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第1章 电力电子器件概述(第一部分)(2)
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 1.1.4 本章内容和学习要点
华东理工大学
1-3
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
电力电子器件
1）概念:
电力电子器件（Power Electronic Device）
——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件。
主电路（Main Power Circuit）
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
V1 L R
V2
主电路
电气隔离 图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
华东理工大学
1-7
注重对器件的保护：通常采用吸收（缓冲） 保护电路（ Snubber ）来限制器件的 du/dt 和di/dt，减小由于大电流跃变在引线（寄 生）电感上形成的反电势尖峰，以防器件 过压击穿。 需要驱动与隔离：强、弱电系统之间电气 隔离，不共地，消除相互影响，减小干扰， 提高可靠性。
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。
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1-6
1.1.2 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
控 制 控制电路 电 路 检测 电路 保护 电路 驱动 电路
额定电流 —— 在指定的管壳温度和散热条件下， 其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应 按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留 有一定的裕量。 在工频正弦半波的情况下：
平均值 IF(AV) 有效值 1.57 IF(AV)
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(32)
电力电子器件
目 录
• 电力电子器件概述 • 电力电子器件的基本原理 • 常见电力电子器件介绍 • 电力电子器件的特性分析 • 电力电子器件的应用实例
01 电力电子器件概述
定义与分类
定义
电力电子器件是用于转换、控制和利 用电能的电子器件，主要用于电力系 统的发电、输电、配电和用电环节。
分类
按照工作频率可分为低频电子器件和 高频电子器件；按照控制功能可分为 电力控制电子器件和电力主控电子器 件。
用于分布式发电和微电网的 支持
电力电子器件可以实现分布式发电和微电网的并网 和离网运行，提高电网的可靠性和稳定性。
用于智能电表的通信和控 制
电力电子器件可以实现智能电表的无线通信 和控制功能，提供实时、准确的用电数据和 远程控制功能。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
集成化
将多个电力电子器件集成在一 个芯片上，实现高密度集成和
模块化。
智能化
引入人工智能和物联网技术， 实现电力电子系统的智能化控
制和监测。
高效化和绿色化
提高电力电子系统的效率和可 靠性，降低能耗和排放，实现
可持续发展。
02 电力电子器件的基本原理
工作原理
电力电子器件是一种能够控制大功率电能的电子器件，通过控制电流和电压来实现 对电能的转换和优化。
应用
绝缘栅双极晶体管广泛应用于各种高频率、大功率的电机 控制和电源供应等领域，如风电变流器、电动汽车驱动系 统和轨道交通牵引系统等。
04 电力电子器件的特性分析
伏安特性
正向伏安特性
描述电力电子器件在正向 偏置下的电压-电流关系， 通常呈线性或非线性关系。
反向伏安特性
描述电力电子器件在反向 偏置下的电压-电流关系， 通常表现为高阻抗。
目 录
• 电力电子器件概述 • 电力电子器件的基本原理 • 常见电力电子器件介绍 • 电力电子器件的特性分析 • 电力电子器件的应用实例
01 电力电子器件概述
定义与分类
定义
电力电子器件是用于转换、控制和利 用电能的电子器件，主要用于电力系 统的发电、输电、配电和用电环节。
分类
按照工作频率可分为低频电子器件和 高频电子器件；按照控制功能可分为 电力控制电子器件和电力主控电子器 件。
用于分布式发电和微电网的 支持
电力电子器件可以实现分布式发电和微电网的并网 和离网运行，提高电网的可靠性和稳定性。
用于智能电表的通信和控 制
电力电子器件可以实现智能电表的无线通信 和控制功能，提供实时、准确的用电数据和 远程控制功能。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
集成化
将多个电力电子器件集成在一 个芯片上，实现高密度集成和
模块化。
智能化
引入人工智能和物联网技术， 实现电力电子系统的智能化控
制和监测。
高效化和绿色化
提高电力电子系统的效率和可 靠性，降低能耗和排放，实现
可持续发展。
02 电力电子器件的基本原理
工作原理
电力电子器件是一种能够控制大功率电能的电子器件，通过控制电流和电压来实现 对电能的转换和优化。
应用
绝缘栅双极晶体管广泛应用于各种高频率、大功率的电机 控制和电源供应等领域，如风电变流器、电动汽车驱动系 统和轨道交通牵引系统等。
04 电力电子器件的特性分析
伏安特性
正向伏安特性
描述电力电子器件在正向 偏置下的电压-电流关系， 通常呈线性或非线性关系。
反向伏安特性
描述电力电子器件在反向 偏置下的电压-电流关系， 通常表现为高阻抗。
电力电子技术之电力电子器件概述
导调制效应起作用所需的大量
u
少子需要一定的时间来储存，
F
在达到稳态导通之前管压降较 2V
大；正向电流的上升会因器件 自身的电感而产生较大压降。 0
t fr
t
电流上升率越大，UFP越高。
电力二极管的动态过程波形 b) 零偏置转换为正向偏置
（3） 电力二极管的主要参数
1）正向平均电流IF(AV)
指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简
☞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. 应用电力电子器件的系统组成
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。
◆PN结的电容效应称为结电容CJ，又称为微分电容。 按其产生机制和作用的差别分为势垒电容CB和扩
散电容CD 。
势垒电容只在外加电压变化时才起作用，外加电 压频率越高，势垒电容作用越明显。在正向偏置时， 当正向电压较低时，势垒电容为主。
扩散电容仅在正向偏置时起作用。正向电压较高 时，扩散电容为结电容主要成分。
转折
电压
Ubo
IH
IG2 IG1
IG=0
O
U DRM U bo +UA
U DSM
如果门极电流为零，并且阳极
电流降至接近于零的某一数值IH以
下，则晶闸管又回到正向阻断状态，
IH称为维持电流。
动态特性
◆因为结电容的存在，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。
第1章 电力电子器件概述54154精品
1) 普通二极管（General Purpose Diode）
又称整流二极管（Rectifier Diode） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路 其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 DATASHEET
