电力电子技术教案之电力电子器件
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电力电子技术第二章电力电子器件课件
2.2.3 晶闸管基本特性
1. 晶闸管静态伏安特性
图2.4 晶闸管的伏安特性
2.2.3 晶闸管基本特性
1) 正向伏安特性 晶闸管在门极开路(IG=0)的情况下，在阳极与阴极间施加 一定的正向阳极电压，器件也仍处于正向阻断状态，只有 很小的正向漏电流流过。 外加的阳极正向电压在其转折电压以下时，只要在门极注 入适当的电流(一般为毫安级)，器件也会立即进入正向导 通状态 。
图2.5 晶闸管门极伏安特性
2.2.3 晶闸管基本特性
2. 晶闸管动态特性 1) 晶闸管开通过程
第一阶段：延迟阶段。所需时间为延迟时间td。从门极 电流iG阶跃时刻开始，到阳极电流iA上升到稳态电流的 10％所需的时间。在这一期间，晶闸管的正向压降略有 减小。 第二阶段：上升阶段。此阶段所需时间为上升时间tr。 阳极电流从稳态值的10％上升到90％所需的时间。在该 阶段，伴随着阳极电流迅速增加，器件两端的压降uAK 也迅速下降。 第三阶段：扩散阶段。所需时间为扩散时间tex。它是阳 极电流上升到90%之后载流子在整个芯片面积上分布的 过程，最终使iA上升到100%稳态值，器件压降达到稳 定值。
2.2.3 晶闸管基本特性
4) 断态电压临界上升率du/dt 因此过高的du/dt，会产生对J2结过大的充 电电流，可能造成晶闸管的误导通。
图2.8 位移电流产生示意图
2.2.3 晶闸管基本特性
5) 晶闸管的动态损耗 晶闸管在低频运行时，由于主要工作于稳定阻断 或导通状态，其开、关过程时间相对较短，该阶 段产生的损耗可以忽略。该阶段的损耗主要是由 通态压降与阳极电流，以及阻断电压和断态漏电 流产生的静态损耗。这种损耗是晶闸管低频运行 时结温升高的主要因素。 然而，晶闸管在高频运行时，晶闸管开关过程时 间占了很大成分，开关过程中晶闸管的压降和电 流值都较大，产生的损耗更是不容忽略的，这部 分损耗称作动态损耗。
电力电子技术教案
第 1 次课 3 学时授课时间06.2.22 教案完成时间06.2.15 第一章电力电子器件 1.1 1.2 1.3 (包括绪论)课题（章节）教学目的与要求：通过该部分内容学习,使学生明白什么是电力电子技术? 电力电子技术的应用领域是什么? 电力电子技术与自动化专业、电子信息工程专业之间的的关系是什么？通过前三节的学习，学生应了解电力二极管、晶闸管等电力电子器件的基本结构、工作原理、主要参数、应用场合等。
教学重点、难点：器件的动态过程的波形的理解、器件的灵活应用是本次教学的重点和难点。
教学方法及师生互动设计：启发式，帮助学生回忆已学过的“电子技术基础”的相关知识，进而更好地理解“电力电子技术”知识，使学生建立知识的联想链。
课堂练习、作业：1、电力电子器件与信息电子器件的区别表现在哪些方面？2、试述在变频空调器中，哪些属于自动化技术，哪些属于电力电子技术？本次课堂教学内容小结介绍了电力电子技术背景知识、发展趋势。
介绍了电力二极管、晶闸管工作原理、基本特性和主要参数。
本次课堂教学达到预期目的，不少学生通过听讲表现出对电力电子技术课程的兴趣，课堂提问效果较好。
学好该课程需要较好的电子技术、电路方面的基础知识。
第 1 页第 2 次课 3 学时授课时间06.3.1 教案完成时间06.2.23 第一章电力电子器件 1.4 1.5 1.6课题（章节）教学目的与要求：通过该部分内容学习,使学生理解典型的全控型电力电子器件的工作原理、主要参数工程应用情况。
充分了解电力电子器件的驱动方式。
对其它新型器件也有所了解。
教学重点、难点：重点介绍晶闸管、IGBT、电力MOSFET三种应用最为广泛的器件的工作原理及其主要参数和工程应用。
教学方法及师生互动设计：以实际生活中见到的的实例，启发学生对于晶闸管、IGBT、电力MOSFET等器件的应用的理解。
如：调光台灯、风扇无极调速、电磁炉等。
课堂练习、作业：1、P42. 1.22、说出所知道的电力电子器件的名称及其应用场合、工作原理。
《电力电子技术》第2章 电力电子器件
电力电子器件是基础 电能进行变换和控制是核心
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上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念：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。
2、特性：大功率、开关特性、驱动电路、损耗大，加散热
3、组成：主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类：
1）控制程度：不控器件、半控器件、全控器件
12/89
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 ☞由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 ☞由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ☞由单极型器件和双极型器件集成混合而成， 也称混合型器件。
13/89
2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种电力电子器件的工作 原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的 一些问题。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
10/89
2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关 断。 ◆不可控器件 ☞电力二极管（Power Diode） ☞不能用控制信号来控制其通断。
