電力電子器件分類與應用思考

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1、電力電子器件分類與應用思考電力電子技術是以電力電子器件為基礎對電能進行控制、轉換和傳輸?shù)囊婚T技術，是現(xiàn)代電子學的一個重要分支，包括電力電子器件、變流電路和控制電路三大部分，其中以電力電子器件的制造、應用技術為最基本的技術。電力電子技術是以電力電子器件為基礎對電能進行控制、轉換和傳輸?shù)囊婚T技術，是現(xiàn)代電子學的一個重要分支，包括電力電子器件、變流電路和控制電路三大部分，其中以電力電子器件的制造、應用技術為最基本的技術。因此，了解電力電子器件的基本工作原理、結構和電氣參數(shù)，正確安全使用電力電子器件是完成一部電力電子裝置最關鍵的一步。電力電子器件種類繁多，各種器件具有自身的特點并對驅動、保護和緩

2、沖電路有一定的要求。一個完善的驅動、保護和緩沖電路是器件安全、成功使用的關鍵，也是本講座重點講述的部分。電力電子變換電路常用的半導體電力器件有快速功率二極管、大功率雙極型晶體管(GTR)、晶閘管(Thyristor或SCR)、可關斷晶閘管(GTO)、功率場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)以及功率集成電路PIC等。在這些器件中，二極管屬于不控型器件，晶閘管屬于半控型器件，其他均屬于全控型器件。SCR、GTO及GTR屬電流驅動型器件，功率MOSFET、IGBT及PIC為電壓驅動型器件。在直接用于處理電能的主電路中，實現(xiàn)電能變換和控制的電子器件稱為電力電子器件。電力電子

3、器件之所以和“電力”二字相連，是因為它主要應用于電氣工程和電力系統(tǒng)，其作用是根據(jù)負載的特殊要求，對市電、強電進行各種形式的變換，使電氣設備得到最佳的電能供給，從而使電氣設備和電力系統(tǒng)實現(xiàn)高效、安全、經(jīng)濟的運行。目前的電力電子器件主要指的是電力半導體器件，與普通半導體器件一樣，電力半導體器件所采用的主要材料仍然是硅。1電力電子器件的一般特征(1)處理電功率的能力大(2)工作在開關狀態(tài)(3)需要由信息電子電路來控制(4)需要安裝散熱器2電力電子器件的分類2.1按器件被控程度分類按照器件控制信號的控制程度，電力電子器件可分為以下三類：(1)不可控器件。這類器件一般為兩端器件，一端是陽極，另一端

4、是陰極。與電子電路中的二極管一樣，具有單向導電性。其開關操作僅取決于其在主電路中施加在陽、陰極間的電壓和流過它的電流，正向電壓使其導通，負向電壓使其關斷，流過它的電流是單方向的。不可控器件不能用控制信號來控制電流的通斷，因此不需要驅動電路。這類器件就是功率二極管(PowerDiode)。(2)半控型器件。這類器件是三端器件，除陽極和陰極外，還增加了一個控制門極。半控型器件也具有單向導電性，但開通不僅需在其陽、陰極間施加正向電壓，而且還必須在門極和陰極間施加正向控制電壓。門極和陰極間的控制電壓僅控制其開通而不能控制其關斷，器件的關斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。這類半控型器件是指

5、晶閘管(Thyris-tor)及其大部分派生器件。(3)全控型器件。這類器件也是帶有控制端的三端器件，其控制端不僅可以控制其開通，還能控制其關斷。這類器件很多，包括門極關斷晶閘管(GTO)、功率晶體管(GTR)、功率場效應晶體管(功率MOS-FET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。目前常用的是功率MOSFET和IGBT。2.2按控制信號的性質分類按照控制信號的性質，電力電子器件可分為以下兩類：(1)電流驅動型器件。驅動信號加在器件控制端和公共端之間，通過從控制端注入或抽出電流來實現(xiàn)器件的導通或者關斷的控制，這類電力電子器件稱為電流驅動型器件或稱為電流控制型器件。(2)電壓驅動型器件。通過

6、施加在控制端和公共端之間的電壓信號來實現(xiàn)器件的導通或者關斷的控制，這類電力電子器件稱為電壓驅動型器件或稱為電壓控制型器件。2.3按參與導電的情況分類按照器件內部電子和空穴兩種載流子參與導電的情況，電力電子器件可分為三類：(1)由一種載流子參與導電的器件稱為單極型器件；(2)由電子和空穴兩種載流子參與導電的器件稱為雙極型器件；(3)由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件稱為復合型器件。3電力電子器件的發(fā)展歷程電力電子器件的發(fā)展，可分為以下四個階段：第一階段是以整流管、晶閘管為代表的發(fā)展階段。這一階段的電力電子器件在低頻、大功率變流領域中的應用占有優(yōu)勢，取代了早先的汞弧整流器。1947年

7、美國著名的貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，功率二極管開始應用于電力領域，1956年貝爾實驗室又發(fā)明了晶閘管，1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第一只晶閘管器件，開創(chuàng)了傳統(tǒng)的電力電子器件應用技術階段，實現(xiàn)了弱電對強電的控制，在工業(yè)界引起了一場技術革命。晶閘管的迅速發(fā)展使得中大功率的各種變流裝置和電動機傳動系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。但關斷這些器件的控制電路存在體積大、效率低、可靠性差、工作頻率低以及電網(wǎng)側和負載上諧波嚴重等缺點。第二階段是20世紀