1、现代电力电子技术讲 稿姚河清2002.7.27概述1.电力电子技术的概念Power Electronics & Conversion technolegy1.1电力电子技术： 电子技术在大功率方面的应用 1.2变流技术： 实现电流供流方式的转换 例如：交流-直流、直流-交流、直流- 直流、交流-交流2.电力电子变流技术的应用与发展2.1电力电子变流技术的应用 例如： 输变电 电力拖动（轧钢、纺织、造纸 等以及其他各种电机的拖动）2.2电力电子变流技术的发展 发展的动力 1）元器件 2）控制技术 3）变流技术3.本课程的教学计划3.1教学学时 2学分3.2教学内容：整流、调压、逆变3.3教学目的
2、：1）功率电子元件及应用 2）各种电路的工作原理分析及应用 3）电路设计 第一章晶闸管11晶闸管(Thrystor)的工作原理1.晶闸管分类及应用1.1普通晶闸管；交-直变换为主，用作逆变、调压、开关等。1.2快速晶闸管；开通与关断速度快，一般用高频率的 逆变、快速开关、调压等。1.3双向晶闸管；可双向道通、用于交流开关、调压。1.4其他晶闸管；可关断晶闸管、特殊门极晶闸管等。2.普通晶闸管的工作原理2.1结构与等效电路（见图13）P2P1N1N1P2N2AKGAGKEARPNPNPN图1-3AKG 2.2晶闸管的工作状态 1）反向截止 2）正向截止 3）正向导通 2.3状态转换 1）正向截止
3、-正向导通 （触发） 条件： AK 加正向电压，同时 GK加触发信号； 2）正向导通-截止（关断）条件： A-K电流为零。1-2晶闸管的特性1.晶闸管的静态特性1.1 VA特性 UDRM正向断态重复电压（可恢复90% UDSM） UDSM-正向断态可恢复电压 URRM 反向断态重复电压（可恢复90% URSM） URSM反向断态可恢复电压 Ub0反向击穿电压 IH正向维持导电电流 IG触发电流DRMUU图1-4晶闸管V-A特性曲线IAUAUDSMUIIIUboRRMRSMHDRMRRMIIIG0G1G2正向导通反向击穿图142.晶闸管的门极VA特性图1-3门极V-A特性可靠触发区IFGMIGT
4、0UGUGTUFGMIG低阻曲线高阻曲线 IGT可靠触发最小电流 UGT可靠触发最低电压 IFGM门极正向峰值电流 UFGM-门极正向峰值电压电压过低，电流过小不能触发；电压过高，电流过大可能烧坏。通常要远小于阳极电压和阳极电流。 使用门极信号应注意：使用门极信号应注意： 1）有效触发（信号的电压、电流、时间要合适） 2）防止干扰 3）提高触发速度3 晶闸管的动态特性图16t1tdiAUAKtrrtgrURRMIRM100%90%P功耗开通损耗通态损耗扩展损耗关断损耗过渡损耗ttt 主要考查参数1）开通时间：）开通时间： tgt= td + tr ； td 延迟时间； tr-上升时间。 2）关
5、断时间）关断时间tg：从AK间施加反向电压开始至恢复正 向阻断所需时间。 tg= trr + tgr trr反向阻断恢复时间 tgr正向阻断恢复时间 通常：tgr要远大于 trr3）动态损耗）动态损耗 ： P损耗=断态损耗 + 通态损耗 + 开通损耗+关断损耗14晶闸管的主要参数1.电压定额电压定额1.1断态重复峰值电压断态重复峰值电压 UDRM 工作于正向断态，重复频率工作于正向断态，重复频率50HZ，过电压连续时间，过电压连续时间10ms，晶闸管能达到的最高峰值电压，晶闸管能达到的最高峰值电压 ；1.2反向重复峰值电压反向重复峰值电压 URRM=90% URSM（反向不重复峰反向不重复峰值