■学习要点 ◆最重要的是掌握其基本特性。 ◆掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性 曲线的使用方法。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
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上节课内容回顾
• 二、电力电子器件
1、概念：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。
2、特性：大功率、开关特性、驱动电路、损耗大，加散热
3、组成：主电路、控制电路、检测电路。。。。
4、分类：
1）控制程度：不控器件、半控器件、全控器件
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2.1.3 电力电子器件的分类
■按照载流子参与导电的情况 ◆单极型器件 ☞由一种载流子参与导电。 ◆双极型器件 ☞由电子和空穴两种载流子参与导电。 ◆复合型器件 ☞由单极型器件和双极型器件集成混合而成， 也称混合型器件。
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2.1.4 本章内容和学习要点
■本章内容 ◆按照不可控器件、半控型器件、典型全控型器件和其 它新型器件的顺序，分别介绍各种电力电子器件的工作 原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的 一些问题。
检测
控
电路
制
保护
电
电路
路
驱动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路
V1 LR
V2
主电路
电气隔离
图2-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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2.1.3 电力电子器件的分类
■按照能够被控制电路信号所控制的程度 ◆半控型器件 ☞主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 ☞器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电 流决定的。 ◆全控型器件 ☞目前最常用的是 IGBT和Power MOSFET。 ☞通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关 断。 ◆不可控器件 ☞电力二极管（Power Diode） ☞不能用控制信号来控制其通断。
■学习要点 ◆最重要的是掌握其基本特性。 ◆掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性 曲线的使用方法。 ◆了解电力电子器件的半导体物理结构和基本工作原理。 ◆了解某些主电路中对其它电路元件的特殊要求。
电力电子技术教案(完整版)全文编辑修改
VT1、VD2导通
VT1、VD1导通
18
二、工作原理
3、当u2为负半周且控制角为α 时，触发VT2导通，负载电流 id经VT2、VD1流通，电感由 释放能量变成储存能量，负 载端电压ud=uba=-u2。
4、 u2电压由负变正过零时，电 感由储存能量变为释放能量， 产生上负下正的自感电动势， 维持电流流通，VT2将继续到 通，同时VD1关断、VD2导通， 负载端电压为0。
负载性质： 电阻性 电感性 反电势性
4
第2章：单相可控整流电路
用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流 电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率 高以及控制灵敏等优点。
§2-1 单相可控整流电路 §2-2 三相可控整流电路
§2-3 带平衡电抗器的双反星型可控整流电路
§2-4 整流电路的换相压降与外特性
晶闸管承受的最大电压为 6U2 。
44
§2-2-3 ：三相桥式半控整流电路
一、阻性负载： a <=60º，负载端电压波形 连续
Ud 1.17U 21 cosa
VT1 VT3 VT5
当α〉60°时，负载端电压波形断续 VD4 VD6 VD2
Ud 1.17U 21 cosa
二、电感性负载： 与单相半控桥式整流电路一样，桥内二极管有续流作用，因
qT qD 180
VT2、VD1导通
VT2、VD2导通
19
结论
1.晶闸管在触发时刻换 流，二极管在电源电 压过零时刻换流。
2.对于单向半控桥感性 负载，负载端的电压 波形如右图。
根据波形得
Ud=0.9U2(1+cosα)/2
20
结论
3.单相半控桥感性负载， 负载端电压波形与阻 性负载完全相同，即 单相半控桥感性负载 本身具有续流作用。
VT1、VD1导通
18
二、工作原理
3、当u2为负半周且控制角为α 时，触发VT2导通，负载电流 id经VT2、VD1流通，电感由 释放能量变成储存能量，负 载端电压ud=uba=-u2。
4、 u2电压由负变正过零时，电 感由储存能量变为释放能量， 产生上负下正的自感电动势， 维持电流流通，VT2将继续到 通，同时VD1关断、VD2导通， 负载端电压为0。
负载性质： 电阻性 电感性 反电势性
4
第2章：单相可控整流电路
用晶闸管组成的可控整流电路，可以很方便地把交流 电变成大小可调的直流电，且具有体积小、重量轻、效率 高以及控制灵敏等优点。
§2-1 单相可控整流电路 §2-2 三相可控整流电路
§2-3 带平衡电抗器的双反星型可控整流电路
§2-4 整流电路的换相压降与外特性
晶闸管承受的最大电压为 6U2 。
44
§2-2-3 ：三相桥式半控整流电路
一、阻性负载： a <=60º，负载端电压波形 连续
Ud 1.17U 21 cosa
VT1 VT3 VT5
当α〉60°时，负载端电压波形断续 VD4 VD6 VD2
Ud 1.17U 21 cosa
