电力电子一页纸3

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1、a、a，电力电子器件 般都丄TF在开关状态 1 晶闸管导通条件： 晶闸管承受正向P 口极电压，并在I极施加触发电流（脉冲丿。或：U 0 且 U 0。2.维持晶闸管导通口T条件使晶闸 管口 T电流大丁能保持晶闸 管导通的最小电流即维持电流。使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于曇的某一数值以下即降到维持电流以下，可使导通的晶闸管关断。5GT0 特点和普通晶闸管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管VI、V2,分别具有共基极电流增益a和a?,由普通晶闸管的分析可得，a+a2=l是器件临界导通的条件。a, + a2 1,两 个等效晶体管

2、过饱和而导通；a, + a2 a时a2较大，这样晶体管V2控制灵敏，易于GTO关断；2）GT0导通时的a+a更接近于，普通晶闸管a+ a?打5,而GTO则为a+ a?1.05,GTO的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；3）多元集成结构使每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。7.驱动 特点：IGBT驱动电路具有较小的输出电阻，IGBT是电压驱动型器件，IGBT的驱动多采用专用的混合集成驱动器。GTR驱动电路提供的驱动电流有足够陡的前沿，并有一定的过冲，这样可加速开 通过程，减小开通损

3、耗，关断时，驱动电路能提供幅值足够大的反向基极驱动电流，并加反偏截止电压，以加速关断速度。 GTO 要求其驱动电路提供的驱动电流的前沿应有足够的幅值和陡度，且 一般需要在整个导通期间施加正门极电流，关断需施加负门极电流，幅值和陡度要求更高，其驱动电路通常包括开通驱动电路，关断驱动电路和门极反偏电路三部分。电力MOSFET要求驱动电路 具有较小的输入电阻，驱动功率小且电路简单。&全控型器件缓冲电路的主要作用是抑制器件的内因过电压，du/dt或过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。RCD缓冲电路中，各元件的作用是：开 通时，Cs经Rs放电，Rs起到限制放电电流的作用；关断时，负载电流经VDs从C

4、s分流，使du/dt减小，抑制过电压。9器件比较.IGBT开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力， 通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小；开关速度低于电力MOSFET，电压，电流容量不及GTO。GTR耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低；开关速度低，为电 流驱动，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题。GTO电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强；电流关断增益很小，关断时门极负脉冲电流大， 开关速度低，驱动功率大，驱动电路复杂，开关频率低。电力MOSFET开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，

5、工作频率高，不存在二次击穿问题；电流容量小， 耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。9三相半波整流电路的共阴极接法与共阳极接法，a、b两相之间换相的的自然换相点不是同一点。它们在相位上相差180。10有两组 三相半波可控整流电路，一组是共阴极接法，一组是共阳极接法，若它们的触发角都是a，则共阴极组的触发脉冲与共阳极组的触发脉冲对同一相来说，若为a相，在相位上差180 29逆变运行时， 若发生换流失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联，由于逆变电路内阻很小，形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。 逆变失败的原因： 1触

6、发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。 2晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 3交流电 源缺相或突然消失。4换相的裕量角不足，引起换相失败。防止逆变失败的方法：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管，保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角p等。24整流电 路多重化的目的一使装置总体的功率容量大，二减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。26变流器工作于有源逆变状态的条件直流侧要有电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一 致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；要求晶闸管的控制角a n /2,使Ud为负值。30单

7、相桥式全控整流电路电阻负载时晶闸管移相范围是0 180。，电感负载时0 90。三相桥式全控 整流电路电阻负载时是 0 120，电感负载时，是0 90。 3交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，控制方式不同。前者在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。后者将负载与 交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。前者用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用 于异步电动机调速。在供用电系统中，常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。如

8、采用晶闸管相控整流电路 高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不 太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。后者常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流 电源的每个周期进行频繁控制。 1有源逆变电路的交流侧接电网，即交流侧接有电源。无源逆变电路的交流侧直接和负载联接。 2换流器件换流：利用全控器件的自关断能力进行换流。全控型器件。 电网换流：电网提供换流电压，只要把负的电网电压加

9、在欲换流的器件上即可。负载换流：由负载提供换流电压，负载为电容性负载即负载电流超前于负载电压时，可实现负载换流。强迫换流：设 置附加换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反向电压换流称为强迫换流。通常利用附加电容上的能量实现，也称电容换流。晶闸管电路不能用器件换流，由电路形式的不同采用电网换流、负载换 流和强迫换流3种方式。3直流侧是电压源的称为逆变电路称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的逆变电路称为电流型逆变电路。前者特点：直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。 直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，且与负载阻抗角无关。而交流侧输

10、出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。后者特点是：直流侧串联有 大电感，相当于电流源。直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流侧 输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。因为反馈无功能量时直流电流并不反向，因此不必像电压型 逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。 8