6、值 电压）电压） 晶闸管额定电压取值该管的晶闸管额定电压取值该管的UDRM与与USRM中的最小值中的最小值 1.3 通态电压降通态电压降UTH 2.电流定额电流定额2.1 通态平均电流通态平均电流 IT（AV）-环境温度环境温度40；电阻性负；电阻性负载；单相工频；半波整流；全导通；规定散热条件；稳载；单相工频；半波整流；全导通；规定散热条件；稳 定结温不超过规定值；允许的最大平均电流。定结温不超过规定值；允许的最大平均电流。说明：说明：1）电流导致晶闸管破坏的方式为热破坏。晶闸）电流导致晶闸管破坏的方式为热破坏。晶闸 管的允许承载电流（即额定电流管的允许承载电流（即额定电流IT（AV）是）是
7、 晶闸管工作在确定的散热条件下，晶闸管工作在确定的散热条件下，IT（AV）使使 晶闸管发热达到规定结温。晶闸管发热达到规定结温。 2）与晶闸管的发热量相对应的是电）与晶闸管的发热量相对应的是电流的有效值，而额定电流的计量流的有效值，而额定电流的计量用的是平均值，其他任意条件下用的是平均值，其他任意条件下选择晶闸管额定电流的方法选择晶闸管额定电流的方法 ：先：先将任意条件下的电流平均值转换将任意条件下的电流平均值转换成有效值（乘波形系数成有效值（乘波形系数Kf )，然后，然后将该有效值转换成规定条件的平将该有效值转换成规定条件的平均值（除以均值（除以1.57）。）。 I / I T（AV）= =
8、 1。57IT(AV)=021Imsintdt=Im22IT(AV)IIm2sin2102mmItdtII）（ 其他条件下的其他条件下的 IT（AV ）的计算方法（见表的计算方法（见表15） 通常对晶闸管额定电流的计算有两种形式：通常对晶闸管额定电流的计算有两种形式： 1）已知晶闸管的工作电流波形和电路输出平均电流，）已知晶闸管的工作电流波形和电路输出平均电流， 计算需要多大额定电流的晶闸管。计算需要多大额定电流的晶闸管。 2) 已知晶闸管额定电流和工作电路，求电路允许输出已知晶闸管额定电流和工作电路，求电路允许输出 最大平均电流。最大平均电流。 注意：注意：计算额定电流时必须考虑安全系数。计
9、算额定电流时必须考虑安全系数。2.2 维持电流；维持电流；I H2.3 擎住电流；擎住电流；I L2.4 断态重复峰值电流断态重复峰值电流IDRM（正向）；（正向）；IRRM（反向）。也（反向）。也 称称为漏电流为漏电流dfIIk 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值电路输出的电流平均值电路输出的电流平均值57. 1/)(fdAVTkII3.门极定额门极定额3.1门极触发电流门极触发电流IGT3.2 门极触发电压门极触发电压UGT注意注意：门极定额取最小值，触发讯号必须大于该值才能门极定额取最小值，触发讯号必须大于该值才能 有效触发有效触发4.动态参数动态参数4.1断态电压临界上升速度
10、断态电压临界上升速度du/dt4.2通态电流临界上升速度通态电流临界上升速度di/dt 5.额定结温额定结温Tjm 15其他相关器件介绍1.二极管二极管1.1普通整流管普通整流管1.2快速整流管快速整流管1.3快恢复二极管快恢复二极管1.4肖特基二极管肖特基二极管2.晶闸管晶闸管2.1快速晶闸管快速晶闸管2.2双向晶闸管双向晶闸管注意：注意：双向晶闸管的电流定额用有效值表示。双向晶闸管的电流定额用有效值表示。iu2.3逆导晶闸管2.4多管封装管第二章第二章 单相可控整流单相可控整流21单相半波整流单相半波整流1.电阻性负载电阻性负载2cos145. 0sin22122UttdUUdRUIdd/