二、电感性负载： 与单相半控桥式整流电路一样，桥内二极管有续流作用，因
qT qD 180
VT2、VD1导通
VT2、VD2导通
19
结论
1.晶闸管在触发时刻换 流，二极管在电源电 压过零时刻换流。
2.对于单向半控桥感性 负载，负载端的电压 波形如右图。
根据波形得
Ud=0.9U2(1+cosα)/2
20
结论
3.单相半控桥感性负载， 负载端电压波形与阻 性负载完全相同，即 单相半控桥感性负载 本身具有续流作用。
电力电子技术-电力电子器件的原理与特性
Vo RL
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 （Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体： 掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等） 空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 （2）漂移运动（少数载流子） 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益； ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
IR
Vo
VS +
-
IZ
DZ
RL
(a)整流
(b)续流
(c)限幅
(d)钳位
图2.6 二极管的整流、续流、限幅、钳位和稳压应用
(e)稳压
本章内容
2.3 晶闸管（SCR）
2. 3 晶闸管
一、名称 ➢晶闸管 （Thyristor） ➢可控硅
（SCR）
二、外形与符号 ➢螺栓式结构 (<200A) ➢平板式结构 (>200A)
• N型半导体： 掺入微量5价元素（磷、锑、鉮等）
自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 • P型半导体：
掺入微量3价元素（硼、镓、铟等） 空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
半导体基础知识
器件原理
• PN结（异型半导体接触现象） • （1）扩散运动（多数载流子）
自由电子由 N区 向 P区 空 穴由 P区 向 N区 （2）漂移运动（少数载流子） 与扩散运动相反
三、SCR的工作原理（续）
（2）按晶体管原理可得：
IA
2 I G I CBO1 I CBO2 1 ( 1 2 )
其中： α1、α2分别是晶 体管T1、T2的共基极电 流增益； ICBO1、ICBO2分 别是晶体管T1、T2的共 基极漏电流。
❖双极型器件：有两种载流子参与导电，如二 极管、 晶闸管、GTO、GTR、IGCT、SITH等。
❖复合型器件：由MOSFET与晶体管、晶闸管复 合而成，如IGBT、IPM、MCT等。
➢ 按门极驱动信号的种类（电流、电压）分类： ❖电流控制型器件 如晶闸管、GTO、GTR、 IGCT、SITH等
❖电压控制型器件 如MOSFET、IGBT、IPM、 SIT、MCT等
教案电力电子技术功率变换与电力电子器件
教案电力电子技术功率变换与电力电子器件教案：电力电子技术——功率变换与电力电子器件一、引言电力电子技术在现代社会中发挥着重要作用，它涉及到功率变换和电力电子器件的应用。
功率变换是将电能以不同的形式输出，满足各种电气设备的工作需求。
而电力电子器件则是实现功率变换的关键。
本教案将介绍功率变换的基本原理、分类以及常见的电力电子器件。
二、功率变换的基本原理功率变换是指将输入电能以不同的形式输出，利用电力电子器件实现电能的加工和控制。
功率变换的基本原理是将输入电能转换为所需的输出电能，并通过控制电力电子器件的导通与关断，实现输出电压、电流的调节。
常见的功率变换方法包括直流和交流功率变换。
1. 直流功率变换直流功率变换是将交流电能通过整流器转换成直流电能，再通过逆变器将直流电能转换为交流电能。
整流器使用二极管或晶闸管等器件，将交流电能转换为单向的直流电能。
逆变器则将直流电能通过开关管等器件，按照一定的规律转换为交流电能。
2. 交流功率变换交流功率变换是将交流电能通过直接改变电压、电流的形式实现输出的调节。
常见的交流功率变换方法包括变压器变换、自耦变压器变换、电容变压器变换等。
三、电力电子器件电力电子器件是实现功率变换的关键组成部分，其性能和可靠性直接影响到功率变换效果。
常见的电力电子器件包括晶闸管、二极管、可控硅、场效应管等。
1. 晶闸管晶闸管是一种具有控制特性的四层PN结管，通过控制其门极电流，可以实现导通和关断。
晶闸管具有耐大电流、耐高压、工作可靠等特点，广泛应用于各种电力变换和控制系统中。
2. 二极管二极管是用于整流器中的无功功率器件，其特点是导通电压低、反向击穿电压高、反向恢复速度快等。
常见的二极管有硅二极管和肖特基二极管，用于不同的应用场合。
3. 可控硅可控硅是一种用于高功率电子开关和调功电路中的半导体器件，具有双向导电特性。
可控硅通过控制其门极电流和触发方式，实现导通和关断，用于交流电力调节和控制。
电力电子技术第2章电力电子器件
◆结电容影响PN结的工作频率，特别是在高速开 关的状态下，可能使其单向导电性变差，甚至不能 工作。
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■电力二极管的静态特性
◆主要是指其伏安特性。 ◆正向电压大到一定值（门槛电压UTO ），正向 电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与IF对 应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。 ◆承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值 恒定的反向漏电流。
理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注 意的一些问题。
2.1 电力电子器件概述
