第五讲电力电子器件概述、整流概述
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
电力电子技术——电力电子器件
第1章电力电子器件电子技术的基础——电子器件：晶体管和集成电路电力电子电路的基础——电力电子器件本章主要内容：简要概述电力电子器件的概念、特点和分类等问题介绍各种常用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第一节电力电子器件概述1.1.1 电力电子器件的概念和特征主电路（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。
两类中，自20世纪50年代以来，真空管仅在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、闸流管（Thyratron）等电真空器件，成为绝对主力。
因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。
电力半导体器件所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级，大至兆瓦级，大多都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。
作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替(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散发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。
电力电子器件的概念
电力电子器件的概念：直接承担电能的变换或控制的电路称为主电路。
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称为电力电子器件。
电力电子器件的特征：（1）、电力电子器件所能处理电功率的大小，所能承受的电压、电流的能力是其重要参数，一般都大于信息电子器件。
（2）、电力电子器件为减小自身损耗，提高效率，一般都工作在开关状态，通态阻搞接近于短路，电流由外电路决定；断态阻搞接近于断路，电流几乎为零，电压决定于外电路。
（3）、电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。
（4）、自由功率损耗远大于信息电子电路，需要良好的散热导热设计。
电力电子器件的系统组成：一般由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。
电力电子器件的分类：1、按能够被控制信号所控制的程度来分类：全控型：既可控制其导通，又可控制其关断（绝缘栅双极晶体管，电力MOSFET）半控型：可以控制其导通，不能控制其关断（晶闸管、其大部分派生器件）不可控型：导通与关断取决于所承受的电流、电压（电力二极管）2、按照驱动电路加在器件控制端的信号性质分类：电压驱动型、电流驱动型3、根据驱动电路加在器件控制端有效信号的波形分类：脉冲触发型、电平控制型4、按照器件内部电子的空穴参与导电的情况：单极型、双极型、复合型电力二极管特征：能承受高电压和大电流（垂直导电结构、低掺杂N区）静态特征：伏安特征动态特征：零偏、正偏、反偏时的过滤过程（图）主要参数：1、正向平均电流I F（AV），正向压降VＦ，反向重复峰值电压V RRM，最高工作结温T JM，反向恢复时间，浪涌电流。
主要类型：普通二极管（整流二极管）、快恢复二极管、有特基二极管电导调制效应：PN结通过大电流，大量空穴被注入基区，它们来不及和基区中的电子中和就到达负极，使基区电子浓度大幅增加。
——使原始基片的电阻率下降。
晶闸管：正常导通条件：晶闸管承受正向阳极电压，向门极施加触发电流。
关断条件：。
电力电子器件的工作原理与应用
电力电子器件的工作原理与应用电力电子器件是电气工程领域中的重要组成部分，它们在电力系统的运行和控制中发挥着关键作用。
本文将介绍一些常见的电力电子器件的工作原理和应用。
一、整流器整流器是将交流电转换为直流电的装置。
它的主要原理是利用电子器件的导通和截止特性，将交流电的负半周或正半周转换为直流电。
整流器广泛应用于电力系统中的电源供应、电动机驱动和电力变换等领域。
二、逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置。
它的主要原理是利用电子器件的开关特性，将直流电通过高频开关转换为交流电。
逆变器在可再生能源发电系统、电动车辆、UPS电源等领域中具有重要的应用。
三、功率半导体器件功率半导体器件是电力电子器件的核心组成部分，它们能够承受高电压和大电流，并具有良好的开关特性。
常见的功率半导体器件包括晶闸管、二极管、MOSFET和IGBT等。
它们在电力系统中的变流、变频和控制等方面发挥着重要作用。
四、电力电子变压器电力电子变压器是一种能够实现电能变换和控制的装置。
它利用电力电子器件和高频变压器的组合，实现电压和电流的变换。
电力电子变压器在电力系统中的交流输电、电力质量改善和电力调节等方面具有重要的应用。
五、电力电子控制系统电力电子控制系统是利用电力电子器件实现电力系统的控制和保护的系统。
它通过对电力电子器件的开关状态和工作参数进行控制，实现电力系统的稳定运行和优化控制。
电力电子控制系统在电力系统的稳定性、电力质量和能量利用效率等方面发挥着重要作用。
六、电力电子器件的发展趋势随着能源和环境问题的日益突出，电力电子器件正朝着高效、小型化、可靠性和智能化的方向发展。
新型材料和结构的应用、先进的制造工艺和封装技术的发展，以及智能控制和通信技术的应用，将进一步推动电力电子器件的发展。