11、u2uTRudu1idu2t2 2ugttid udtuT2.电感性负载电感性负载2.1没有续流管（导通角延长）没有续流管（导通角延长）2.2有续流管有续流管负载角负载角负载角越大；导通角延长越长负载角越大；导通角延长越长Rltg122单相桥式整流单相桥式整流1单相全控桥单相全控桥1.1电路结构电路结构1.2电阻性负载电阻性负载整流输出平均电压和整流输出平均电压和平均电流的计算：平均电流的计算：（是半波整流的（是半波整流的2倍）倍）u2Rudu1idi2VT1VT4VT3VT2abud idtttut1-4i2图2-4单相挢式全控整流电路，电阻负载的电路及其波形a)b)c)d)2cos1/9
12、. 02cos19 . 0sin21222RURUIUttdUUddd每只管子承受的工作电流平均值为1/2 Id；每只管子承受的最高工作电压为： 正向： U2 反向：交流侧电流的有效值： 2222U2sin21)sin2(12222RUtdtURI在电源设计时要参考变压器的视在功率，即； S=U2*I2整流器输出电压的有效值：整流器输出的有功功率：电源的功率因数：2sin21)sin2(1222UtdtUU2sin21222UIUIP2sin21cossp控制角 0306090120150180Ud/U20.90.840.676 0.450.226 0.060I2/Id1.111.171.33
13、1.571.972.82-cos10.987 0.898 0.707 0.427 0.170表21单相全控桥整流的电压、电流比及功率因素与控制角的关系上述这些参数对整流器的设计是有用的。控制角越小，电源的工作效率越高，但控制性能变差。在设计时必须综合考虑13电感性负载由于电感的作用会延长晶闸管的导通时间，根据负载角的不同延续时间不同。 以维持负载电流连续为前提，晶闸管的道通角为180，即（+）则整流输出电压的平均值: cos9 . 0sin2122UttdUUd的调节范围为090晶闸管承受的最高正、反向电压为2U2。如果电感足够大，输出电流的脉动可忽约不计，输出电流为恒定直流，变压器的输出电流
14、为对称方波。30即： I2/Id=1每只管子的电流有效值： IT=1/2Id=0.707Id如果电感较小，电流不连续 则：)cos(cos2sin2122UttdUUdu2Rudu1idi2VT1VT4VT3VT2abL图2-6单相挢式全控整流电路，电感负载的电路及其波形udttIdiT2-3ttttiT1-4i2uT1-414.反电动势负载分析晶闸管最小触发角： min停止导电角min2122sinUEtdEtUEUd)sin2(12 反电动势使晶闸管的导通角 减小，容易造成 电流断续。常用的如电机的电枢供电，电流断续会有两方面的不利影响： 1）电磁力矩降低。当机械力矩增大时速度会降低。即：
15、机械特性变软。 2）低速运行电流冲击加大，会引起很大的换相火花。 常用解决办法：串联平波电抗器。 平波电抗器的设计方法： 设计原则：维持最低运行速度稳定，额定机械负载工作状态下的电流连续。udidLREEtURidtdiLd)sin(22 当一定负载低速运行电流连续时，电枢电阻很小，为了简化运算，可忽略。简化后求解，得：cos2)cos(cos2)(2ttLUtid 该方程即为维持电流连续的最小电流求解方程。最小连续该方程即为维持电流连续的最小电流求解方程。最小连续电流是触发角的函数。电流是触发角的函数。电路等效： 回路方程：最小连续电流的平均值：2. 单相半控桥2-1.电路原理图2-2.电感
