电力电子技术 第二版 电力电子技术.ppt

1.电力电子技术的发展概况 （1）电力半导体器件 第一阶段是以整流管、晶闸管为代表的发展阶段; 第二阶段是以GTO、GTR等全控型器件为代表的发展阶段; 第三阶段是以功率MOSFET、IGBT等电压型全控器件为代表的发展阶段; 第四阶段是以SPIC、HVIC等功率集成电路为代表的发展阶段，目前正处在发展初期。 （2）电力半导体变流技术 第一阶段是电子管、离子管（闸流管、汞弧整流器、高压汞弧阀）的发展与应用阶段，此时的变流技术属于整流变换，只是变流技术的一小部分。 第二阶段是硅整流管、晶闸管的发展与应用阶段，主要指晶闸管的应用阶段。这一时期，随着整流管特别是晶闸管制造水平的不断提高，半导体变流技术所涉及的应用领域不断扩展. 第三阶段是全控型电力半导体器件的发展与应用阶段，是半导体电力变流器向高频化发展的阶段，也是变流装置的控制方式由移相控制向时间比率控制发展的阶段。 第三阶段的发展是随着全控型器件的发展而逐渐展开的。时至今日，晶闸管应用领域的绝大部分已经或即将被功率集成器件所取代。 只是在大功率、特大功率的电化、电冶电源与电力系统有关的高压直流输电（HVDC）、静止式动态无功功率补偿装置（SVC）、串联可控电容补偿装置（SCC）等应用领域，晶闸管暂时还不能被取代。 2.电力电子技术的应用 （1）整流: 实现AC.DC的变换。 （2）逆变: 实现DC.AC的变换。 （3）变频: 实现AC.DC.AC（AC.AC）的变换。 （4）交流调压: 把不变的交流电压变换成电压有效值可调的交流电压。 （5）斩波: 实现DC.DC（AC.DC.DC）的变换。 （6）静止式固态断路器: 实现无触点的开关、断路器的功能。 1.1.1 晶闸管的结构 阳极A和阴极K，门极G（也称控制极）。 常用的晶闸管有螺栓式和平板式两种外形。 1.1.2 晶闸管的工作原理 晶闸管导通必须同时具备两个条件: （1）晶闸管主电路加正向电压。 （2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。 1.1.3 晶闸管的伏安特性 晶闸管阳极与阴极间的电压 UA 和阳极电流IA 的关系称为晶 闸管伏安特性。 1.1.4 晶闸管的主要参数 1.正向断态重复峰值电压UDRM 2.反向重复峰值电压URRM 3.通态平均电流IV（AV） Kf =电流有效值/电流平均值 4.维持电流IH 和掣住电流IL 5.晶闸管的开通与关断时间 6.通态电流临界上升率di/dt 7.断态电压临界上升率du/dt 1.1.5 晶闸管的型号及简单测试方法 1.晶闸管的型号 2.晶闸管的简单测试方法 万用表粗测其好坏。 1.2.1 门极可关断晶闸管（GTO） 1.GTO的基本工作原理 GTO触发导通的条件是: 当它的阳极与阴极 之间承受正向电压，门极加正脉冲信号(门极为 正，阴极为负）时，可使α1 +α2 >1，从而在 其内部形成电流正反馈，使两个等效晶体管接 近临界饱和导通状态。 当GTO的门极加负脉冲信号(门极为负，阴极为正)时，门极出现反向电流，此反向电流将GTO的门极电流抽出，使电流减小α1和α2也同时下降，以致无法维持正反馈，从而使 GTO关断。 2.GTO的特定参数 （1）最大可关断阳极电流IATO （2）关断增益βq （3）掣住电流IL 3.GTO的缓冲电路 （1）减轻GTO在开关过程中的功耗。 （2）抑制静态电压上升率。 4.GTO的门极驱动电路 5.GTO的典型应用 1.2.2 大功率晶体管（GTR） 大功率晶体管又可称为电力晶体管（Giant Transistor），简称GTR。 1.GTR的极限参数 （1）集电极最大电流ICM （最大电流额定值） （2）集电极最大耗散功率PCM （3）GTR的反向击穿电压 ①集电极与基极之间的反向击穿电压UCBO ②集电极与发射极之间的反向击穿电压UCEO （4）最高结温TJM 2.二次击穿和安全工作区 3.GTR的基极驱动电路及其保护电路 （1）基极驱动电路 ①提供全程的正、反向基极电流，保证GTR可靠导通与关断. ②实现主电路与控制电路的隔离。 ③具有自动保护功能，以便在故障发生时快速自