19章電力電子技術(shù)

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1、第19章電力電子技術(shù)19.1電力電子器件19.2可控整流電路本章要求：1.了解晶閘管的基本構(gòu)造、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)；2.了解單相可控整流電路的可控原理和整流電壓與電流的波形，了解單結(jié)晶閘管及其觸發(fā)電路.第19章電力電子技術(shù)19.1電力電子器件(1)不控器件器件的導(dǎo)通和關(guān)斷無可控功能。如整流二極管(D)。(2)半控器件器件的導(dǎo)通可控,但關(guān)斷不可控。如普通晶閘管(T)。(3)全控器件器件的導(dǎo)通和關(guān)斷均具可控的功能。如可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率晶體管(GTR)、功率場效晶體管(VDMOS)及絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。19.1.1電力電子器件的分類電力電子器件的符號電力電子器件的

2、主要性能指標(biāo)電壓、電流、工作頻率。KGATKADKGAGTOGSDVDMOSBECGTRGECIGBT19.1.2晶閘管晶閘管是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種大功率半導(dǎo)體器件。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。晶閘管也像半導(dǎo)體二極管那樣具有單向?qū)щ娦裕膶?dǎo)通時間是可控的，主要用于整流、逆變、調(diào)壓及開關(guān)等方面。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、效率高、動作迅速、維修簡單、操作方便、壽命長、容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）。（SiliconControlledRectifier）G控制極1.基本結(jié)構(gòu)K陰極陽極AP1P2N1N2晶閘管具有三個PN結(jié)。(c)結(jié)構(gòu)KGA(b)符號(

3、a)外形晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)及符號四層半導(dǎo)體三個PN結(jié)P1P2N1N2KGA晶閘管相當(dāng)于PNP和NPN型兩個晶體管的組合PPNNNPAGK+KAT2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKG2.工作原理在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導(dǎo)通，此過程稱觸發(fā)導(dǎo)通。形成正反饋過程EA>0、EG>0AKGEA+_RT1T2EG_+EA+_RT1T2EGA_+K晶閘管導(dǎo)通后，去掉EG，依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。2.工作原理EA>0、EG>0形成正反饋過程G晶閘管導(dǎo)通的條件：(1)晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。(2)晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓

4、)。晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件：(1)必須使可控硅陽極電流減小，直到正反饋效應(yīng)不能維持。(2)將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反向電壓。正向特性反向特性URRMUFRMIG2>IG1>IG0UBRIFUBO正向轉(zhuǎn)折電壓IHOUIIG0IG1IG2+_+_反向轉(zhuǎn)折電壓正向平均電流維持電流?U3.伏安特性4.主要參數(shù)(1)正向重復(fù)峰值電壓UDRM晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下,可以重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。一般UDRM比正向轉(zhuǎn)折電壓UBO低100V。(2)反向重復(fù)峰值電壓URRM晶閘管控制極開路時,可以重復(fù)加在晶閘

5、管兩端的反向峰值電壓。一般URRM比反向轉(zhuǎn)折電壓

6、UBO

7、低100V。(3)正向平均電流IF環(huán)境溫度為40°C及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘管處于全導(dǎo)通時可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。IFt?2?如果正弦半波電流的最大值為Im,則普通晶閘管IF為1A—1000A。(4)維持電流IH在規(guī)定的環(huán)境和控制極斷路時，晶閘管維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。晶閘管型號及其含義導(dǎo)通時平均電壓組別共九級,用字母A~I表示0.4~1.2V額定電壓,用百位或千位數(shù)表示取UFRM或URRM較小者額定正向平均電流(IF)（晶閘管類型）P--普通晶閘管K--快速晶閘管S--雙向晶閘管晶閘管KP普通型如KP5-7表

8、示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。19.2可控整流電路19.2.1可控整流電路1.單相半波可控整流電路(1)電阻性負(fù)載u<0時：若uG=0，晶閘管不導(dǎo)通，u<0時:晶閘管承受反向電壓不導(dǎo)通,uO=0,uT=u，故稱可控整流。控制極加觸發(fā)信號，晶閘管承受正向電壓導(dǎo)通，?uuoRL+–+uT+––Tio?tO工作原理?t1?2?u2<0時:可控硅承受反向電壓不導(dǎo)通即：晶閘管反向阻斷加觸發(fā)信號，晶閘管承受正向電壓導(dǎo)通?tOu2>0時:?tO?tO接電阻負(fù)載時單相半波可控整流電路電壓、電流波形??控制角?t1??tO?t22??tO導(dǎo)通角整流輸出電壓及電流的平均值由公式可知：改變控制

9、角?，可改變輸出電壓UO。(2)電感性負(fù)載與續(xù)流二極管當(dāng)電壓u過零后，由于電感反電動勢的存在，晶閘管在一段時間內(nèi)仍維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔谩?uuOR+–+uT+––T???LeL?在電感性負(fù)載中,當(dāng)晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)通時，電感元件上產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電勢(極性如圖)，電流不能躍變，將由零逐漸上升(見波形)。?tO?tO?t1??tO?t22??tO??工作波形u>0時：D反向截止，不影響整流電路工作。u<0時：D正向?qū)?晶閘管