10. 电力电子技术电力电子技术10.1 10.1 电力半导体器件电力半导体器件10.2 10.2 单相可控整流电路单相可控整流电路10.3 10.3 逆变器逆变器本章内容安排：本章内容安排：第十章第十章 电力电子技术电力电子技术重点和难点重点和难点重点：重点： 晶闸管的导通与关断条件，可控性。晶闸管的导通与关断条件，可控性。难点：难点： （1）整流电路接电感性负载、电动势负载时的工作情况；）整流电路接电感性负载、电动势负载时的工作情况； （2）逆变器的工作原理。）逆变器的工作原理。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件 利用半导体电力开关器件与其相应的控制电路利用半导体电力开关器件与其相应的控制电路组成变换器，实现电功率的变换与控制的学科，称组成变换器，实现电功率的变换与控制的学科，称为电力电子学，其技术称为电力电子技术。为电力电子学，其技术称为电力电子技术。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件 由电力电子器件与相应控制电路组成的电力变由电力电子器件与相应控制电路组成的电力变换电路按其功能可分为下列几种：换电路按其功能可分为下列几种： （1）可控整流电路）可控整流电路 （2）交流调压电路）交流调压电路 （3）逆变电路）逆变电路 （4）变频电路）变频电路 （5）斩波电路）斩波电路 （6）电子开关）电子开关第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件 电力电子器件根据其开通与关断可控性的不同电力电子器件根据其开通与关断可控性的不同可分为三类：可分为三类： （1）不可控型器件，如整流二极管）不可控型器件，如整流二极管 （2）半控型器件）半控型器件 普通的普通的SCR （3）全控型器件）全控型器件 GTR、GTO、P-MOSFET等等第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件10.1.1 不可控型开关器件不可控型开关器件仅整流二极管是不可控器件仅整流二极管是不可控器件 在低电压（在低电压（200V以下）、大电流（以下）、大电流（500A以下）以下）的开关电路中，肖特基二极管应是首选的开关器件。的开关电路中，肖特基二极管应是首选的开关器件。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件普通晶闸管普通晶闸管螺栓形更换器件方便，用螺栓形更换器件方便，用于于100A以下的元件；以下的元件；平板形散热效果比较好，平板形散热效果比较好，用于用于200A以上的元件。以上的元件。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件普通晶闸管普通晶闸管晶闸管由四晶闸管由四层半导体构层半导体构成，形成三成，形成三个个PN结结10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件普通晶闸管普通晶闸管主电路加上交流电压，控主电路加上交流电压，控制极电路接入制极电路接入Eg，电阻上，电阻上的电压波形的电压波形第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件普通晶闸管普通晶闸管（1）晶闸管具有正、）晶闸管具有正、反向阻断能力；反向阻断能力；（2）晶闸管阳极和）晶闸管阳极和控制极同时加正向控制极同时加正向电压时才导通；电压时才导通；（3）导通后，控制极失）导通后，控制极失去控制作用，欲关断，需去控制作用，欲关断，需把阳极正向电压降到一定把阳极正向电压降到一定值（断开或反向）。值（断开或反向）。10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件晶闸管的阳极电压与阳极电流晶闸管的阳极电压与阳极电流的关系称为伏安特性。的关系称为伏安特性。实际规定，当晶闸管阳实际规定，当晶闸管阳极与阴极之间加上极与阴极之间加上6V直流电压时，使元件导直流电压时，使元件导通的控制极最小电流通的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压）称为触发电流（电压）。（电压）。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件如何判断管子的好坏如何判断管子的好坏10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件A-K之间应为高阻态；之间应为高阻态；G-K间的逆向电阻比顺向电阻间的逆向电阻比顺向电阻越大，表示晶闸管性能越好越大，表示晶闸管性能越好第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件双向晶闸管双向晶闸管 是一种三端是一种三端NPNPN元件，可直接作元件，可直接作用于交流电源，双向均可由控制极触发导通。用于交流电源，双向均可由控制极触发导通。10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件逆导晶闸管逆导晶闸管 是将晶闸管反并联一个二极管制作在是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件，这种器件不具备承受同一管芯上的功率集成器件，这种器件不具备承受反向电压能力，一旦承受反向电压即开通。反向电压能力，一旦承受反向电压即开通。10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件光控晶闸管光控晶闸管 是一种利用一定波长的光照信号触发是一种利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸管，其工作原理类似于光电二极管。导通的晶闸管，其工作原理类似于光电二极管。10.1.2 半控型开关器件半控型开关器件第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.1 电力半导体器件电力半导体器件门极可关断晶闸管门极可关断晶闸管 晶闸管派生器件的晶闸管派生器件的一种，可通过门极一种，可通过门极施加负的脉冲电流施加负的脉冲电流使其关断，属于全使其关断，属于全控型器件。控型器件。