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电力电子技术 - Coggle Diagram
电力电子技术
电力电子器件
电力二极管与信息电子电路二极管的区别
电力二极管大都是垂直导电结构
P- i- N 结构（多了一层低掺杂N区）：低掺杂N区可以承受很高的电压而不致被击穿
电导调制效应
当PN结上流过的正向电流较大时，由P区注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大，为了维持半导体的电中性条件，其多子浓度也将相应大幅度增加，使其电导率大大增加，这就是电导调制效应
晶闸管 SCR
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工作原理：当门极注入驱动电流，PNP管和NPN管的电流会形成一个强烈的正反馈过程，即使撤掉门极电流，导通状态仍可维持
开通条件
正向电压
门极触发电流
关断条件
反向电压
工作电流降到维持电流以下
门极可关断晶闸管GTO
GTO是一种多元的功率集成器件，多元集成结构使得每个GTO元阴极面积很小，门极和阴极的距离大为缩短，使得P2基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
电力晶体管GTR
常采用由多个晶体管按达林顿接法组成的单元结构，且多了一层低掺杂N区，存在电导调制效应
电力场效应晶体管 Power MOSFET
多了一层低掺杂N区，用来承受高电压；不过由于电力二极管的栅极和P区之间是绝缘的，所以无法形成电导调制效应
绝缘栅双极晶体管IGBT
综合了 GTR 和 MOSTEF 的优点
相比电力MOSFET，IGBT多了一层P+注入区，这使得IGBT导通时由P+注入区向N-漂移区发射少子，从而实现对漂移区的电导率进行调节
电力电子器件的控制方式
相控方式：常用于半控型器件
斩控方式（PWM控制）：全控型器件
整流电路 Rectifier
触发角、导通角
触发延迟角α（触发角、控制角）：从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲止的电角度；
导通角θ（θ=π-α）：晶闸管在一个周期中处于通态的电角度
自然换相点
二极管换相，电流由一个二极管向另一个二极管转移；自然换相点是各相晶闸管能触发导通的最早时刻
变压器漏感对整流电路的影响
出现换向重叠角，整流输出电压平均值Ud降低
整流电路工作状态增多
晶闸管的电流变化率减小，有利于晶闸管的安全导通
换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的电压突变，可能使晶闸管误导通
换相时电网电压出现缺口，成为干扰源
整流电路的有源逆变工作状态
产生逆变的两个条件
要有直流电动势，其极性需和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流器直流测的平均电压
要求晶闸管的控制角α>90° ，即Ud为负值
逆变失败
产生的原因
触发电路不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配触发脉冲
晶闸管发生故障，在需要的时候失去阻断和导通的能力
在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，形成短路
换相的裕量角不足，引起换相失败
一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管回路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大的短路电流
绪论
电力变换种类
逆变
直流斩波
整流
交流电力控制、变频、变相
电力电子技术分类
电力电子器件制造技术
变流技术（应用）
什么是电力电子技术？
使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术
什么是信息电子技术？
数电、模电：主要用于信息处理
逆变电路 Inverter
换流
变流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这就是换流
器件换流、电网换流、负载换流、强迫换流
电压型逆变电路
直流侧为电压源，或并联有大电容
交流侧输出电压波形为矩形波
逆变桥各臂都并联有反馈二极管
电流型逆变电路
交流侧输出电流波形为矩形波
不需要给开关器件反并联二极管
直流侧串联大电感，相当于电流源
斩波电路
降压斩波电路 Buck Chopper
为了使负载电流连续且脉动小，通常使串联的电感 L 值较大；
续流二极管在V关断时，用来给负载中电感电流提供通路
斩波电路的三种控制方式
脉冲宽度调制
频率调制
混合型
升压斩波电路 Boost Chopper
V 处于通态时，电源 E 向大电感 L 充电，充电电流基本恒定，同时大电容 C 上的电压向负载 R 供电，基本保持输出电压恒定
V 处于断态时，E 和 L 共同向电容 C 充电并向负载 R 提供能量
一个周期 T 中电感 L 积蓄的能量与释放的能量相等
交流-交流 变流电路
（交流电力控制、变频、变相）
交流调压电路
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，
可以方便地调节输出电压的有效值
交流调功电路
以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，可以方便地调节输出功率的平均值
交-交变频电路
优点
方便实现四象限工作
低频输出正弦波
只用一次变流，效率高
缺点
受电网频率和交流电路脉波数的限制，输出频率低
输入功率因数低，输入电流谐波含量大
接线复杂
