电气工程讲座电能质量问题和治理方法.ppt

电容器组冲能引起的低频瞬变振荡现象 整流装置引起的谐波电流 电能质量的检测与分析 电能质量检测技术概述 傅立叶级数 瞬时无功功率理论 瞬时有功功率和瞬时无功功率 瞬时有功电流和瞬时无功电流 电力电子技术 电力电子技术概要 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。 它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 电力电子技术的发展 在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。 晶闸管（GTR） 晶闸管的结构 晶闸管是具有四层PNPN结构、三端引出线(A、K、G)的器件。常见晶闸管的外形有两种：螺栓型和平板型。 晶闸管的结构和等效电路如图1-4 所示，晶闸管的管芯是P1N1P2N2四层半导体，形成3个PN结J1、J2和J3。 晶闸管的派生器件 1. 快速晶闸管 快速晶闸管的关断时间≤50μs，常在较高频率(400HZ)的整流、逆变和变频等电路中使用，它的基本结构和伏安特性与普通晶闸管相同。目前国内已能提供最大平均电流1200A、最高断态电压1500 V的快速晶闸管系列，关断时间与电压有关，约为25μs～50μs 。 2. 双向晶闸管 双向晶闸管不论从结构还是从特性方面来说，都可以看成是一对反向并联的普通晶闸管。在主电极的正、反两个方向均可用交流或直流电流触发导通。 3. 逆导晶闸管 逆导晶闸管是将晶闸管和整流管制作在同一管芯上的集成元件。 4. 光控晶闸管 光控晶闸管(Light Activated Thyristor)是利用一定波长的光照信号控制的开关器件。其结构也是由P1N1P2N2四层构成。 可关断晶闸管 可关断晶闸管GTO(Gate Turn-Off Thyristor)，可用门极信号控制其关断。 目前，GTO的容量水平达6000A/6000V，频率为1kHZ。 可关断晶闸管的工作原理 (1) 开通过程 GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连，GTO与晶闸管最大区别就是导通后回路增益α1+α2数值不同。晶闸管的回路增益α1+α2常为1.15左右，而GTO的α1+α2非常接近1。因而GTO处于临界饱和状态。这为门极负脉冲关断阳极电流提供有利条件。 (2) 关断过程 当GTO已处于导通状态时，对门极加负的关断脉冲，形成－IG，相当于将IC1的电流抽出，使晶体管N1P2N2的基极电流减小，使IC2和IK随之减小，IC2减小又使IA和IC1减小，这是一个正反馈过程。当IC2和IC1的减小使α1+α21时，等效晶体管N1P2N2和P1N1P2退出饱和，GTO不满足维持导通条件，阳极电流下降到零而关断。 双极型功率晶体管(BJT) 双极型功率晶体管的结构 双极型功率晶体管的工作原理 以NPN型双极型功率晶体管为例，若外电路电源使UBC0,则集电结的PN结处于反偏状态；UBE0,则发射结的PN结处于正偏状态。此时晶体管内部的电流分布为： (1) 由于UBC0,集电结处于反偏状态，形成反向饱和电流ICBO从N区流向P区。 (2) 由于UBE0,发射结处于正偏状态，P区的多数载流子空穴不断地向N区扩散形成空穴电流IPE,N区的多数载流子电子不断地向P区扩散形成电子电流INE。 功率场效应晶体管（P-MOSFET） 功率场效应晶体管的结构 VDMOS结构采用垂直导电的双扩散MOS结构，利用两次扩散形成的P型和N+型区，在硅片表面处的结深之差形成沟道，电流在沟道内沿表面流动，然后垂直被漏极接收。 VDMOS管的衬底是重掺杂(超低阻) N+单晶硅片，其上延生长一高阻N－层(最终成为漂移区，该层电阻率及外延厚度决定器件的耐压水平) ,在N－上经过P型和N型的两次扩散，形成N+N－PN+结构。 功率场效应晶体管的工作原理 当栅源极电压UGS＝0时，漏极下的P型区表面不出现反型层，无法沟通漏源。此时即使在漏源之间施加电压也不会形成P区内载流子的移动，即VMOS管保持关断状态。 当栅源极电压UGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源，此时VMOS管仍保持关断状态。 当栅源极电压UGS或超过强反型条件时，栅极下面的硅的表面从P型反型成N型，形成N型表面层并把源区和漏区联系起来,从而把漏源沟通，使VMOS管进入导通状态。 绝缘栅双极型晶体管（IGB