10.1.3 全控型开关器件全控型开关器件第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.2 可控整流电路可控整流电路10.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.带电阻性负载的可控整流电路带电阻性负载的可控整流电路为控制角，控制角，为导为导通角通角 + 第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.2 可控整流电路可控整流电路10.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路1.带电感性负载的可控整流电路带电感性负载的可控整流电路第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.2 可控整流电路可控整流电路10.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路续流二极管的作用续流二极管的作用单相半波电路简单，指标差，只单相半波电路简单，指标差，只适用于小功率要求不高的场合。适用于小功率要求不高的场合。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.2 可控整流电路可控整流电路10.2.2 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路在桥式整流电路中，元件承受的最大在桥式整流电路中，元件承受的最大正反向电压是电源电压的最大值正反向电压是电源电压的最大值第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.2 可控整流电路可控整流电路10.2.2 单相桥式可控整流电路单相桥式可控整流电路单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管取代即构成全控桥把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管取代即构成全控桥单相桥式电路性能指标好，电压脉动频率大单相桥式电路性能指标好，电压脉动频率大,适用小功率电路。适用小功率电路。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.1 基本概念基本概念 利用晶闸管电路把直流电变成交流电，这种对应于整利用晶闸管电路把直流电变成交流电，这种对应于整流的逆向过程，称之为逆变，把直流电变成交流电的装流的逆向过程，称之为逆变，把直流电变成交流电的装置，叫做逆变器。置，叫做逆变器。逆变分有源逆变和无源逆变。逆变分有源逆变和无源逆变。 同一套晶闸管电路既可实现整流，又可实现逆变，同一套晶闸管电路既可实现整流，又可实现逆变，这种装置通常称为变流器。这种装置通常称为变流器。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路无源逆变电路的简单工作原理无源逆变电路的简单工作原理第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路单相晶闸管桥式逆变器单相晶闸管桥式逆变器第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路单相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制1. 控制逆变器的输入直流电压控制逆变器的输入直流电压1）电源为交流，通过可控整流电路，把交流变成可调的）电源为交流，通过可控整流电路，把交流变成可调的直流输入到逆变器，从而控制逆变器的输出交流电压。直流输入到逆变器，从而控制逆变器的输出交流电压。2）电源为直流，则可利用直流变成交流，控制逆变器或）电源为直流，则可利用直流变成交流，控制逆变器或斩波器来改变直流输入电压的大小。斩波器来改变直流输入电压的大小。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路单相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制2. 在逆变器内部的电压控制在逆变器内部的电压控制1）脉宽控制）脉宽控制 不改变逆变器输入直流不改变逆变器输入直流电压的大小，而是通过改变电压的大小，而是通过改变逆变器中晶闸管的导通时间逆变器中晶闸管的导通时间以控制输出脉冲的宽度来改以控制输出脉冲的宽度来改变逆变器输出电压。变逆变器输出电压。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路单相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制2. 在逆变器内部的电压控制在逆变器内部的电压控制1）脉冲宽度调制）脉冲宽度调制(PMW) 如频率降低时，每半周如频率降低时，每半周包含的等宽脉冲数不变，而包含的等宽脉冲数不变，而加大脉冲宽度间的间隔，使加大脉冲宽度间的间隔，使输岀电压输岀电压U U降低降低a)改变脉冲数改变脉冲数; b)改变脉冲宽度改变脉冲宽度 为了实现频率、电压协调控制为了实现频率、电压协调控制（即（即U/f保持不变），应使脉冲重复保持不变），应使脉冲重复的频率随输出电压成比例地变化。的频率随输出电压成比例地变化。第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路单相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制2. 在逆变器内部的电压控制在逆变器内部的电压控制1）脉冲宽度调制）脉冲宽度调制(PMW)波形的改善波形的改善第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路单相无源逆变器的电压控制单相无源逆变器的电压控制3. 无源逆变器的换相（换流）无源逆变器的换相（换流）第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路10.3.2 无源逆变电路无源逆变电路逆变器的换流过程逆变器的换流过程3. 无源逆变器的换相（换流）无源逆变器的换相（换流）第十章第十章 电力电子技术电力电子技术10.3 逆变电路逆变电路思考题思考题课后练习课后练习 、