电力电子器件教学课件PPT 50页

'第19章电力电子器件19.1电力电子器件19.2可控整流电路*19.3逆变电路*19.4交流调压电路*19.5直流斩波电路 19.1电力电子器件19.1.1电力电子器件的分类(1)不控器件：导通和关断无可控的功能KAD(二极管)KGA普通晶闸管(2)半控器件：通过控制信号只能控制其导通而不能控制其关断(3)全控器件：通过控制信号既能控制其导通又能控制其关断KGAGTOBCEGTRGDSVDMOSGCEIGBT 19.1.2晶闸管晶闸管，又称可控硅整流器（SiliconControlledRectifier），是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。主要用于可控整流、逆变、调压及开关等方面。常用晶闸管的外形图螺栓型晶闸管塑料封装型晶闸管平板型晶闸管 一、基本结构K阴极晶闸管是具有三个PN结的四层结构。PPNN阳极A控制极G结构图KGA符号外形 二、工作原理KGA+-+-SKGA+-+-SKGA+-+-S开关S断开，灯不亮开关S合上，灯亮这时再断开S，灯仍亮无论开关S断开还是合上，灯都不亮 1、晶闸管的等效电路KP1P2N1N2AGKP1P2N1N2AGP2N1AT1P1N1P2T2N2N1P2GKIAIGIK晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合 2、晶闸管导通原理12IGIGIC2AT1T2GK+-UAR+-UGIB2IB1形成正反馈过程在极短时间内使两个晶体管均饱和导通，此过程称触发导通。 2、晶闸管导通原理+-UGIB212IGIGIC2AT1T2GK+-UARIB1形成正反馈过程晶闸管导通后，去掉UG，依靠管子本身的正反馈，仍可维持导通状态。 3、晶闸管导通条件：(1)晶闸管的阳极和阴极之间加正向电压；(2)控制极电路加适当的正向电压(一般为正触发脉冲信号)。晶闸管导通后，控制极便失去了控制作用。4、晶闸管关断条件：必须使阳极电流减小到不能维持正反馈过程。或者将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。 三、伏安特性——在不同的IG值的条件下，IA=f(UA)OUAIA+_正向特性IG0=0UBO正向转折电压导通(导通压降约1V左右)IG1IG2IG2>IG1>IG0反向特性URRMUBR+_反向转折电压IH维持电流 四、主要参数UDRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。反向重复峰值电压控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元件上的反向峰值电压。URRM：正向平均电流环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。IF：IH:维持电流在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。 五、晶闸管的型号和含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位数或千位数表示，取UDRM或URRM较小者额定正向平均电流(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KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700V的晶闸管。 练习：(3)晶闸管导通后，其正向压降约等于（）。(a)0(b)0.3V(c)1V左右c(1)晶闸管导通后，若仅使控制极电流消失，则晶闸管处于（）。(a)导通状态(b)关断状态(c)放大状态a(2)晶闸管导通后，其阳极电流的大小（）。(a)受控制电流控制(b)受控制电压控制(c)不受控制极控制，即控制极失去控制作用c(4)一般晶闸管导通后，要使其阻断，则必须（）。(a)去掉控制极的正向电压(b)使阳极与阴极之间的正向电压降到零或加反向电压(c)控制极加反向电压b 19.2可控整流电路整流电路：将交流电能变换成直流电能的电路。可控整流电路：将交流电能变换成可调的直流电能。常见的可控整流电路单相可控半波整流单相可控桥式整流三相可控桥式整流 19.2.1可控整流电路(1)电路结构当u>0时：若uG=0，晶闸管不导通当u<0时:晶闸管承受反向电压不导通控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通一、单相半波可控整流电路1、电阻性负载uuoRL+–+uT+––Tiouo=0，uT=uuo=u，uT=0uo=0，uT=u，故称可控整流。 (2)工作原理t12当u<0时:晶闸管承受反向电压不导通tO当u>0时:tO在(0~t1)，uG=0，晶闸管不导通uo=0，uT=u在t1，uG加触发脉冲，晶闸管导通uo=u，uT≈0uo=0，uT=uuuoRL+–+uT+––Tio (3)工作波形ttOttOuGuOuTuO控制角t1t22导通角=180- (4)整流输出电压及输出电流的平均值改变控制角，可改变输出电压Uo当=0时，Uo=0.45U，即为单相半波整流电压。当=180时，Uo=0，晶闸管全关断。输出电压的范围为：0180- 3、电感性负载(接续流二极管)(1)电路结构uuoR+–+uT+––TioLDiD当u>0时：D反向截止，不影响整流电路工作。当u<0时：D正向导通,晶闸管承受反向电压关断，电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流)，负载电压uo波形与电阻性负载相同(见波形图)。 (2)工作波形(加续流二极管)iLttOtO2tO 二、单相半控桥式整流电路1、电路结构iO+–+–T1T2RLuOD1D2au+–b2、工作原理T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通。T1、T2晶闸管D1、D2晶体管aRLD2T1b(1)在电压u的正半周时此时，T2和D1均承受反向电压而截止。电流通路为： iO+–+–T1T2RLuOD1D2au+–b(2)在电压u的负半周时T2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通。电流通路为：bRLD1T2a此时，T1和D2均承受反向电压而截止。 3、工作波形ttO2tOuuGuOT1、D2导通T2、D1导通 4、整流输出电压及输出电流的平均值 例2有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电压Uo=0~180V，电流Io=0~6A。现采用单相半控桥式整流电路，试求变压器二次侧电压的有效值，并选择整流器件。解：二极管选用2CZ56F(3A，400V)。当晶闸管的控制角=0时，Uo=180V考虑电网电压波动、管压降以及导通角等原因，通常加大10%左右，即U=220V晶闸管、二极管的平均电流： 晶闸管选用KP5-7型。晶闸管最高正向电压UFM、最高反向电压URM、二极管承受的最高反向电压均为选取晶闸管的UDRM和URRM，通常取 *19.2.2晶闸管的保护主要缺点：晶闸管承受过电压、过电流的能力很差一、晶闸管的过电流保护快速熔断器保护过电流继电器保护过电流截止保护1、快速熔断器保护与晶闸管串联接在输入端~接在输出端有三种接入方式 2.过流继电器保护3.过电流截止保护在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时，使晶闸管导通角减小或停止触发。 二、晶闸管的过压保护阻容保护CR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。RCRCCR~RL晶闸管元件的阻容保护输入端的阻容保护输出端的阻容保护 19.2.2单结晶体管触发电路一、单结晶体管晶体管的触发电路：产生触发电压的电路。1、外形(又称双基极二极管)单结晶体管的常用型号有BT31、BT33、BT35等。 N型硅片B1B2第二基极第一基极PPN结发射极E欧姆接触电阻B2EB12、结构与符号3、等效电路B2B1ERB2RB1 4、工作原理测量单结晶体管的实验电路B2B1UBBEUE+_+_RP+_+_IEB2B1UBBEUE+_+_RP+_+_IERB2RB1–分压比，约为0.5~0.9(1)当UE<UBB+UD=UP时PN结反偏，E与B1之间的不能导通，IE很小(2)当UE≥UBB+UD=UP时PN结导通，IE迅速增大UP：峰点电压 5、单结晶体管的伏安特性oIEUEPUP峰点电压UP=UBB+UDIp峰点电流IV谷点电流UV谷点电压V负阻区截止区饱和区 6、单结晶体管的特点(1)UE