电力电子器件概述
电力电子器件概述
5. 反向恢复时间trr 6. 浪涌电流IFSM
1.2.4 主要类型
1. 普通二极管——又称整流二极管 1KHZ以下 数千安和数千伏以上
2. 快恢复二极管 5μs以下 3. 肖特二极管
1.3 半控型器件——晶闸管(SCR)
常用晶闸管的结构
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
Id
1
2
3
Im
sin td
t
3
4
Im
0.24Im
I
1
2
Im
sin t
2
d
t
0.46Im
3
Kf
I Id
0.46 0.24
1.92
IT ( AV )
100 2
50
Id
1.57 50 1.92
41 A
Im
Id 0.24
41 0.24
171
A
⑵ 维持电流IH 使晶闸管维持通态所必需的最小主电流。 ⑶ 擎住电流IL ⑷ 浪涌电流ITSM
4. 光控晶闸管LTT
⑴又称光触发晶闸 管，是利用一定 波长的光照信号 触发导通的晶闸 管。
⑵光触发保证了主 电路与控制电路 之间的绝缘，且 可避免电磁干扰 的影响。
⑶在高压大功率的 场合占有重要地位。
1.4 典型全控型器件
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。 20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时代。
不可控器件：电力二极管
半控型器件：晶闸管及其派生器件 全控型器件：功率场效应管、绝缘栅双极性晶体管、
门极可关断晶闸管
⑵ 按照控制信号性质可分为： 电流控制型 电压控制型：控制功率小
《电力电子器件概述》课件
主要器件分类和特点
基础器件
二极管、三极管和电 容器是电力电子器件 家族的基础，它们分 别具有导通和截止、 放大和切换、储能等 特点。
控制器件
可控硅、晶闸管和场 效应管能够在电路中 实现控制和变换电流 的功能，并具有方便 使用、可靠性高等特 点。
开关器件
IGBT和MOSFET是现代 电力电子技术中应用 最广泛的开关器件之 一，它们能够快速地 控制电流，拥有高速 度和低损耗的特点。
核电岛供电系统中的应用
核电岛是核电站中最关键的一部分，核 电岛供电系统中的电力电子器件起到了 重要作用，例如：可控硅直流电源、晶 闸管逆变器以及IGBT变频器等。
电力电子器件的发展历程与趋势
初创时期
重大进展
20世纪30年代初，电力电子器件 的初衷是用于照明和飞机无线电 通信设备，当时的器件非常原始。
快速器件
快恢复二极管和快速 开关器件是一类性能 优异、应用广泛的快 速器件，能够满足复 杂电路和高速电路的 需求。
器件工作原理与应用案例
1
输入输出特性与参数
2
电力电子器件一般具有输入端和输出端，
其特点表现在电路中的传导特性、阻抗
和输出功率等方面。
3
什么是电力电子器件？
电力电子器件是指能够在电力电路中实 现功率控制和转换的电气元件，是现代 电力电子技术的基础。
电力电子器件的作用
通过对电源电路的控制，电力电子器件实现了电力变换和供应的精确控制，同时能够提高电力系统的效率，减 少电力损耗。
- 电力电子器件的分类和应用领域
电力电子器件按照主要功能可以分为基础器件、控制器件、开关器件和快速器件四类，并应用于现代电力电子 技术的众多领域，如可再生能源、工业自动化、电动汽车等。
电力电子器件
3.电路如图所示 VT承受正向门级电压，画出负载R上的电压波
5.判断下列图形中何时灯亮，何时不亮？ (1)u2为直流电源，上+下－，S未闭合前灯泡亮不亮？ 答：不亮。晶闸管虽具有上+、下－导通的条件，但没有触发 电流，所以不能导通。 （2）u2为直流电源，上+、下－，S闭合后灯泡亮不亮？S闭合 后又断开了，灯泡亮不亮？ 答：S闭合后灯泡亮。S闭合后又断开了灯泡照常亮。 （3）u2为直流电源，上－、下+，S未闭合前灯泡亮不亮？S 闭合后又断开了灯泡亮不亮？ 答：不亮。u2上－、下+，不具备导通的条件。S闭合也不会亮。
IG2
IG1 IG=0 Ubo +UA
的反相漏电流流过。
当反向电压达到反向击穿电 压后，可能导致晶闸管发热
击穿
损坏。
-IA
• 1.1 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，并在门极注入正向触发电 流。 • 1.2 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，可通过外加 反向阳极电压或减小负载电流的办法，使 流过晶闸管的电流降到维持电流值以下。