■电力电子器件的概念 在电气设备或电力系统中，直接承担电能
的变换或控制任务的电路称为主电路（Main Power Circuit）。电力电子器件（Power Electronic Device）是指主电路中、可直接用于 处理电能的、实现电能变换或者控制的电子器 件。
空间电荷建立的电场成为内电场或自建电场， 其方向是阻碍扩散运动进行的。
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■PN结的形成
◆多子的扩散运动和少子的漂移运动 另一方面，内电场又吸引对方区域内的少子向
本区运动，成为本方的多子，这就是所谓的漂移运 动。
扩散运动和漂移运动既相互联系又是一对矛盾， 最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值， 形成一个稳定的由空间电荷构成的范围，称为空间 电荷区。
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■电力二极管的静态特性
I IF
O U TO U F U
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■电力二极管的动态特性
◆由于结电容的存在，电力二极管在零偏、正偏 和反偏这三种状态之间转换时必然经历一个过渡过 程。所以其电压—电流特性是随时间变化的，这就 是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态 和断态之间转换过程的开关特性。
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■电力二极管的静态特性
◆主要是指其伏安特性。 ◆正向电压大到一定值（门槛电压UTO ），正向 电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与IF对 应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。 ◆承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值 恒定的反向漏电流。
理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注 意的一些问题。
2.1 电力电子器件概述
■电力电子器件的概念 在电气设备或电力系统中，直接承担电能
的变换或控制任务的电路称为主电路（Main Power Circuit）。电力电子器件（Power Electronic Device）是指主电路中、可直接用于 处理电能的、实现电能变换或者控制的电子器 件。
空间电荷建立的电场成为内电场或自建电场， 其方向是阻碍扩散运动进行的。
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■PN结的形成
◆多子的扩散运动和少子的漂移运动 另一方面，内电场又吸引对方区域内的少子向
本区运动，成为本方的多子，这就是所谓的漂移运 动。
扩散运动和漂移运动既相互联系又是一对矛盾， 最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值， 形成一个稳定的由空间电荷构成的范围，称为空间 电荷区。
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■电力二极管的静态特性
I IF
O U TO U F U
2.2 不可控器件 -- 电力二极管
■电力二极管的动态特性
◆由于结电容的存在，电力二极管在零偏、正偏 和反偏这三种状态之间转换时必然经历一个过渡过 程。所以其电压—电流特性是随时间变化的，这就 是电力二极管的动态特性，并且往往专指反映通态 和断态之间转换过程的开关特性。
电力电子技术电子教案第四章 全控型电力电子器件-PPT精品文档
《电力电子技术》
二、GTO的特性与主要参数
1．GTO的开关特性
图4-3 GTO在开通和关断过程中电流的波形
《电力电子技术》
2．GTO的主要参数
GTO的基本参数与普通晶闸管大多相同。
1) 反向重复峰值电压URRM： ① 不规定URRM值。 ② URRM值很低。 ③ URRM略低于UDRM。 ④ URRM = UDRM。 ⑤ URRM略大于UDRM。 2）最大可关断阳极电流IATO：GTO的最大阳极电流受发热和饱和深度两个 因素限制。阳极电流过大，内部晶体管饱和深度加深，使门极关断失效。 所以GTO必须规定一个最大可关断阳极电流，也就是GTO的铭牌电流。 3）关断增益βoff 最大可关断阳极电流IATO与门极负脉冲电流最大值IGM 之比称为电流关断增益βoff。即
off
I ATO I GM
《电力电子技术》
三、GTO的驱动与保护
1．GTO门极驱动电路 对门极驱动电路的要求： 1）正向触发电流iG。由于GTO是多元集成结构， 为了使内部并联的GTO元开通一致性好，故要求GTO 门极正向驱动电流的前沿必须有足够的幅度和陡度， 正脉冲的后沿陡度应平缓。 2）反向关断电流﹣iG。为了缩短关断时间与减 少关断损耗，要求关断门极电流前沿尽可能陡，而 且持续时间要超过GTO的尾部时间。还要求关断门极 电流脉冲的后沿陡度应尽量小。
饱和电流，其值由外电路决定。
《电力电子技术》
(2)动态特性
图4-8
GTR共发射极接法的输出特性
图4-9
GTR开关特性
பைடு நூலகம்
《电力电子技术》
2．GTR的参数
(1)最高工作电压 ①BUCBO：射极开路时，集-基极间的反向击穿电压。 ②BUCEO：基极开路时，集-射极之间的击穿电压。 ③BUCER：GTR的射极和基极之间接有电阻R。 ④BUCES：发射极和基极短路，集-射极之间的击穿电压。 ⑤ BUCEX：发射结反向偏置时，集 - 射极之间的击穿电 压。其中BUCBO > BUCES > BUCES> BUCER> BUCEO，实际 使用时，为确保安全，最高工作电压要比BUCEO低得多。 (2)集电极最大允许电流ICM (3)集电极最大允许耗散功率PCM (4)最高工作结温TJM
