电力电子器件—第二章

第一章 概述

可以认为，所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。

电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。

具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

电能变换的形式共有四种：交流-直流变换、直流-直流变换、直流-交流变换、交流-交流变换。

电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。

变流技术则是电力电子技术的核心。

美国学者W. Newell认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。

一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出第一个晶闸管为标志的。

把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（PIC），这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。电力电子集成技术包括以PIC为代表的单片集成技术、混合集成技术以及系统集成技术。

随着全控型电力电子器件的不断进步，电力电子电路的工作频率也不断提高。与此同时，软开关技术的应用在理论上可以使电力电子器件的开关损耗降为零，从而提高了电力电子装置的功率密度。

第二章电力电子器件

2.1：电力电子器件概述

1、电力电子器件（Power Electronic Device）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。电力电子器件一般工作在开关状态

2、电力电子器件的功率损耗：通态损耗、断态损耗、开关损耗（开通损耗、关断损耗）

通态损耗是电力电子器件功率损耗的主要成因。

当器件的开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素。

3、电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。

4、电力电子器件的分类

（1）按照能够被控制电路信号所控制的程度：半控型器件、全控型器件、不可控器件。

半控型器件是指用控制信号可以控制其导通，但不能控制其关断的电力电子器件。

《电力电子技术》第五版 机械工业出版社

课后习题答案

第二章 电力电子器件

1. 使晶闸管导通的条件是什么？

答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。

2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？

答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。

要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。

3. 图1-43中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im，试计算各波形的电流平均值Id1、Id2、Id3与电流有效值I1、I2、I3。

0022244254a)b)c)图1-430 图1-43

晶闸管导电波形

解：a) Id1=π214)(sinttdIm=π2mI(122)0.2717 Im

I1=42)()sin(21tdtIm=2mI21430.4767 Im

b) Id2 =π14)(sinttdIm=πmI(122)0.5434 Im

I2 =42)()sin(1tdtIm=22mI21430.6741Im

c) Id3=π2120)(tdIm=41 Im I3 =202)(21tdIm=21 Im

4. 上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流Id1、Id2、Id3各为多少？这时，相应的电流最大值Im1、Im2、Im3各为多少?

解：额定电流I T(AV) =100A的晶闸管，允许的电流有效值I =157A，由上题计算结果知

a) Im14767.0I329.35， Id10.2717 Im189.48

第一章 电力电子器件

1、电力电子器件一般工作在( 开关状态 ) 。

2、按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： ( 半控型器件)、(全控型器件)、(不可控器件)。

3、半控型电力电子器件控制极只能控制器件的（ 导通 ），而不能控制器件的( 关断 )

4、电力二极管的主要类型有( 普通二极管 )，( 快恢复二极管 )和(肖特基二极管)

5、晶闸管的三极为( 阳极 )、 ( 阴极 )、( 门极 )。

6、晶闸管是硅晶体闸流管的简称，常用的外形有( 螺栓型 )与( 平板型 )。

7、晶闸管一般工作在( 开关 )状态。晶闸管由( 四 )层半导体构成；有( 3 )个PN结。

8、晶闸管的电气符号是 AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3 。

9、晶闸管导通的条件是在 ( 阳 )极加正向电压，在 ( 门 )极加正向触发电压。

10、给晶闸管阳极加上一定的( 正向 )电压；在门极加上( 正向门极 )电压，并形成足够的( 门极触发 )电流，晶闸管才能导通。

11、晶闸管的非正常导通方式有 ( 硬导通 ) 和 ( 误导通 ) 两种。

12、晶闸管在触发开通过程中，当阳极电流小于( 擎住 )电流之前，如去掉( 触发 )脉冲，晶闸管又会关断。

13、要使晶闸管重新关断，必须将（ 阳极 ）电流减小到低于（ 维持 ）电流。

14、同一晶闸管，维持电流IH与掣住电流IL在数值大小上有IL( 大于 )IH。

15、晶闸管的额定电流是指（ 平均 ）值；。

16、由波形系数可知，晶闸管在额定情况下的有效值电流IT等于（ 1.57 ）倍IT（AV），如果IT（AV）=100安培，则它允许的有效电流为（ 157 ）安培。通常在选择晶闸管时还要留出

（1.5～2 ）倍的裕量。

17、型号为KP100-8的晶闸管表示其额定电压为 ( 800 ) 伏额定有效电流为( 100 ) 安。

第一章电力电子器件

重点和难点：

一、电力二极管特性

静态特性主要是指其伏安特性，而动态特性是由于结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向偏置和反向偏置者三种状态之间转换的时候，必然要要经历一个过渡过程，在这些过渡过程中，PN结的一些区域是需要一定的时间来调整其带电的状态，因而其电压－电流特性不能用通常所说的伏安特性来描述，而是随时间变化的；电力二极管的正向平均电流是指其长期运行时，在指定的管壳温度和散热条件下其允许流过的最大公频正旋半波电流的平均值；电力二极管的正向压降是指在指定的温度下，流过某一指定的稳定正向电流时对应的正向压降。

二、晶闸管的工作原理

参见教材P16，当对晶闸管施以正向电压且门极有电流注入则导通，当对其施以反相电压时晶闸管截止，而把正向电压改为反向电压或使的流过晶闸管的电流降低到接近与零的某一个数值时晶闸管关断。

三、MOSFET、IGBT的工作原理

1、电力MOSFET的工作原理

（1）截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源 极之间无电流流过。

（2）导电：在栅源极间加正电压UGS,当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。

2、IGBT的结构和工作原理

（1）三端器件：栅极G、集电极C和发射极E

（2）驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。导通：uGE大于开启电压 U＝GE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。通态压降：电导调制 效应使电阻RN减小，使通态压降减小。关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。

四、电力二极管工作原理

电力二极管工作原理与信息电子电路中的二极管的工作原理时一样的，都是以半导体PN结为基础的，电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。