西安石油大学：《电力电子技术 power electronics technology》课程教学资源（PPT课件）电力电子器件（共五章）

rian s/li yon universl 第1章电力电子器件 第2章整流电路及触发器 第3章直流斩波电路 第4章交流电力控制电路和 交交变频电路 第5章逆变电路

1 第1章 电力电子器件 第2章 整流电路及触发器 第3章 直流斩波电路 第4章 交流电力控制电路和 交交变频电路 第5章 逆变电路

rian s/li yon universl 电力电子技术 多媒体教学软件 电力电子器件部分 2

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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 13半控型器件晶闸管 1.4典型全控型器件 15其他新兴电力电子器件 16电力电子器件的驱动 1.7电力电子器件的保护 18电力电子器件的串联和并联使用

3 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 1.5其他新兴电力电子器件 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1章 电力电子器件

11电力电子器件概述 1.11电力电子器件的概念和特征 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。 电力电子器件有如下特征: 1)电力电子器件处理电功率的能力一般都远大于处理信 息的电子器件。 2)电力电子器件一般都工作在开关状态 3)电力电子器件往往需要信息电子电路来控制 4)电力电子器件一般需要安装散热器

4 1.1.1 电力电子器件的概念和特征 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。 电力电子器件有如下特征： 1）电力电子器件处理电功率的能力一般都远大于处理信 息的电子器件。 2）电力电子器件一般都工作在开关状态。 3）电力电子器件往往需要信息电子电路来控制。 4）电力电子器件一般需要安装散热器。 1.1 电力电子器件概述

1.12应用电力电子器件的系统组成 如图1-1所示,电力电子器件在实际应用中,一般在主电路 是由控制电路,驱动电路和以电力电子器件为核心的和控制电 主电路组成一个系统 路中附加 些电路 以保证电 力电子器 控 检测 件和整个 电路 V 系统正常 控制电路/制 可靠运行 保护K) 电路 电路 驱动 电路主电路 电气隔离 图1-1电力电子器件在实际应用中的系统组成

5 1.1.2应用电力电子器件的系统组成 如图1-1所示，电力电子器件在实际应用中，一般 是由控制电路，驱动电路和以电力电子器件为核心的 主电路组成一个系统。 控 制 电 路 检测 电路 驱动 电路 L R 主电路 V1 V2 保护 电路 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成 在主电路 和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行 电气隔离 控制电路

113电力电子器件的分类 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。 1)根据控制信号可 全控型器件(IGBT, MOSFET 以控制的程度 ——通过控制信号既可控导通又 可控制其关断,又称自关断 器件。 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

6 1.1.3电力电子器件的分类 1）根据控制信号可 以控制的程度 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。 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既可控导通又 可控制其关断，又称自关断 器件。 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

电流驱动型 ——通过从控制端注入或者抽出电流 2)根据控制信 号的性质 来实现导通或者关断的控制。 电压驱动型 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。 单极型 3)根据空穴和内 部导电的情况〈双极型 混合型

7 2）根据控制信 号的性质 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。 电压驱动型 ——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。 3）根据空穴和内 部导电的情况 单极型 双极型 混合型

1.2不可控器件一电力二极管 其结构和原理简单,工作可靠,特别是FRD和SBD,分别 在高频整流和逆变系统,以及低压高频整流的场合有不可替 代的地位。 1.21PN结与电力二极管的工作原理 如图,在N型和P型半导体 结合后构成PN结。由扩散运动 和漂移运动最终达到动态平衡 K 正负空间电荷量达到稳定值, K 形成一个稳定的空间电荷区 OK 二极管的基本原理就在于PN结 具有单向导电性,只有加正电 压才呈低阻态,而加上反向电 图1-2电力二极管的外形、结构和8 压则为截止状态。 电器图形符号

8 其结构和原理简单，工作可靠，特别是FRD和SBD，分别 在高频整流和逆变系统，以及低压高频整流的场合有不可替 代 的地位。 1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 如图，在N型和P型半导体 结合后构成PN结。由扩散运动 和漂移运动最终达到动态平衡， 正负空间电荷量达到稳定值， 形成一个稳定的空间电荷区。 二极管的基本原理就在于PN结 具有单向导电性，只有加正电 压才呈低阻态，而加上反向电 压则为截止状态。 A K A K a) I A K P N J b) c) A K 1.2 不可控器件—电力二极管 图1-2 电力二极管的外形、结构和 电器图形符号

PN结的状态 状态 参数 正向导通反向截止反向击穿 电流 正向火 几乎为零 反向火 电压 维持1 反向火 反向火 阻态 低阻态 高阻态 PN结的反向击穿 中雪崩击穿 中齐纳击穿 中均可能导致热击穿

9 PN结的状态 状态 参数 正向导通 反向截止 反向击穿 电流 正向大 几乎为零 反向大 电压 维持1V 反向大 反向大 阻态 低阻态 高阻态 —— PN结的反向击穿（两种 形式) 雪崩击穿 齐纳击穿 均可能导致热击穿

1.2.2电力二极管的基本特性 1.静态特性 电力二极管的静态特性如 图1-4,当电力二极管承受的正 向电压大于门槛电压Um时 正向电流Ⅰ随正向电压的增大 明显增加,处于稳定导通,当 电力二极管承受反压时,只有 微小恒定的反向漏电流。 图1-4电力二极管的伏安特性

10 1. 静态特性 电力二极管的静态特性如 图1-4，当电力二极管承受的正 向电压大于门槛电压UTO时， 正向电流IF随正向电压的增大 明显增加，处于稳定导通，当 电力二极管承受反压时，只有 微小恒定的反向漏电流。 I O IF UTO UF U 图1-4 电力二极管的伏安特性 1.2.2 电力二极管的基本特性