第1章晶闸管及整流.ppt
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1、1第第1章章 晶闸管及可控整流电路晶闸管及可控整流电路2电子技术的基础电子技术的基础 电子器件:晶体管和集成电路电子器件:晶体管和集成电路电力电子电路的基础电力电子电路的基础 电力电子器件电力电子器件本章主要内容:本章主要内容:概述电力电子器件的概念概念、特点特点和分类分类等问题。介绍常用电力电子器件的工作原理工作原理、基本特性基本特性、主主要参数要参数以及选择和使用中应注意问题。第第1章章 引言引言3引言引言-电力电子器件概述电力电子器件概述41 1)概念)概念:电力电子器件电力电子器件(Power Electronic Device)可直接用于主电路中,实现电能的变换或控制的电子器件。主电
2、路(主电路(Main Power Circuit)电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或控制任务的电路。2 2)分类)分类:电真空器件电真空器件 (汞弧整流器)半导体器件半导体器件 (采用的主要材料硅)仍然一一 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征电力电子器件电力电子器件5能处理电功率的能力,一般远大于处理信息的电子器件。电力电子器件一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件,一般都要安装散热器。一一 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征3)同处理信息的电子器件相比的一般特征:)同处理信息的电子器件相
3、比的一般特征:6通态损耗通态损耗是器件功率损耗的主要成因。器件开关频率较高时,开关损耗开关损耗可能成为器件功率损耗的主要因素。主要损耗通态损耗断态损耗开关损耗关断损耗开通损耗一一 电力电子器件的概念和特征电力电子器件的概念和特征 电力电子器件的损耗电力电子器件的损耗7电力电子系统电力电子系统:由控制电路控制电路、驱动电路驱动电路、保护电路保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路主电路组成。图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2保护电路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二二 应用电力电子器件系统组成应用电力电
4、子器件系统组成电气隔离控制电路8半控型器件(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(全控型器件(IGBT,MOSFET)通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断,又称自关断器件。不可控器件不可控器件(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。三三 电力电子器件的分类电力电子器件的分类按照器件能够被控制的程度,分为以下三类:按照器件能够被控制的程度,分为以下三类:9电流驱动型电流驱动型 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
5、现导通或者关断的控制。三三 电力电子器件的分类电力电子器件的分类 按照驱动电路信号的性质,分为两类:按照驱动电路信号的性质,分为两类:101.1 普通晶闸管普通晶闸管111.1 半控器件半控器件晶闸管晶闸管引言引言1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。1958年商业化。开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。20世纪80年代以来,开始被全控型器件取代。能承受的电压和电流容量最高,工作可靠,在大容量的场合具有重要地位。晶闸管晶闸管(Thyristor):晶体闸流管,可控硅整流器(Silicon Controlled RectifierSC
6、R)12图1-2 晶闸管的外形、结构和电气图形符号a)外形 b)结构 c)电气图形符号1.1.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理外形有螺栓型、平板型和模块型三种封装。有三个联接端。螺栓型封装,通常螺栓是其阳极,能与散热器紧密联接且安装方便。平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3131.1.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理常用晶闸管的结构螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构141.1.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理式中1和2分别是晶体管V1和V2的共基极电流增益;ICBO1和
7、ICBO2分别是V1和V2的共基极漏电流。由以上式可得:图1-3 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型 b)工作原理 按晶体管的工作原理晶体管的工作原理,得:111CBOAcIII222CBOKcIIIGAKIII21ccAIII(1-2)(1-1)(1-3)(1-4))(121CBO2CBO1G2AIIII(1-5)151.1.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理在低发射极电流下 是很小的,而当发射极电流建立起来之后,迅速增大。阻断状态阻断状态:IG=0,1+2很小。流过晶闸管的漏电流稍大于两个晶体管漏电流之和。开通状态开通状态:注入触发电流使晶体管的发射极电流增大以
8、致1+2趋近于1的话,流过晶闸管的电流IA,将趋近于无穷大,实现饱和导通。IA实际由外电路决定。161.1.1 晶闸管的结构与工作原理晶闸管的结构与工作原理阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应阳极电压上升率du/dt过高结温较高光触发光触发光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中,称为光控晶闸管光控晶闸管(Light Triggered ThyristorLTT)。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。其他几种可能导通的情况其他几种可能导通的情况:171.1.2 晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性承受反向电压时,不论门极
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