路
（1）电路及工作原理
u2 > 0的导通路径： +
A
uL
T1 T2 RL D1 D2
u2 (A)
u2 (B)
T1 RL
u2
B
D2
T1、T2 --晶闸管
D1、D2 --晶体管
（1）电路及工作原理
B2
(3)单结晶体管的伏安特性 UE P 峰点电压 UP
负阻区：UE>UP后， 大量空穴注入基区， 致使IE增加、UE反 而下降，出现负阻。 V IV
谷点电压 UV
Ip
o
截止区
负阻区
饱和区
IE
UV、IV(谷点电压、电流): UP(峰点电压)： 单结管由截止变导通 维持单结管导通的最小 所需发射极电压。 电压、电流。
三、晶闸管的保护
晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是 它的主要缺点。 晶闸管的热容量很小，一旦发生过 电流时，温度急剧上升，可能将PN结烧坏，造成元 件内部短路或开路。 1)一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续 0.02秒，否则将因过热而损坏； 2)晶闸管耐受过电压的能力极差，电压超过其反向 击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。 3)若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通， 导通后的电流较大，使器件受损。
晶闸管导通条件：（同时具备以下两个条件） （1）阳极电路加正向阳极电压，即A、K间加 正向电压； （2）控制极电路加适当的正向电压，即G、K 间加正向触发脉冲信号。 晶闸管导通后， 去掉 UGK， 依靠正反馈， 晶闸管仍维持导通状态；
3.伏安特性
正向平均电流
( I f (U )曲线)
IF
I
U -- 阳极、阴极间的电压UAK
1.单结晶体管结构及工作原理
(1)结构
发射极E PN结 N型硅片
B2
第二基极 B2
P
N
B1 (a) 示意图
欧姆接触 接触电阻
E B1
(b) 符号
第一基极
单结晶体管结构示意图及其表示符号
(2) 工作原理
+ _
RP E + UE _ B2 + UBB _ B1
由图可求得RB1所分得电压 RB1 U B 1 U BB + RB1 RB 2 RB1 _ U BB U BB RBB
第19章 电力电子技术
第19章
19.1 19.2 19.3 19.4
电力电子技术
电力电子器件 可控整流电路 逆变电路 交流调压电路
19.1
电力电子器件
一、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)。
2.晶闸管的过压保护
(1) 阻容保护
利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量变成 电场能量储存到电容中，然后释放到电阻中消耗掉。
C R
C
C R
C
L R
~
R 硒堆保护 (硒整流片)
R
(2) 硒堆保护
晶闸管元件 的阻容保护
硒堆为非线性元件，过压后迅速击穿，其电阻减小，抑制 过压冲击。
四、 单结晶体管触发电路
晶闸管型号
K
导通时平均电压级别 （９级）
额定电压级别（ U
RRM、
UDRM ）
额定正向平均电流（IF） 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
晶闸管电压、电流级别 导通时平均电压级别为： ９级，小于100A不标。一般用A ~ I字母表 示，由 0.4 ~ 1. 2V每 0.1V 为一级。
此外还可作无触点开关等
1. 基本结构
A 阳极
A
P1
四 层 半 导 体
三 个
PN
N1
P2
结
GG 控制极
G K
(a) 外形 (b) 符号
N2
K 阴极
(c) 结构
A
A
P
+
A N1 T1 P2 N1 T2
P1 N1 G P2 N2
K
IA
P1
N G
P
N
P N K
P2
G
IG
N2
IK
_K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
单结晶体管的特点
B2
峰点电压
UE
UP
P
E B1
谷点电压
UV
1. UE < UP时单结管截止；
o
Ip
V IV
IE
UE > UP时单结管导通， UE < UV时恢复截止。
IF
IH
I
U
URRM UBR
UFRM UBO
3)若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通， 导通后的电流较大，使器件受损。
1.晶闸管的过流保护
(1). 快速熔断器保护 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时， 它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路， 以保证晶闸管的安全。 快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。
电力电子器件的符号
A A
A B
C G
D G
C
G
K D K T
G 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。
二、晶闸管（Thyristor）
别名：可控硅（SCR) （Silicon Controlled Rectifier） 大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现 使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域 。
I -- 阳极电流
维持电流
UBR
反向 转折 电压
IH
1v
U
UBO
正向转折电压
反向
正向
I
IG3 > IG2 > IG
IG3
IG2
IG=0A
U
UBO3 UBO2UBO
4.主要参数
IF
I
1. UDRM：正向重复峰值 IH 电压。在控制极断路和 U 晶闸管正向阻断的条件 下，可以重复加在晶闸 UFRM UBO URRM 管两端的正向峰值电压 UBR （晶闸管耐压值。一般 取 UDRM = 80% UBO。 普通晶闸管UDRM 为 100V---3000V） 2.URRM：反向重复峰值电压。（控制极断路时， 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取 URRM 比| UBR|低100V。普通晶闸管URRM为-100V--3000V）
晶闸管特点：
单向导电性，导通时间是可控的，主要用于整流、 逆变、调压及开关等方面。 体积小、重量轻、无噪声、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 流达上千安、正向耐压达数千伏）。
应用领域：
可控整流 （交流
直流） 交流）
交流）
逆变 （直流
变频 （交流
斩波 （直流
直流）
解:
IO=30A UFRM= URRM=(2-3)URM=622-933 选KP50-7
2.电感性负载
（1）电路及工作原理
A 设u1为 正弦波 G K
uL
R
uT
u1 u2
D
L
u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，由于电感
反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持 导通，失去单向导电作用。
D称为续流二极管,加入D的目的就是消除 反电动势的影响。
等效电路
– 分压比(0.5~ 0.9) UE < UBB+UD = UP 时
PN结反偏，IE很小； RB2 UBB + U U 时 E P E RP + A _ PN结正向导通, IE迅速 + _ 增加。 RB1 UE _ UP – 峰点电压 B1 UD – PN结正向导通压降 测量单结晶体管的实验电路
3. IF：正向平均电流。 环境温度不大于40OC和 标准散热及全导通条件 下，晶闸管允许连续通 过的单相工频 正弦半波 平均电流。(普通晶闸管 IF 为1A---1000A。）
IF
IH
I
U
URRM UBR
UFRM UBO
4.IH：维持电流。在室温下，控制极开路、晶闸管被 触发导通后，维持导通状态所必须的最小电流。一 般为几十到一百多毫安。
u2 < 0的导通路径： -
A
uL
T1 T2 RL D1 D2
u2 (B)
T2
RL
u2
+
B
u2 (A)
D1
T1、T2 --晶闸管
D1、D2 --晶体管
u2
O
（2）工作波形
A
uL
T1
D1 T2 RL D2
u2
ug