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1、电 气 控 制 技 术,2023/9/13,一、电力电子器件,2,电气控制技术CAI课件,2023/9/13,一、电力电子器件,3,电气控制技术,课程介绍电机学电机拖动电力电子技术低压电器继电器接触器控制系统顺序控制器，PLC电机的电子控制,2023/9/13,一、电力电子器件,4,教 材,2023/9/13,一、电力电子器件,5,电力电子技术,电能(交流、直流)幅值、频率相互间变换变流,2023/9/13,一、电力电子器件,6,电力电子器件的发展,2023/9/13,一、电力电子器件,7,电力电子技术,应用（1）开关电源（2）能量转换 调速（3）过程控制 自动化、机器人（4）运输 电力机车、
2、电车、地铁（5）感应加热（6）高压直流输电、风力发电、太阳能发电(7)民用 空调、电梯、办公设备、手机,2023/9/13,一、电力电子器件,8,电力电子技术,相关学科,2023/9/13,一、电力电子器件,9,电力电子器件,2023/9/13,一、电力电子器件,10,一、晶闸管(SCR),(一)、晶闸管的结构和工作原理,1、晶闸管的结构结构:分为管芯及散热器两大部分。方式:分为螺栓型与平板型两种。,2023/9/13,一、电力电子器件,11,一、晶闸管(SCR),螺栓型：散热效果差，用于以下容量的元件；平板型：散热效果好，用于以上的元件,2023/9/13,一、电力电子器件,12,一、晶闸管
3、(SCR),内部结构：四层（P-N-P-N）三端（A、K、G）,2023/9/13,一、电力电子器件,13,一、晶闸管(SCR),2、晶闸管的工作原理 正向阻断 反向阻断 导通条件：正向阳极电压，正向门极电压。关断条件：必须使阳极电流降低到某一数值 之 下（约几十毫安）。,2023/9/13,一、电力电子器件,14,一、晶闸管(SCR),内部物理过程：,晶体管的集电极电流为另一只晶体管的基极电流形成正反馈。,2023/9/13,一、电力电子器件,15,一、晶闸管(SCR),晶闸管的阳极电流应为:,K,2023/9/13,一、电力电子器件,16,一、晶闸管(SCR),导通后，Ig无影响,(3)关
4、断 Ia IH,1、2均下降，,元件关断,当1+2=1时，Ig=0,2023/9/13,一、电力电子器件,17,一、晶闸管(SCR),(二)、晶闸管的特性,1、晶闸管的阳极伏安特性 理想特性 实际特性,正向阻断高阻区 负阻区 正向导通低阻区 反向阻断高阻区,2023/9/13,一、电力电子器件,18,一、晶闸管(SCR),2、晶闸管门极伏安特性,IGFM：门极正向峰电流 UGFM：门极正向峰电压PGM：门极峰值功率 PG：门极平均功率,确保触发：Ig IGT,Ug UGT 加反压 10，防止误触发,2023/9/13,一、电力电子器件,19,一、晶闸管(SCR),(三)、晶闸管的主要参数,1、
5、额定电压UR正反向重复峰值电压UDRM=0.8UDSM，URRM=0.8 URSM 取UDRM和URRM中较小值，取整1000V以下（100V一个等级），1000-3000V（200V一个等级）,2023/9/13,一、电力电子器件,20,一、晶闸管(SCR),2、通态平均电流（额定电流）IT(AV)单相、工频、正弦半波、导通角,f/IT(AV)=/2=1.57,选择元件：有效电流整流输出：平均电流从平均电流找出相应波形的有效电流以保证不过热。,2023/9/13,一、电力电子器件,21,一、晶闸管(SCR),3、维持电流H几十mA，结温IH(难关断),4、擎住电流L 开通过程中，能维持导通的
6、最小电流。L（24)H,2023/9/13,一、电力电子器件,22,一、晶闸管(SCR),5、其它参数 断态电压临界上升率 门极开路，使元件断通的最小电压上升 Uak UB0，IC相当于Ig,通态电流临界上升率,6、晶闸管的型号普通,快速型，双向型，逆导型，可关断 KP电流电压/100 KP500-12,IC,di/dt过大J,2023/9/13,一、电力电子器件,23,二、大功率晶体管（GTR）,结构,2023/9/13,一、电力电子器件,24,特点：开关频率高，动态性能好，无需强迫换流，控制方便。承受功耗 小，阻断能力差,瞬态过电压，过载能力差。（一）、基本特性 1、静态特性,二、大功率晶
7、体管（GTR）,2023/9/13,一、电力电子器件,25,2、动态特性,td延迟时间；ts存储时间 tr集电极电流上升时间；tf集电极电流下降时间,二、大功率晶体管（GTR）,2023/9/13,一、电力电子器件,26,（二）、主要参数,二、大功率晶体管（GTR）,2、电流定额 IcM：连续（直流）额定电流,1、电压参数 Uceo：基极开路，集电极电流较大时，集、射极间的击穿电压。,2023/9/13,一、电力电子器件,27,二次击穿现象,出现击穿现象AB段，称一次击穿。,(1),(2),集电极局部过热，CD负阻效应,低电流，大电压，称二次击穿，元件损坏。,二、大功率晶体管（GTR）,202
8、3/9/13,一、电力电子器件,28,安全工作区,二、大功率晶体管（GTR）,FBSOA RBSOA,2023/9/13,一、电力电子器件,29,三、功率功效应晶体管（P-MOSFET）,结构,2023/9/13,一、电力电子器件,30,特点：电压控制，控制极（栅极）静态内阻高 驱动功率小，开关速度高，无二次击穿，安全工作区宽 漏极伏安特性,三、功率功效应晶体管（P-MOSFET）,(1)可调电阻区I，UGS固定，UDS 由0上升到预夹断电压ID线性增加，接近预夹断电压时ID变化慢(2)饱和区(3)击穿区,2023/9/13,一、电力电子器件,31,转移特性,跨导,表示栅极电压对ID的控制,三
9、、功率功效应晶体管（P-MOSFET）,2023/9/13,一、电力电子器件,32,开关特性,为多数载流子器件，没有存储效应，开关时间短，为20ns左右 输入电容:静态驱动电流小动态Cin充放电，驱动电流稍大,三、功率功效应晶体管（P-MOSFET）,2023/9/13,一、电力电子器件,33,三、功率功效应晶体管（P-MOSFET）,安全工作区,漏源电阻限制线 最大漏极电流限制线 最大功率限制线 最大漏源电压限制线,2023/9/13,一、电力电子器件,34,四、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,GTR：开关频率低，驱动功率较大，导通压降低 MOSFEF：通态压降高，开关速度高，驱动功率低 I
10、GBT输入（MOSFET）输出（GTR）,2023/9/13,一、电力电子器件,35,结构,四、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,2023/9/13,一、电力电子器件,36,原理,四、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,2023/9/13,一、电力电子器件,37,静态特性,动态特性 与MOSFET类似,四、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,2023/9/13,一、电力电子器件,38,擎住效应 IC上升，Rbr压降使NPN通,经正反馈，寄生等效晶闸管通,IGBT栅极失去控制作用 静态擎住：ICICM 动态擎住：关断时产生，J2结反压很快建立，,措施：ICICM,RG上升，使关断速度下降，减小重加,四、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,2023/9/13,一、电力电子器件,39,安全工作区,四、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,2023/9/13,一、电力电子器件,40,作业 习题 6-1、6-2、6-3,