UA IA 正向 导通IHOIG2IG1 IG=0 Ubo +UA
随着门极电流幅值的增大， 正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
击穿
-IA
晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
（2）反向特性
反向特性类似二极管的反向 特性。 反向阻断状态时，只有极小
IA 正向 导通
IH UA O
电力电子器件的概念和特征
(4)为保证损耗产生的热量不致使器件温度过高而损坏，不仅要考虑器件封装上的散热设计，在其工作时一般也要安装散热器。这是因为导通时器件上有一定的通态压降，形成通态损耗，阻断时器件上有微小的断态漏电流流过，形成断态损耗，而在器件开通或关断过程中会产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗。对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件发热的原因之一。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。
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( MainPower Circuit)，其中的电子器件就是电力电子器件(Power Electronic Device)。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。自20世纪50年代以来，真空管仅还在频率很高（如微波）的大功率高频电源中在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器( MercuryArc-Rectifier)、闸流管(Thyratron)等电真空器件，成为绝对主力。因此，电力电子器件往往专指电力半导体器件，采用的主要材料仍然是硅。
同处理信息的电子器件相比，电力电子器件有如下一般特征：
(1)处理电功率的远大于处理信息的电子器件。
(2) -般都工作在开关状态，即导通时（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。这些升关特性和参数，也是电力电子器件的重要特性。
电力电子器件及其应用
宽禁带半导体材料的应用
总结词
宽禁带半导体材料（如硅碳化物和氮化 镓）在电力电子器件中的应用越来越广 泛。
VS
详细描述
宽禁带半导体材料具有高临界场强和高电 子饱和速度等优点，使得电力电子器件能 够承受更高的工作电压和更大的工作电流 ，同时减小器件的体积和重量，提高系统 的能效和可靠性。
电力电子系统集成化与模块化
压保护、过电流保护和过热保护等。
驱动电路与控制电路设计
总结词
驱动电路和控制电路是电力电子系统中的重要组成部 分，其设计的好坏直接影响到整个系统的性能。
详细描述
驱动电路负责提供足够的驱动信号，使电力电子器件 能够正常工作。在设计驱动电路时，需要考虑信号的 幅度、相位、波形等参数，以确保器件能够得到合适 的驱动信号。控制电路则负责对整个电力电子系统进 行控制和调节，以确保系统能够按照预设的方式运行 。控制电路的设计需要充分考虑系统的动态特性和稳 态特性，并能够根据实际情况进行实时调节。
要点一
总结词
要点二
详细描述
在选择电力电子器件时，电压和电流容量是关键参数。
需要根据电路的工作电压和电流来选择合适的器件，以确 保器件能够安全、有效地运行。选择电压和电流容量过小 的器件可能导致器件过载，影响其性能和寿命；而选择电 压和电流容量过大的器件则可能造成浪费，增加成本。
工作频率与散热设计
总结词
总结词
电力电子系统正朝着集成化和模块化的方向 发展。
详细描述
集成化和模块化可以提高电力电子系统的可 靠性和可维护性，减小系统的体积和重量， 降低制造成本。同时，集成化和模块化还有 利于实现电力电子系统的标准化和系列化， 方便不同系统之间的互连和互操作。
电力电子在分布式发电和微电网中的应用
电力电子器件
新型电力电子器件电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。
又称功率电子器件。
20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。
60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。