16、性负载时有无续流二极管的工作效果分析：02minsin22)(1LUtdtiIdd 由上式可设计电感。 其他整流器可依此方法进行计算。u2u1i2VT1VD4VT3VD2abRudidVDR1）无续流二极管 存在问题：失控现象。 解释：当触发角很小时，如果突然停止触发，假设此 时是VT1-VD4之间道通，在停止触发后，电感的反感电势续流维持其道通，U2反向后还可以经VT1-VD2续流，当U2再换到正向时，由于VT1未关断，不经触发即可持续导通，既出现了失控。2）有续流二极管3）另一种半控桥u2u1i2VT1VD4VT2VD3abRudid2-3.反电动势负载：23.单相可控整流的触发控制1.对
17、触发控制的要求1-1同步1-2.移相 能达到所要求的移相工作区间1-3.触发 有效触发晶闸管的脉冲（电压、电流、时间）2.单结晶体管式触发电路2-1.单结晶体管b1b2eUeUpUvPIpIvvIe(a)符号（C）特性曲线b1b2eIeRb1Rb2EeEbbs(b)试验电路AVD当UeUA时，二极管反向，只有很小的漏电电流。当:bbbbbbbAEERRRUUe211 VD两端的电压为零，达到临界点P，对应的UP为峰点电压；IP为峰点电流。 当UeUa时，二极管正向导通，随电流Ie的增加，电阻Rb1减小，行成P点至V点的负阻区，电流急剧增加。 V点电压UV相当于二极管的正向压降，V点为谷点。 当
18、Ue再次低于UV时，e与b1之间恢复阻断。 每只单结晶体管的值不同，较多的在0.75左右。2-2单结晶体管自激振荡器ReR2EcR1u0(a)(b)Ucu0UpUvvVppIUEIUEeR)11ln(R11eCTf振荡频率：物理意义：1）阻断状态时，UC的充电要能达到UP 以上，以使eb1开通。 2）开通状态时，UC放电能底于谷点电 压，以使eb1之间灰复阻断。振荡条件：2-3单结晶体管式触发电路1）输出与控制电路有共零线：2).输出与控制电路隔离u1u2uzvsRRCb1b2ecsVT1VT3VD2VD4Rttttusuzucub1ud0000第三章 三相可控整流31 三相半波可控整流1。电
19、阻负载1。1电路原理 （共阴接法）AUBCWVUT3UT2UT1Rudid0tuwv00tt0tugudiT10tuT11.2典型波形 = 0时波形 （见上图） 最大导通角：=2/3 最大移相范围： /6 最小电流连续触发角： =30 ；当 30电流断续。 半波整流对变压器工作状态的影响：次极绕组通过直流脉动 电流。 1.3参数计算 整流输出平均电压ud: a) 当 30 时，各相工作区/6+ 5/6+ =0点的确定：自然换相点，t=/6cos17. 1sin232122656UttdUUda) 当 30 时，各相工作区/6+ 5/6+ b) 当 30 时，各相工作区/6+ )6cos(1 6
20、75. 0sin2321226UttdUUd输出负载电流平均电流：Id=Ud/R相电流有效值：65622)sin2(2130tdRtUIT622)sin2(2130tdRtUIT1电阻性负载2电感负载3电阻电感负载4电阻负载时IT/Id06030901201500.40.81.2IT/Idud/U21.171234三相半波可控整流Ud/U2与 的关系 上图反映了随着的增大，变压器的工作效率降低；晶闸管的容量要增大。 晶闸管承受的最高反向电压 ：URM=23U2（线电压峰值）； 最高正向电压 ：UFM= 2U2AUBCWVUT3UT2UT1RudidLeL2.电感性负载加电感是为了减小输出电流脉
21、动。假设： 加电感后电流脉动很小，各波形示意如图：0tuwv0tudiu0tug0t0t0tiwivUT1tcos17. 1sin22322656UttdUUd当=90时，Ud=0,此时输出电压正负半周相等。 的移相范围为：090 输出电流为：晶闸管电流的有效值与相电流相等 即： I2=IT=Id/3=0.577Id晶闸管承受的电压为线电压峰值，即： UFM=URM=23U2如果电感较小，当较大时，不能满足电流连续要求，则电流断续。RUdId3.共阳接法 工作原理和共阴接法相同，输出负电压三相半波整流存在问题： 变压器次极绕组的电流为直流，很容易造成铁芯磁饱和。3-2三相全控桥1.电路工作原理