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
最重要的是掌握其基本特性。
3
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类
4
1.1
电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件（power electronic device） — — 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； 主电路（ main power circuit ） —— 电气设备 或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任 务的电路。 广义上分为两类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空 器件) 半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅)
电力电子器件的保护
电力电子器件的串联和并联使用（自学） 小结
2
本章内容和学习要点
掌握各种器件（电力二极管、晶闸管、 IGBT 和 POWER MOSFET ）的工作原理、基本特性、 主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题； 掌握电力电子器件的驱动、保护方法和了解串、 并联使用； 了解电力电子器件的型号命名法，以及其参数和 特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电 力电子器件的两个基本要求；
号，通过驱动电路去控制主电路中电力电 子器件的通或断，来完成整个系统的功能；
检测电路：电压传感器PT、电流传感器CT； 电气隔离：通过光、磁等来传递信号；
保护电路：过压保护、过流保护；
11
电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 正 面 内 部 ）
12
电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 背 面 内 部 ）
按照器件内部电子和空穴两种载流子参 与导电的情况分为三类：
1)
2)
单极型器件
双极型器件
由一种载流子参与导电的器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
3)
复合型器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而成 的器件
24
1.2 不可控器件—电力二极管
1.2.1
1.2.2 1.2.3 1.2.4
PN结与电力二极管的工作原理
导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗 。
8
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断 态损耗； 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和 关断损耗，总称开关损耗； 通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态 损耗是器件功率损耗的主要成因；
器件开关频率较高时，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；
13
电力电子装置结构图（控制部分）
14
电力电子装置结构图（主回路部分）
15
电力电子装置结构图（驱动与保护部分）
16
电力电子装置结构图（变压器部分）
17
开关磁阻电动机（SRM）定子、转子结构图
18
6/4极SRM剖面示意图
8/6极SRM剖面示意图
SRM磁场变化示意图
19
SRM控制系统原理图
SRM控制系统结构图
20
SRM控制系统主电路结构图
SRM控制系统主电路通断过程图
SRM运行中振动示意图
21
SRM运行示意图
22
1.1.3 电力电子器件的分类
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：
1) 半控型器件
通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定
作电路分析时，为简单往往用理想开关来代替。
7
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电 子电路来控制。
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对 控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的 驱动电路。
(4)为保证不致于因损耗产生的热量导致器件温 度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热 设计，在其工作时一般都要安装散热器。
晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
2) 全控型器件
通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断， 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 又称自关断器件。
门极可关断晶闸管（GTO）
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
3) 不可控器件
电力二极管（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断 , 因此也就不需要驱 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 动电路。 电压和电 流决定的。 23
