4-电力电子器件

电力电子技术1.电力电子技术的内容电力电子学,又称功率电子学(PowerElectronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。变换器共有四种类型：交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。1.根据开关器件是否可控分类(1)不可控器件：二极管VD是不可控器件。(2)半控器件：普通晶闸管SCR是半控器件。(3)全控器件：GTO、BJT、功率MOSFET、IGBT等。2.根据门极(栅极)驱动信号的不同(1)电流控制器件：驱动功率大，驱动电路复杂，工作频率低。该类器件有SCR、GTO、BJT。(2)电压控制器件：驱动功率小，驱动电路简单可靠，工作频率高。该类器件有功率MOSEET、IGBT。3.根据载流子参与导电情况之不同，开关器件又可分为单极型器件、双极型器件和复合型器件。(1)单极型器件功率MOSFET。(2)双极型器件二极管、SCR、GTO、BJT。(3)复合型器件IGBT，是电力电子器件发展方向。电力电子器件中电压，电流额定值从高往低的器件是SCR、GTO、IGBT、BJT和功率MOSFET。工作频率从高往低的器件是功率MOSFET、IGBT、BJT、GTO和SCR。1.1功率二极管1.功率二极管的结构2.功率二极管的工作原理由于PN结具有单向导电性，所以二极管是一个正方向单向导电、反方向阻断的电力电子器件。•功率二极管的伏安特性1.2晶闸管晶闸管(Thyristor)就是硅晶体闸流管，普通晶闸管也称为可控硅SCR,普通晶闸管是一种具有开关作用的大功率半导体器件。目前，晶闸管的容量水平已达8kV／6kA。1.晶闸管的结构晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。常见晶闸管的外形有两种：螺栓型和平板型。晶闸管的结构和等效电路如图1-4所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。(1)欲使晶闸管导通需具备两个条件：①应在晶闸管的阳极与阴极之间加上正向电压。②应在晶闸管的门极与阴极之间也加上正向电压和电流。(2)晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。(3)为使晶闸管关断，必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有用使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。2.双向晶闸管双向晶闸管不论从结构还是从特性方面来说，都可以看成是一对反向并联的普通晶闸管。在主电极的正、反两个方向均可用交流或直流电流触发导通。第三节晶闸管电路应用实例晶闸管在电工设备中的应用，大致分为可控整流、无触点开关、交流调压、逆变与变频几大类。1.无触点开关让晶闸管工作在全导通和截止两种极限状态，用微弱信号去迅速接通和切断大电流胡电子开关。用在交流电路中的叫做交流无触点开关，用在直流电中的叫做直流无触点开关或直流断续器。•工频可控整流器•单相半波可控整流器图和工作波形(电阻性负载)2.2单相半波可控整流器2.基本数量关系(1)直流输出电压平均值Ud与输出电流平均值Id直流输出电压平均值Ud:输出电流平均值Id:2cos145.02cos1π2dsin2π21222dUUttUU2cos10.452ddRURUI(2)输出电压有效值U与输出电流有效值I输出电压有效值U:输出电流有效值I:π2π2sinπ41d2sin2π2122UttUUπ2π2sinπ412RURUI(3)晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效值单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等，即：π2π2sinπ4122TRUIII22、晶闸管具有（）性。A.单向导电B.可控单向导电C.电流放大D.负阻效应23、单向半波可控整流电路，若负载平均电流为10mA,则实际通过整流晶闸管的平均电流为（）。A.5mAB.0C.10mAD.20mA24、型号是KP100—12G的晶闸管，其额定电流和额定电压应用是（）。A.100A1200VB.100A12VC.12A100VD.1200A12V中级维修电工试题