22、RudidABCUT1UT3UT5UWVUT4UT6UT2eLLUuUvUwUuvUvwUwu0tuuvuvwuwu00u2udit1uT1uuwuvuuwvttUuUvUw理解方法1：正负两组三相半波的串联 cos34. 2cos17. 1*2Ud理解方法2：电路工作过程分析三相交流相电压与线电压的矢量关系如图。同步点：自然换相点（即=0点）当=0时的工作过程分析： 正向输出组（共阴极组）和反向输出组（共阳极组） 都是自然换相点换相，在一个周期内VT1VT6轮流道通，可分为6个工作区，每个工作区内同时有两个晶闸管导通。输出波形：ud为三相相电压的外包络线。或者是6相线电压的上包络线。要点：要
23、点：1）同时要求两管导通，共阳极组和共阴极组各 有一个晶闸管导通 2）触发要求：宽脉冲触发或者双窄脉冲触发 原因：同时两管导通，当其中一个换相时， 必须对换相管加脉冲，同时没有换相 的那个晶闸管也要加脉冲触发， 否则，当换相管换相时，有可能造成 回路电流断流 ，使没有换相的晶闸管 关断。 宽脉冲的宽度必须大于60，宽脉冲的发生 电路比较复杂，通常用双窄脉冲触发较多。 3）晶闸管承受的最高正、反向电压为线电压的 峰值。 4）输出电压的脉动频率为相电压频率的6倍频。 脉动电压幅值为：)231 (22lU2.0工作原理分析2.1电阻性负载 =30分析脉动为：0tuuvuvwuwu0u2uduuwuv
24、uuwvUTllUU2222)30sin1 (2 =60临界断续点0tuuvuvwuwu0u2uduuwuvuuwvUT1当 060时：cos34. 2cos35. 122UUUld 当 60 120时：)60cos(1 34. 2)60cos(1 35. 122UUUld2.2电感性负载 以电流连续为前提，则每只晶闸管的导通角始终 为120 移相范围：0 90流过晶闸管的电流有效值为：cos35. 1sin623122323ldUttdUUdddTIIII577. 0332212流过晶闸管电流平均值电流平均值：当变压器次极为Y型接法时，相电流有效值相电流有效值：dTAVTIII368. 05
25、7. 1)(ddIII816. 0322 为三相半波整流的 倍，每相的工作时间为三相 半波的两倍。 晶闸管最高承压为线电压峰值，与三相半波相同。2 3-3整流电压的谐波分析谐波的概念：谐波的概念：周期性非正弦函数可用付理叶级数分析。 即：一个非正弦函数可分解为无穷次正 弦 函数的合成，各次正弦函数既为该非 正弦函数的对应次谐波。研究目的：研究目的：1）比较各种整流电路的工作效果，选择合 适的整流形式（通常要提高最低次谐波的 频率，降低最低次谐波的幅值。 2）正确设计滤波电路。 3）降低高次谐波对变压器一次侧的影响，减 小对电网的影响。1.多相整流电路的一般分析1.1当 = 0时 设：相数为M，
26、输出电压以 2/M周期重复，将一个 周期作付氏变换。Udmmm22tUudcos220进行付氏变换付氏变换的一般表达式：mknmknnnddtnbtnaUucossin00整流输出电压波形以纵座标对称，其函数为偶函数，付里叶展开为与余弦函数，即：式中： mknnddtnbUucos00mmUttdUmUmmdsin2cos21220Ud0既为直流输出平均电压bn为n次谐波的幅值，则：式中: nt-角频率1cos2coscos21202nkUttdntUmbdmmn253cos1cos21 200tnnkUumkndd分析式3-25可得到如下结论：1）m相整流电压只有以m为整数倍的谐波（如：三相