70年代初期，已逐步取代了汞弧闸流管。
80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。
在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。
各种电力电子器件均具有导通和阻断两种工作特性。
功率二极管是二端(阴极和阳极)器件，其器件电流由伏安特性决定，除了改变加在二端间的电压外，无法控制其阳极电流，故称不可控器件。
普通晶闸管是三端器件，其门极信号能控制元件的导通，但不能控制其关断，称半控型器件。
可关断晶闸管、功率晶体管等器件，其门极信号既能控制器件的导通，又能控制其关断，称全控型器件。
后两类器件控制灵活，电路简单，开关速度快，广泛应用于整流、逆变、斩波电路中，是电动机调速、发电机励磁、感应加热、电镀、电解电源、直接输电等电力电子装置中的核心部件。
这些器件构成装置不仅体积小、工作可靠，而且节能效果十分明显(一般可节电10%～40%)。
单个电力电子器件能承受的正、反向电压是一定的，能通过的电流大小也是一定的。
因此，由单个电力电子器件组成的电力电子装置容量受到限制。
所以，在实用中多用几个电力电子器件串联或并联形成组件，其耐压和通流的能力可以成倍地提高，从而可极大地增加电力电子装置的容量。
器件串联时，希望各元件能承受同样的正、反向电压；并联时则希望各元件能分担同样的电流。
电子行业电力电子器件综合概述
电子行业电力电子器件综合概述1. 引言电力电子器件是电子行业中的重要组成部分，用于控制和转换电能。
随着电力需求的不断增长，电力电子器件的应用范围也在不断扩大。
本文将对电力电子器件进行综合概述，包括其定义、分类、应用以及未来发展趋势等内容。
2. 电力电子器件的定义电力电子器件是指用于控制和转换电能的电子元件。
它可以将交流电转换为直流电，也可以将电能转换成其他形式，如机械能、光能等。
电力电子器件具有变流、变压、变频等功能，广泛应用于电力系统、工业控制、交通运输等领域。
3. 电力电子器件的分类电力电子器件根据其功能和工作原理的不同，可以分为以下几类：3.1 整流器整流器是一种将交流电转换为直流电的电力电子器件。
它使用半导体器件（如二极管、晶闸管等）将交流电的负半周或正半周去除，使输出电流呈现单向流动的特点。
整流器广泛应用于电力系统、工业设备以及电子产品中。
3.2 逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的电力电子器件。
它通过控制半导体开关器件（如晶闸管、IGBT等）的开关状态，使直流电通过电路产生交流电输出。
逆变器广泛应用于可再生能源发电系统、电动车充电桩、家用电器等领域。
3.3 变频器变频器是一种可控制交流电频率的电力电子器件。
它通过调节半导体开关器件的开关频率，可以实现对交流电输出频率的调节。
变频器广泛应用于交通运输、工业生产等领域，如交流电机调速控制、电动车驱动系统等。
3.4 开关电源开关电源是一种通过开关器件在输入端和输出端之间进行快速切换来实现电能转换的电力电子器件。
开关电源具有高效率、小体积、稳定性好的特点，广泛应用于电子产品、通信设备等领域。
4. 电力电子器件的应用电力电子器件在电力系统、工业生产、交通运输、家用电器等领域都有广泛的应用。
在电力系统中，电力电子器件被用作电网稳定器、无功补偿装置、电力质量调节器等，提高电力系统的稳定性和效率。
在工业生产中，电力电子器件被用于电机调速、电力负荷控制、短路电流限制等，提高生产效率和质量。
电力电子器件与系统
电力电子器件与系统电力电子器件与系统是电力工程领域的一个重要分支，涉及到电力转换、控制和保护等方面的技术研究与应用。
本文将从电力电子器件和系统的概念、应用领域、工作原理以及发展趋势等方面进行论述，以帮助读者全面理解和掌握电力电子技术的基本知识。
一、电力电子器件的基本概念电力电子器件是指能够实现电能的整流、变换、控制和保护等功能的电子器件。
常见的电力电子器件包括晶闸管、可控硅、MOSFET、IGBT等。
这些器件通过控制电压或电流的开关状态，将电能从一种形式转换成另一种形式，以满足不同的电力需求。
电力电子器件具有高效、可靠、灵活等特点，在工业、农业、交通、通信等领域得到了广泛的应用。
二、电力电子器件的应用领域1. 电力系统电力电子器件在电力系统中的应用十分广泛。
它们可以用于电力输配电、电力负荷控制、电力变换和调节等方面。
比如，柔性交流输电技术就是利用大功率晶闸管和换流变换技术实现的，能够提高输电效率，降低线路损耗。