按照驱动电路加在器件控制端和公共 端之间信号的性质，分为两类：
1) 2) 电流驱动型 电压驱动型
通过从控制端注入或者抽出电流来实现 导通或者关断的控制 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的 电压信号就可实现导通或者关断的控制
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态
导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接 近于零，而电流由外电路决定。 阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎 为零，而管子两端电压由外电路决定。 电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参 数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时 候甚至上升为第一位的重要问题。
电力二极管的基本特性 电力二极管的主要参数 电力二极管的主要类型
《电力电子技术》 电子教案
第1章 电力电子器件
第1章 电力电子器件（4学时）
1.1 电力电子器件概述
1.2
1.3 1.4 1.5 1.6
不可控器件——电力二极管
半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 （POWER MOSFET、IGBT） 其他新型电力电子器件 （自学） 电力电子器件的驱动
1.7
1.8
5
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
同处理信息的电子器件相比，电力电子
器件的一般特征：
(1) 能处理电功率的大小，即承受电压和 电流 的能力是最重要的参数。
其处理电功率的能力小至毫瓦（mW）级， 大至兆瓦（ GW ）级 , 大多都远大于处理信 息的电子器件。
6
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造的系统组成
电力电子系统：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
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
10
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
控制电路：按系统的工作要求形成控制信
3
1.1 电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
1.1.2 应用电力电子器件的系统组成 1.1.3 电力电子器件的分类
4
1.1
电力电子器件概述
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件（power electronic device） — — 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； 主电路（ main power circuit ） —— 电气设备 或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任 务的电路。 广义上分为两类: 电真空器件 (汞弧整流器、闸流管等电真空 器件) 半导体器件 (采用的主要材料仍然是硅)
电力电子器件的保护
电力电子器件的串联和并联使用（自学） 小结
2
本章内容和学习要点
掌握各种器件（电力二极管、晶闸管、 IGBT 和 POWER MOSFET ）的工作原理、基本特性、 主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题； 掌握电力电子器件的驱动、保护方法和了解串、 并联使用； 了解电力电子器件的型号命名法，以及其参数和 特性曲线的使用方法，这是在实际中正确应用电 力电子器件的两个基本要求；
号，通过驱动电路去控制主电路中电力电 子器件的通或断，来完成整个系统的功能；
检测电路：电压传感器PT、电流传感器CT； 电气隔离：通过光、磁等来传递信号；
保护电路：过压保护、过流保护；
11
电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 正 面 内 部 ）
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电 力 电 子 装 置 结 构 图 （ 背 面 内 部 ）
按照器件内部电子和空穴两种载流子参 与导电的情况分为三类：
1)
2)
单极型器件
双极型器件
由一种载流子参与导电的器件 由电子和空穴两种载流子参与导电的器件
3)
复合型器件
由单极型器件和双极型器件集成混合而成 的器件
24
1.2 不可控器件—电力二极管
1.2.1
1.2.2 1.2.3 1.2.4
PN结与电力二极管的工作原理
导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗 。
8
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断 态损耗； 在器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和 关断损耗，总称开关损耗； 通常电力电子器件的断态漏电流极小，因而通态 损耗是器件功率损耗的主要成因；
器件开关频率较高时，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；
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电力电子装置结构图（控制部分）