总结：电力电子器件作为电气工程领域的重要组成部分，其工作原理和应用对于电力系统的稳定运行和控制至关重要。
整流器、逆变器、功率半导体器件、电力电子变压器和电力电子控制系统等都是电力电子器件的重要代表。
现代电力电子技术第五讲
反并联二极管为其提供释放能量的通道
反并联二极管后，只要负载两端电压
（直流侧）低于交流侧两端电压值，则二 极管导通（正半周期VD1、VD4导通，负半 周期VD2、VD3导通），全控型器件被旁路， 整流工作状态与二极管整流电路完全相同， 对全控型器件进行PWM控制失去作用。只 有在直流侧电压Ud 大于交流侧电压时，二 极管才不会导通，全控型器件组成的桥式 电路才可以正常工作，故为升压整流。
矩阵式变频电路拓扑
Ua
Ub
UC
Sau
Sbu
SCU
UU
Sav
Sbv
Scv Uv
Saw
Sbw
SCW
UW
图5.38 三相矩阵式变频电路
图5.39 一种双向开关单元
在任一时刻，输出三相中的任一相都可以通 过交流开关与三相电源的任一相连接 。以U相为 例，可以通过Sau、Sbu 、SCU的通断控制使UU等 于Ua 、Ub 或者UC，但三个开关同时只能有一个 导通，否则会造成电源短路。这样输出UU 就是由 输入电源Ua 、Ub 、UC三相电压的片段组合而成， 只要开关频率足够高。选择合适的导通时刻与合 适的导通时间，UU就可以为预期所希望输出频率 的交流电了。
现代电力电子技术 第五讲
PWM变流电路
基本的PWM变流电路： PWM逆变电路 直流斩波电路 PWM整流电路 矩阵式变频电路
5.1 PWM逆变电路 应用PWM控制技术的逆变电路
5.1.1 单相桥式PWM逆变电路 单极性控制、双极性控制
电路结构
+
VT1
VD1 VT3
VD3
RL
.电力电子器件
性能上的不同是由半导体物理结构和工艺上的差别 造成的。
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）的整流电路中 其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关
第1章 电力电子器件
1.1 电力电子器件概述 1.2 不可控器件——电力二极管 1.3 半控型器件——晶闸管 1.4 典型全控型器件 1.5 其他新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用 小结
第1章 电力电子器件 引言
电子技术的基础 电子器件：晶体管和集成电路
指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压
通常是其雪崩击穿电压UB的2/3 使用时，往往按照电路中电力二极管可能承受的反
向最高峰值电压的两倍来选定
1.2.3
电力二极管的主要参数
4. 最高工作结温TJM
结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示。 最高工作结温是指在PN结不致损坏的前提下所能
• 电导调制效应起作用需一定的时间来储存大量少子， 达到稳态导通前管压降较大。
• 正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压 降。电流上升率越大，UFP越高 。
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（简称壳温，用TC表 示）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)
电力二级管电流
0.005
0.01
0.0150.02Biblioteka 0.0250.03
电子行业电力电子器件相关资料
电子行业电力电子器件相关资料1. 介绍电力电子器件是电子行业中的重要组成部分，主要用于控制和转换电力。
它们在电力传输、变换和分配中发挥着关键的作用。
本文档将介绍电力电子器件的主要类型、工作原理、应用领域以及相关的技术资料。
2. 电力电子器件的类型电力电子器件广泛应用于各个领域，包括能源转换、电力传输、电机控制等。
以下是一些常见的电力电子器件类型：2.1 变流器变流器是将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电的装置。
主要包括整流器和逆变器两种类型。
整流器将交流电转换为直流电，逆变器将直流电转换为交流电。
2.2 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置。
它通常用于交流电到直流电的转换，例如太阳能电池板和风力发电机输出的直流电转换为交流电以供家庭和工业使用。
2.3 储能器储能器是一种能够存储电能并在需要时释放的装置。
它通常用于平衡电力的供应和需求之间的不匹配，以及在电力系统中储存和释放能量。
2.4 整流器整流器是将交流电转换为直流电的装置。
它常用于将交流电转换为直流电以供稳定的电力需求。
2.5 逆变器逆变器是将直流电转换为交流电的装置。
它常用于将直流电转换为交流电以供各种电力设备使用。
3. 电力电子器件的工作原理电力电子器件的工作原理基于不同的电力转换和控制原理。
以下是一些常见的电力电子器件及其工作原理：3.1 变流器的工作原理变流器将交流电转换为直流电或将直流电转换为交流电，其工作原理基于开关器件的使用。
开关器件在不同的状态下打开和关闭，从而控制电流的流动。
逆变器将直流电转换为交流电，其工作原理也基于开关器件的使用。
开关器件通过调整开关频率和占空比来实现对输出波形的控制。
3.3 储能器的工作原理储能器通过将电能存储在电容或电感器中，并在需要时释放，实现对电力系统的能量平衡。
其工作原理基于能量的存储和释放。