11、逆变电路多重化的目的之一是使总体上装置的功率等级提高，二是可以改善输出电压的波形。串联多重是把几个逆变电路的输出串联起来，并联多重 是把几个逆变电路的输出并联起来。串联多重逆变电路多用于电压型逆变电路的多重化。并联多重逆变电路多用于电流型逆变电路得多重化.故障：1正常晶闸管导通120。，无论少哪两个连续的波 头，则是有一个晶闸管没有导通，或者是管子损坏造成桥臂断路，或者是没有触发脉冲。例少了 Uba、Uca是共阳极联结组a相的VT4管没有导通，少了 Uab、Uac说明是共阴极联结组a相的VT1 管没有导通。2少了一个波。在3 t1时不能正常换相，到3 t2时才恢复，3 t13 t2为60，说明

12、有个晶闸管仅导通了 60，不会是桥臂断路，问题在触发电路。由三相全控桥的触发电路为双窄脉冲的 特点，3 t1时未导通说明主脉冲丢失，3 2时导通是补脉冲的作用。3每个周期只有连续两个波头，少了连续四个波头。都说明是属于同一连接组（共阴极组或共阳极组）不同相的两个桥臂断路。例少了 Uab、Uac、Ubc、Uba是共阴极连接组的VT1、VT3管所在桥臂断路；少了 Uba、Uca、Ucb、Uab是共阳极连接组的VT4、VT6管所在桥臂断路。4每个周期少了四个不是连续波头，而是 每半个周期有一个，再连续少两个。上、下半周期是相同的两相电源导电，电源相电流方向相反，类似于单相桥。故障为交流侧某相断路或某

13、相上下两个桥臂同时断路。例只有Uab、Uba两个波头， 是C相断路或C相上下两个桥臂同时断路。5六个波头中，无论少了哪三个连续波头，是两个不同相的桥臂断路，一个属于共阴极组，一个属于共阳极组。是VT2、VT3管所在桥臂断路b例少了 Uac、Ubc、Uba 三个波头，说明dV1g4b（O一 z_ 一 z_ 一 厶 7 Z述bzfLt DDuuuuu1=4i i于*7! t,_Z了bCD7 7 ZiDMXPyKL*D DDDDMb)O a 031iiD2 V2c uWO d uUOUdfeuNUOOg iiUOh OdtUU63ttKLvr25oa图 7-23PN结：PN结的反向击穿：雪崩击穿，齐

14、纳击穿，均可能导致热击穿。PN结的电荷量随外加电压而变化，呈现电容效应，称为结电容q,又称为微分电容。结电容按其产生机制和作用的差别分为势垒电 容C和扩散电容C。电容影响PN结的工作频率，尤其是高速的开关状态。电力二极管：延迟时间：t = t-1,电流下降时间：t= t-t，反向恢复时间：t = t + t，恢复特性的软度：下降时间与延迟时间的 B D d 1 0 f 2 1 rr d f比值tlt，或称恢复系数，用S表示晶闸管：延迟时间td，上升时间t，开通时间t=td+ t。反向阻断恢复时间t正向阻断恢复时间t。关断时间t=t+t。额定电压Utn=(23)Um通态平均电流:f drdrgt

15、 d rrrgrt q rr grTNM在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值:I =(1.52.0)I/1.57按有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流I使晶闸管维持导 通所必需的最小电流。擎住电流IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。浪涌电流I 指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载 电流。GTO:储存时间t:使等效晶体管退出饱和.下降时间tf尾部时间t残存载流子复合。tf比t小得多，而t比t要长。门极负脉冲电流幅值越大，t越短.开通时间t关断时间t GTR 一次击

16、穿：集电 极电压升高至击穿电压时，Ic迅速增大。只要Ic，GTR 般不会损坏,工作特性也不变。二次击穿：一次击穿发生时，Ic突然急剧上升，电压陡然下降。常常立即导致器件的永久损坏，或者工作特性明 显衰变 。 1 外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因。操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起：雷击过电压：由雷击引起。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程。换相过 电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感 应出的过电压。保护：电子电路作为第一保护

17、措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。关断缓冲电路( du/dt 抑 制电路)一吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路(di/dt抑制电路)一抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路一关断缓 冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路。动态均压措施：选择动态参数和特性尽量一致的器件。用RC并联支路作动态均压采用门极强脉冲触发可以显著 减小器件开通时间的差异。匀流措施：挑选特性参数尽量一致的器件。采用均流电抗器。用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。电力MOSFET 并联运行的特点Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容易并联。IGBT并联运行的特点：在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负温度系数。相控方式：通过控制触发脉冲的相位 来控制直流输出电压大小的方式。