电力电子元器件的学习与应用讲义论文报告.docVIP

第1章 绪论 电力电子技术已成为一门新兴的高新技术学科，是一门利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。在以后电力电子元器件充当了很重要的角色，所以说学习电力电子元器件很有必要。 1.1电力电子元器件的概念和特征 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被称为主电路（Main power Circuit）。电力电子器件（Power Electronic Device）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。 由于电力电子器件直接用于处理电能的主电路，因而同处理信息的电子器件相比，它一般具有如下特征： 1.处理电功率的能力大 电力电子元器件处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。电力电子元器件能够承受高电压和大电流，所以，电压和电流是电力电子元器件的两个最重要参数。 2.工作在开关状态 电力电子元器件处理的电功率较大，所以为减少损耗，提高效率，电力电子元器件在工作时处于开关状态。导通时阻抗很小，接近于短路，两端的压降接近于零，而电流由外电路决定；阻断时阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，而管子两端的电压由外电路决定。 3.需要由信息电子电路来控制 由于电力电子元器件处理的电功率较大，因此不能直接用普通的电子电路信号来控制电力电子元器件的导通或关断，而是需要一个中间环节对普通的电子电路信号进行放大处理，从而实现弱电对强电的控制，这就是所谓的电力电子元器件驱动电路。 4.需要安装散热器 电力电子器件虽然工作在开关状态，但其在导通或阻断状态下，并不是处于理想的短路或开路。加在电力电子元器件上的电压和流过它的电流较大，所以，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。开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗。为了使电力电子器件不至于因损耗导致器件温度过高而损坏，不仅器件在封装时要安装散热器，而且还要考虑器件在工作时散热器的安装问题。 1.2电力电子元器件分类 1．按器件被控程度分类 （1）不可控器件 这类器件一般为两端器件，一端是阳极，另一端是阴极。具有单向导电性。 其开关操作取绝于其在主电路中施加在阳、阴极间的电压和流过它的电流，正向电压使其导通，负向使其关断，流过它的电流是单向的。不可控器件不能用控制信号来控制通断，因此也不需要驱动电路。这类器件就是功率二极管（Power Diode),也称为电力二极管。 （2）半控型器件 这类器件是端器件，除阳极和阴极外，还增加了一个控制门极。半控型器件也具有单向导电性，但开通不仅需要在其阳、阴极间施加正向电压，而且还必须在门极和阴极间施加正向控制电压。门极和阴极间的控制电压不仅控制其开通个不能控制其关断，器件的关断是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。这类通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的器件称为半控型器件。半控型器件是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 （3）全控型器件 这类器件也是带有控端的端器件，其控制端不仅可控制其开通，还能控制其关断。这类通过控制信号既要控制其导通又要控制其关断的器件你为全控型器件，又称为自关断器件。这类器件很多，包括门极关断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅晶体管（IGBT）。目前常用的是功率MOSFET和IGBT。 2.按控制信号的性质分类 （1）电流驱动型器件---通过从控制注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制。例如晶闸管、GTO、GTR； （2）电压驱动型器件---仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号来实现导通或者关断的控制。例如IGBT、MOSFET； 按驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类 （1）脉冲触发型--不需要持续施加控制端信号维持开通或关断（如：晶闸管） （2）电平控制型--需要持续施加控制端信号开通或关断（如：MOSFET、IGBT) 4.按参与导电的情况分类 接照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子元器件可分为三类：①由一种载流子参与导电的器件称为单极型器件；②由电子和空穴两种载流子参与导电的器件称为双极型器件；③由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件称为复合型器件。 单极型器件--电力二极管、晶闸管、GTR、GTO；双极型器件有--IGBT、MOSFET, 复合型器件--MCT(MOS控制晶闸管)。 1.3电力电子元器件的发展历程 ?1876年 发明硒整流器。 1896年 发