整流器将交流电转换为直流电，其工作原理基于半导体器件的整流特性。
半导体器件只允许电流在一个方向上流动，从而实现对交流电的整流。
电力电子(整流、逆变)
特点：负载电流断续，晶闸管导 通角小于120 。
电力电子技术
2-16
电力电子技术
2-2
1 单相可控整流电路
1.1 单相半波可控整流电路 1.2 单相桥式全控整流电路 1.3 单相全波可控整流电路 1.4 单相桥式半控整流电路
电力电子技术
2-3
1.1单相半波可控整流电路
(Single Phase Half Wave Controlled Rectifier)
1）带电阻负载的工作情况
1
Ud 2
2U2 sin td(t)
2U
2
2
(1
cos
)
0.45U
2
1
cos
2
负载电流平均值
Id
Ud R
晶闸管电流平均值 负载电流有效值
I dT
Id
Ud R
I
1
(
2U 2 sin t)2 d (t) U 2
1 sin 2
VD2
VD4
如此即成为单相桥式半控 整流电路。
(DT1,VD4), (DT1,VD2),
(DT3,VD2), (DT3,VD4), 半控电路输出电压与全 控电路在电阻负载时的 工作情况相同。
单相桥式半控整流电路，无续流二极管，
阻感负载时的电路及波形
d
电力电子技术
2-11
单相半控桥带阻感负载
在 u2 正 半 周 ， u2 经 VT1 和 VD4 向负载供电。
假设电路已工作于稳态，id的 平均值不变。
假设负载电感很大，负载电流 id连续且波形近似为一水平线。
电子行业整流电路电力电子
电子行业整流电路电力电子引言电力电子作为电子行业中的重要组成部分之一，扮演着将电能从一种形式转换为另一种形式的角色。
整流电路是其中的一种重要电力电子设备，它可以将交流电转换为直流电。
本文将对电子行业中的整流电路进行详细介绍和分析。
整流电路的基本原理整流电路是通过使用一些特定的器件，如二极管或晶闸管，将交流电变为直流电的电路。
它可以将交流电的正半周期或负半周期转换为直流电，从而实现电能的有效利用。
通常情况下，交流电的频率较高，而大部分的电子设备需要直流电来运行，因此整流电路在电子行业中起着至关重要的作用。
整流电路的分类根据整流电路的输出特性和工作方法，可以将其分为以下几种类型：1.单相半波整流电路：单相半波整流电路是最简单的整流电路之一，它只能将输入电流的正半周期转换为直流电。
该电路主要由一个二极管和一个负载组成，它的输出为输入电流的正半周期。
2.单相全波整流电路：单相全波整流电路可以将输入电流的正半周期和负半周期都转换为直流电。
相对于半波整流电路，全波整流电路的输出电压更加稳定，纹波更小。
3.三相整流电路：三相整流电路是将三相交流电转换为直流电的电路。
它由三相变压器、整流桥和滤波电路组成。
三相整流电路在电压平衡、输出稳定性方面具有优势，因此在工业领域被广泛应用。
整流电路的应用领域整流电路在电子行业中有广泛的应用。
主要应用领域包括但不限于：1.消费电子产品：包括手机、电视、音响等家电产品，这些产品通常需要稳定的直流电才能正常工作。
2.电力系统：整流电路在电力系统中被用于变换电能的形式，例如将交流电转换为直流电进行输电或储能。
3.工业自动化：许多工业自动化设备需要直流电作为动力源，整流电路在这些设备中起着重要的作用。
4.新能源领域：太阳能和风能等新能源的发电过程中产生的电能通常是交流电，整流电路用于将其转换为直流电以供使用。
整流电路的优化和改进为了提高整流电路的效率和稳定性，研究人员不断进行优化和改进。
电力电子器件
第1章1.1 电力电子器件概述1.2 不可控器件——电力二极管1.3 半控型器件——晶闸管1.4 典型全控型器件1.5 其他新型电力电子器件1.6 电力电子器件的驱动1.7 电力电子器件的保护1.8 电力电子器件的串联和并联使用本章小结第1章概念特点分类工作原理基本特性主要参数1.11.1.1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1.1.4本章内容和学习要点电力电子器件开通损耗：开关损耗：关断损耗：控制电路驱动电路主电路控制电路检测电路驱动电路RL主电路V1V2图1-1 电力电子器件在实际应用中的系统组成控制电路检测电路电气隔离保护电路主电路控制端三类半控型器件1.1.3➢绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor ——IGBT ）➢电力场效应晶体管（电力MOSFET ）➢门极可关断晶闸管（GTO ）不可控器件➢电力二极管（Power Diode ）➢只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
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。
➢晶闸管（Thyristor ）及其大部分派生器件➢器件的关断由其在主电路中承受的电压和电流决定全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。
不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。
1.1.3两类三类1.1.4工作原理基本特性主要参数驱动保护和串并联使用基本特性1.2.1PN结与电力二极管的工作原理1.2.2电力二极管的基本特性1.2.3电力二极管的主要参数1.2.4电力二极管的主要类型AKA Ka)IKAP NJb)c)图1-2 电力二极管的外形、结构和电气图形符号图1-3 PN 结的形成扩散运动和漂移运动最终达到动态平衡，正、负空间电荷量达到稳定值，形成了一个稳定的由空间电荷构成的范围，被称为空间电荷区，按所强调的角度不同也被称为耗尽层、阻挡层或势垒区。