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电力电子装置结构图（主回路部分）
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电力电子装置结构图（驱动与保护部分）
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电力电子装置结构图（变压器部分）
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开关磁阻电动机（SRM）定子、转子结构图
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6/4极SRM剖面示意图
8/6极SRM剖面示意图
SRM磁场变化示意图
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SRM控制系统原理图
SRM控制系统结构图
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SRM控制系统主电路结构图
SRM控制系统主电路通断过程图
SRM运行中振动示意图
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SRM运行示意图
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1.1.3 电力电子器件的分类
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：
1) 半控型器件
通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定
作电路分析时，为简单往往用理想开关来代替。
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
(3) 实用中，电力电子器件往往需要由信息电 子电路来控制。
在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对 控制电路的信号进行放大，这就是电力电子器件的 驱动电路。
(4)为保证不致于因损耗产生的热量导致器件温 度过高而损坏，不仅在器件封装上讲究散热 设计，在其工作时一般都要安装散热器。
晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件
2) 全控型器件
通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断， 电力场效应晶体管（电力MOSFET） 又称自关断器件。
门极可关断晶闸管（GTO）
绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 （ Insulated-Gate Bipolar Transistor——IGBT）
3) 不可控器件
电力二极管（Power Diode） 不能用控制信号来控制其通断 , 因此也就不需要驱 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的 动电路。 电压和电 流决定的。 23
按照驱动电路加在器件控制端和公共 端之间信号的性质，分为两类：
1) 2) 电流驱动型 电压驱动型
通过从控制端注入或者抽出电流来实现 导通或者关断的控制 仅通过在控制端和公共端之间施加一定的 电压信号就可实现导通或者关断的控制
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态
导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接 近于零，而电流由外电路决定。 阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎 为零，而管子两端电压由外电路决定。 电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参 数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时 候甚至上升为第一位的重要问题。
电力二极管的基本特性 电力二极管的主要参数 电力二极管的主要类型
《电力电子技术》 电子教案
第1章 电力电子器件
第1章 电力电子器件（4学时）
1.1 电力电子器件概述
1.2
1.3 1.4 1.5 1.6
不可控器件——电力二极管
半控型器件——晶闸管 典型全控型器件 （POWER MOSFET、IGBT） 其他新型电力电子器件 （自学） 电力电子器件的驱动
1.7
1.8
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
同处理信息的电子器件相比，电力电子
器件的一般特征：
(1) 能处理电功率的大小，即承受电压和 电流 的能力是最重要的参数。
其处理电功率的能力小至毫瓦（mW）级， 大至兆瓦（ GW ）级 , 大多都远大于处理信 息的电子器件。
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1.1.1 电力电子器件的概念和特征
对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是 造的系统组成
电力电子系统：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
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
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1.1.2 应用电力电子器件的系统组成
控制电路：按系统的工作要求形成控制信