27、半 波整流只有3、6、9倍频谐波；2）相数越多，谐波频率越高；对应各次谐波的幅值越小。纹波因数 : 定义： UR-纹波电压式中：U-为整流输出电压的有效值。u0dRuUU21202212)()(dnRUUUUu 可作为整流输出电压的脉动评价， 越大，脉动越严重。u1.2 0分析 an和bn的求解可依P51式3-39和3-400sinsin212ttdntUmamnmknnnddtncUu)cos(00)cos(00nmknnnddtndIi 式中：nnnbatg1-移相角Rlntgn1-负载角 3-4变压器漏抗对整流电路的影响 变压器的漏感： 电磁藕和的漏磁引起。在变压器二次侧相当 于各相串联
28、了一个电感，对整流输出电压 电流的影响如图所示。在换相期间，关断相 和开通相会存在一个电流衰减和电流递增的 重叠道通区： -换相重叠区uvwLRVT1VT2VT3iuiviwikTiuiviwiwuditt 区内的电压为导通两相电压的平均值。漏感越大，角越大；电流越大， 角越大；角越大， 角越小。影响：1）限制短路峰值电流，减缓电流变化速度。 2）导致波形畸变，影响电网。 3）的调节范围减小，功率因素降低。通常设计要减小漏感，但漏感也有特殊应用，例如：电焊机。3-5可控整流电路带反电势负载经常应用于带电机负载，充电器等。略3-6大功率可控整流电路1.双反星型带平衡电抗器可控整流电路1.1电路原
29、理图1.2电路原理分析要求： 1）各相参数相同 2）两组三相半波整流并联输出，同时有两管导通， 提高电 源的电流输出。问题：并联两相的瞬时电压不等，不能保证两管同时道 通。TLpVT2VT6vwVT1VT3uvVT5VT4RLuduwipi1i2iduuvwuvwt00解决办法：加平衡电抗器。作用原理：两组三相半波的 =0点都是自然换相点， 各自的工作原理与三相半波整流相同。 在接入平衡电抗器之后，以=0的工作情况分析： LudVuipi1i2Lp0+-+-1/2upVT6RidVT11/2upud1ud2 在正向组=0点，假设此时V相已经导通，能否实现两相同时导通的关键在于此时，V相导通的同
30、时，U相是否能触发导通。 如图V相电流流过平衡电抗器下部绕组，有1/2UP压降由于平衡电抗器的自感作用，会得到如图上+下-的感应电势UP，只要能满足：VT1即可获得正向导通条件，加上触发即可导通。Ud1和Ud2的电位差由平衡电抗器承担，即：vpuuuupdpduuuu212121 输出电压：ud=1/2(ud1+ud2) 输出电流：id=i1+i2 此种工作状态一直维持到反相组换相，在反向组的自然换相点，将有v相和w相的换相，各波形如下图：ududuvwuvwtupt0时的波形分析：时的波形分析：ududuvwuvwto30ududuvwuvwto60ududuvwuvwto90电源的输出特性
31、：电源的输出特性：当当=0时如下图时如下图1.35U21.17U2UdIdminIdLp的电感量与Idmin的关系：输出参数：min232dpIULcos17. 12UUdddTIIII289. 03212输出特点：输出特点：1）输出电流大；脉动小； 2）没有直流磁化问题（和6相半波相比） 3）变压器二次绕组的电流容量比六相半波整 流大一倍； 4）晶闸管的电流容量提高。 平衡电抗器的应用为不同相位的整流电路提供了并联运行的方法，可保持电流分配的平衡。2.十二相整流电路 略第四章.有源逆变电路1.逆变的概念 交流-直流 整流 直流-交流 逆变 逆变交流输出负载为无源-无源逆变 逆变交流输出负载为