另外，电力电子器件还能实现对电力系统的稳定控制和保护，提高系统的可靠性和安全性。
2. 新能源随着新能源的快速发展，电力电子器件在风电、太阳能等新能源发电系统中的应用也越来越广泛。
电力电子器件可以将不稳定的新能源输出电能转换为稳定的交流电能，并通过逆变器等设备实现对新能源发电系统的功率调节和并网运行控制。
这种技术不仅可以提高新能源发电系统的利用率和可靠性，还可以减少对传统能源的依赖，具有重要意义。
3. 电动汽车电力电子器件在电动汽车领域的应用也十分重要。
电力电子器件可以实现电动汽车电池充电、电能变换和电机控制等功能。
通过电力电子器件的控制，可以实现对电动汽车电池的快速充电和有效管理，提高电动汽车的运行效率和续航里程。
此外，电力电子器件还可以控制电动汽车电机的转速和扭矩，提高汽车的操控性能。
三、电力电子系统的工作原理电力电子系统是由多个电力电子器件和控制电路组成的复杂系统。
这些器件和电路通过合理的连接和控制方式，实现对电能的转换和控制。
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学习要点:
1. 最重要的是掌握其基本特性。 2. 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。 3. 可能会主电路的其它电路元件有特殊的要求。
小结：
导论： 电力电子学科的形成 电力电子技术的发展 电力电子技术应用的经济意义 电力变换的类型 电力电子技术课程的学习要求
实现了光-电-光的传输
使用注意：
各自接地，各自接电源
三. 电力电子器件的分类
1. 按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。 全控型器件（IGBT,MOSFET) ——通过控制信号既可控制其导通又可控制其关 断， 又称自关断器件。 不可控器件(Power Diode) ——不能用控制信号来控制其通断, 因此也就不需要驱 动电路。
2. 按照驱动电路信号的性质，分为两类：
电流驱动型
——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。
电压驱动型
——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。
四. 本章学习内容与学习要点
本章内容:
介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和 使用中应注意的一些问题。
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态。（开关器件的条件） (3) 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 (4) 电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般 都要安装散热器。
(5) 电力电子器件的损耗 通态损耗 主要损耗 断态损耗
开通损耗
开关损耗
关断损耗
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，开关损耗可能成为器件功率损 耗的主要因素。
二. 应用电力电子器件系统组成
电力电子系统：由控制电路、驱动电路、保护电路 和以电力电子器件为核心的主电路组成。
在主电路 和控制电 路中附加 一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
控 制
检测 电路 保护 电路
V1 L R
控制电路
电
路
驱动 电路
V2
主电路
电气隔离
光电耦合器
把发光器件和光敏器件按适当方式组合，就可以实现 以光信号为媒介的电信号变换。采用这种组合方式制成的 器件称为光电耦合器。
电力电子技术
电子技术论坛
电力电子器件概述
一. 电力电子器件的概念和特征 二. 应用电力电子器件的系统组成 三. 电力电子器件的分类 四. 本章内容和学习要点
一. 电力电子器件的概念和特征
1. 概念:
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
2. 分类:
电真空器件 半导体器件 (汞弧整流器、闸流管) (采用的主要材料硅）仍然
3. 同处理信息的电子器件相比的一般特征
(1) 能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。