1-23
1.2.4 电力二极管的主要类型
2) 快恢复二极管 （Fast Recovery Diode——FRD）
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 (汞弧整流器、闸流管)
半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然
1-5
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：
能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子 器件。 电力电子器件一般都工作在开关状态。 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 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。
图1-5(b)关断过程
开通过程：
u i
正向压降先出现一个过冲UFP，经 UFP
iF
过一段时间才趋于接近稳态压降的
某个值（如 2V）。
2V
uF
正向恢复时间tfr。 电流上升率越大，UFP越高 。
0
tfr
t
图1-5(b)开通过程
1-19
1.2.3 电力二极管的主要参数
1) 正向平均电流IF(AV) 额定电流——在指定的管壳温度和散热 条件下，其允许流过的最大工频正弦半 波电流的平均值。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使 用时应按有效值相等的原则来选取电流 定额，并应留有一定的裕量。
本章小结及作业
又称整流二极管（Rectifier Diode） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路 其反向恢复时间较长 正向电流定额和反向电压定额可以达到很高 DATASHEET
1-23
1.2.4 电力二极管的主要类型
2) 快恢复二极管 （Fast Recovery Diode——FRD）
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 (汞弧整流器、闸流管)
半导体器件 (采用的主要材料硅）仍然
1-5
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：
能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子 器件。 电力电子器件一般都工作在开关状态。 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 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。
图1-5(b)关断过程
开通过程：
u i
正向压降先出现一个过冲UFP，经 UFP
iF
过一段时间才趋于接近稳态压降的
某个值（如 2V）。
2V
uF
正向恢复时间tfr。 电流上升率越大，UFP越高 。
0
tfr
t
图1-5(b)开通过程
1-19
1.2.3 电力二极管的主要参数
1) 正向平均电流IF(AV) 额定电流——在指定的管壳温度和散热 条件下，其允许流过的最大工频正弦半 波电流的平均值。 IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使 用时应按有效值相等的原则来选取电流 定额，并应留有一定的裕量。
本章小结及作业
电力电子器件概述共120页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
电力电子器件概述
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
1电力电子器件概述
U
图1-4 电力二极管的伏安特性
2) 动态特性
半导体电力二极管的开关特性
开关过程，由导通状态转为阻
断状态并不是立即完成，它要 经历一个短时的过渡过程；
此过程的长短、过渡过程的波
状态： 导通、阻断
形对不同性能的二极管有很大 差异；
理解开关过程对今后选用电力
过程：
开通、关断
电子器件，理解电力电子电路 的运行是很有帮助的，因此应 对二极管的开关特性有较清晰 的了解。
（2）最大允许全周期均方根正向电流的定义：
当二极管流过半波正弦电流的 平均值为IFR时，与其发热等效 的全周期均方根正向电流IFrms称 为最大允许全周期均方根正向 电流。 当正弦半波电流的峰值为Im时，它可用下式计算：
I Frms
1 T /2 2 2 I sin ( t )dt 0 m T
3）肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极 管称为肖特基势垒二极管
肖特基二极管的弱点 反向耐压提高时正向压降会提高，多用于200V以下。 反向稳态损耗不能忽略，必须严格地限制其工作温度。 肖特基二极管的优点 反向恢复时间很短（10~40ns）。 正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲。 反向耐压较低时其正向压降明显低于快恢复二极管。 效率高，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还小。
主电路（Main Power Circui
——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）
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。
(2) 电力电子器件一般都工作在开关状态。（开关器 件的条件）
第1章 电力电子器件概述54332 113页PPT文档
在主电路
和控制电
路中附加
控
制
控制电路
电
检测 电路
保护 电路
V1 LR
一些电路， 以保证电 力电子器 件和整个 系统正常 可靠运行
路
驱动 电路
V2 主电路
电气隔离
图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成
7
1.1.3 电力电子器件的分类
按器件受控程度可分为以下三类：
半控型器件（Thyristor） ——通过控制信号可以控制其导通而不
电真空器件 (汞弧整流器、闸流管)
半导体器件 (采用的主要材料硅）
4
1.1.1 电力电子器件的概念和特征
3）同处理信息的电子器件相比的一般特征： 处理电功率的能力远大于处理信息的电子器件。 电力电子器件一般都工作在开关状态。 电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。 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。
2V
uF
电流上升率越大，UFP越高 。
0
tfr
t
图1-5(b)开通过程
18
1.2.3 电力二极管的主要参数
1) 正向平均电流IF(AV)
额定电流——在指定的管壳温度和散热条件下，其 允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。
IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按
有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定 的裕量。
A
G
KK
A A
G
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号