32、同频交流电源-有源逆变2.有源逆变的发生条件 整流的调节范围确定原则： 从=0 到 Ud=f (max)=0 确定的max范围。 当max时， Ud为负值。 但当负载具有反方向直流电源时，负载直流电源可以维持晶闸管导通，此时晶闸管的工作状态相当于将负载的直流电源逆变成交流反送到交流电源，此种工作状态即称为有源逆变。有源逆变。3.有源逆变的应用 直流电动机停机、换相运行 高压直流输电等第五章 交流调压与斩波电路5-1交流调压电路 利用晶闸管控制其导通时间，调节交流输出电压的方法。1）单相调压电路i0u0Ruii0u0Rui2uit2.三相调压电路2.1有零线接法各相自成回路2.2无零线接法uwv
33、NwvuVT1VT2VT3VT4VT5VT62.2无零线接法=0(相电压过零点）VT2VT1VT3VT4VT5VT6VT1 触发和三相桥式整流相比： 同步点不同，要求在相电压 过零点（三相桥式在自 然换相点）； 触发脉冲形式相同，要求宽脉冲或双窄脉冲触发。2.3负载三角行接法uLVT2VT5vwRVT1VT4VT3VT6RRLL5.2斩波电路（直流调压） 通过晶闸管或其他元件的通断，调节直流电压输出。根据调制方法可分为： 1）脉宽调制型。周期（频率）不变，通过改变脉 冲宽度，改变电压输出。 2）频率调节型。脉宽不变，通过改变频率，改变电压输出。1.降压崭波电路MEVTVDLR+-igU0U0i
34、0ttt2.升压斩波电路ERigU0U0i0tttLVTVDCEi03.复合斩波电路 1）电流可逆斩波电路(P118图5-18） 输出电压不改变方向，电流方向可变； 2）桥式可逆斩波电路 (P118图5-19） 输出电压和电流方向都可变； 3）负载电流多重化斩波电路(P119图5-20） 4.晶闸管的换流 晶闸管的换流要求 晶闸管的换流电路LVT1CEVT2VD1VD2LM第六章晶闸管的串并联与保护6.1晶闸管的串并联1.串联 目的：提高工作电压。 问题：各管的降压不均匀。 解决办法：1）用参数一致的晶闸管； 2）采用电阻均压； 3）使用时留有余量RR2.并联 目的：提高工作电流。 问题：各管
35、的分流不均匀。 解决办法：1）用参数一致的晶闸管； 2）采用均流电路；（见P125图6-2） 3）使用时留有余量6.2晶闸管的保护1）过电流保护 快速熔断器保护；快速短路器保护；反馈保护等。2）过电压保护 过电压现象：雷电、合闸与分闸、晶闸管触发与关 断等。 常用保护措施：并联压敏电阻、并联R-C电路。3）电压上升速度与电流上升速度的保护 电压上升速度限制：并联电容 电流上升速度限制：串联电感一种电路 第七章 自关断器件71几种自关断器件介绍一.电力晶体管1.工作原理（与一般晶体管工作原理相同）2.通常应用 模拟工作状态与开关工作状态u0uiusT3.应用特点3.1.模拟运行：运行速度较快，控
36、制失真小。 晶体管承受很大的功率损耗，不利于大功 率输出控制。3.2.开关运行：晶体管轮流工作在饱和导通和截止状态。 控制原理：调频控制，PWM控制uouiuiuo调频控制PWM控制4.达林管顿特点：提高放大倍数，减小控制电流Ibbec二.电力场效应管单个场效应管符号 （耗尽型：零电压导通，正负电压截 止 增强型P沟道：正电压导通负电压截 止 增强型N沟道：负电压导通正电压截 止）GSDGSDN型沟道P型沟道栅极漏极源极电力场效应管为多个场效应管的并联电力场效应管的开关特性：RLRFRGRSiDuGSup+UEup0tuGsugspUTiD00tttd(on)trtd(off)tf三.可关断晶
37、闸管（GTO）1.GTO的结构和工作原理 电力GTO是多个单GTO的并联结构，单个GTO的工作原理如下：AKG符号AKGIAP1N1P2a2Ika1IAIGIk原理图a1La2(N1P2N2)a1(P1N1P2)Ie0特性1-a1 上图中a1是P1N1P2的电流放大倍数; a2是N1P2N2的电流放大倍数.随Ie不同而改变关系曲线如上图。根据原理图有： IA=a1IA+a2Ik-(77)当门极电流为零时： IA=Ik即： a1+a2=1 是GTO的临界饱和条件，当 a1+a21时GTO导通，反之GTO不能维持 饱和导通而关断 .当门极电流不等于零时GTO的阴极电流 IK=IA+IG-(78)门
38、极的控制增益为：(将式7-8带入式7-7）)(1/212aaaIIgA 当当 IG0 时时 为关断增益。为关断增益。为提高关断控制灵敏度，要求： 1）增大a2； 2）减小a1+a2，使 a1+a2接近于1 因此GTO的两个晶体管电流放大系数之比a2 / a1比普通晶闸管要大。 GTO导通时接近临界饱和点，管压降比普通晶闸管大2）GTO的开关特性IG0tiA0tIAIA90%IA10%tdtrtstfttt0t1t2t3t4t5t6ts-储存时间tf-下降时间tt-恢复时间四.绝缘栅极双极型晶体管（IGBT） Insulated Gate Bipolar Transistor 电力晶体管饱和压降
39、低，载流密度大，但驱动电流大； 电力场效应管驱动功率小，开关速度快，但导通压降 大， 载流密度小。上述两者都有不足。 IGBT综合两者的优点，避免了两者的不足。GCEGCE符号原理图72 驱动电路驱动电路的作用：控制回路与电力工作回路的连接 连接电路需要解决以下问题： 1.控制回路与电力工作回路的隔离。 2.保证主回路的稳定、可靠运行。 3.缩短开关时间、减小开关损耗。不同电力开关器件对驱动电路的要求不同一.电力晶体管驱动电路1.驱动要求驱动要求：1）.电气隔离2）.能提供足够大的电流；3）.提供的控制信号波形要求；4）.符合主电路的控制要求（主电 路的工作状态有时要求电力晶ibt0 体管工作
40、在饱和状态，降低管压降，减少损耗；有 时要工作在临界饱和状态，在关断控制时可以缩短储 存时间）5）.具有较强的抗干扰能力，及相应的保护。2.驱动电路驱动电路常用电路有：分立元件电路、集成电路P148图720为常用光电隔离，P149图721为一种电力晶体管的驱动电路。 电力电子 工作电路形式很多，对驱动电路的要求各不相同，因此驱动电路也有很多，可以根据电路要求选择或设 计 常用电力晶体管集成驱动芯片型号：HL201A；HL202A；EXB356/357二.IGBT驱动 （与场效应管的要求相近） 电压控制元件，静态输入电流很小。和电力晶体管的驱动要求相比，有以下特殊点：1.对驱动电流的要求。尽管I
41、GBT 驱动要求的静态电流 很小，但由于栅极输入电容的存在，要提高开关速度 提高电压的上升速度，就必须要有较大的充放电电流。2.抗干扰要求 IGBT的驱动电流小，很容易受干扰。常用驱动电路：EX840/841；M57959L/57962L等过流保护54623191514EXB840电路原图：1234569141520v0v驱动信号 第八章.无源逆变一.逆变主电路结构1.桥式2.半桥3.单端4.三相二.主电路工作型式1.电压型2.电流型3.谐振型S1S2S3S4S1S2C1C2输出连接方式：串联、并联三.控制方式1.变频变压控制（VVVF） 输出电压与逆变频率同步变化，常用于交流电机调速控制。2.恒频恒压控制（CVCF）3.PWM控制（pulse width modulation)原理：以SPWM为例 tt
