大工20秋《电力电子技术》复习资料四
电力电子技术辅导资料四主 题：第一章电力电子器件（第5-10节）学习时间：2020年4月20日--4月26日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
坚持党的领导，最根本的是坚持答案权威和集中统一领导。党章规定“四个服从”，最根本的是全党各个组织和全体党员服从党的全国代表大会和中央委员会；答案强调“四个意识”，最根本的是坚决维护答案权威和集中统一领导。这都不是空洞的口号，不能只停留在表态上，要落实到行动上。
摘选自《在十九届中央纪律检查委员会第二次全体会议上的讲话》
内 容：一、本周知识点及重难点分布
表4-1 本周知识点要求掌握程度一览表
序号
学习知识点
要求掌握程度
本周难点
了解
熟悉 理解
掌握
1
其他新型电力电子器件
★
2
电力电子器件的驱动
★
3
电力电子器件的保护
★
4
电力电子器件的串联和并联
★
二、知识点详解
【知识点1】其他新型电力电子器件
1、静电感应晶体管SIT---结型场效应晶体管
2、静电感应晶闸管SITH---场控晶闸管
3、MOS控制晶闸管MCT
4、集成门极换流晶闸管IGCT
5、功率模块PM和功率集成电路 PIC
功率模块：将多个电力电子器件按照一定方式连接，并与辅助电路共同封装在一个绝缘的树脂外壳内而制成。
功率集成电路：将器件与逻辑、控制、保护、传感、检测等信息电子电路制作在同一芯片中。 【知识点2】电力电子器件的驱动
驱动电路的基本任务：按控制目标的要求施加开通或关断的信号；驱动电路是主电路与控制电路之间的接口
驱动电路要提供控制电路与主电路之间的电器隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离。光隔离一般采用光耦合器。磁隔离的元件通常是脉冲变压器。
1、晶闸管驱动电路
作用：产生负荷要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
应满足下列要求：
①触发脉冲应有足够的幅度。
②脉冲宽度应保证一定的宽度，前沿要陡。
③足够的功率。
④有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电器隔离。
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图4-1 理想的晶闸管触发脉冲电流波形
2、GTO驱动电路
GTO是电流驱动型器件
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图4-2 推荐的GTO门极电压电流波形 图4-3 典型的直接耦合式GTO驱动电路
典型的直接耦合式：应用较广，但功耗大，效率较低。
3、GTR驱动电路
GTR是电流驱动型器件
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图4-4 理想的GTR基极驱动电流波形
4、电力MOSFET驱动电路
电力MOSFET是电压驱动型器件。要求驱动电路输出电阻小，使MOSFET开通的栅源间驱动电压一般10-15V，关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5- -15V）。
5、IGBT驱动电路
IGBT是电压驱动型器件。要求驱动电路输出电阻小，使IGBT开通的栅射极驱动电压一般15-20V，关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5- -15V）。
6、电力电子器件驱动总结
按照驱动信号的性质分，可分为电流驱动型和电压驱动型；
按照驱动电路具体形式，可为分立元件和专用集成驱动电路。【知识点3】电力电子器件的保护
1、过电压保护
电力电子装置可能的过电压：外因过电压和内因过电压。
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油线路电感在器件两端感应出的过电压。
（1）阻容吸收电路
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图4-5 阻容吸收电路
电容：快速吸收尖峰状态的过电压；电阻：消耗能量，阻尼作用。适用：峰值不高、过电压能量不大的场合
（2）非线性电阻器件保护
常用器件：硒堆过电压抑制器、压敏电阻
2、过电流保护
（1）电力电子装置产生过电流的主要原因：
①负载变化，包括负载大小的变化和负载性质的变化。
②负载短路。
③电源异常。
④控制电路故障导致装置工作失常。
⑤干扰信号的侵入引起电力电子装置误动作。
⑥某只电力电子器件损坏导致其他器件的过电流等。
过电流保护分为过载保护和短路保护。
（2）常用保护器件：
1）快速熔断器：快速熔断器是一种短路保护装置，熔断时间通常在20ms以内，常用于工频整流电路中保护整流二极管和晶闸管。
2）交流断路器：动作时间较长，均为0.1～0.2秒。
3）直流快速断路器：直流快速断路器是一种过载保护装置，开关动作时间通常在10-20ms之间，常用于中、大容量的电力电子装置。
4）快速短路器：开关动作时间约在2-3ms之间，是防止电流再进入的电力电子装置。
5）采用电子电路作为过电流检测和保护
3、缓冲电路
缓冲电路又称吸收电路，有以下作用：抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt、减小器件的开关损耗。
关断缓冲电路用于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。开通缓冲电路用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路是关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。
缓冲电路适用于：GTR、GTO、电力MOSFET及IGBT。
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图4-6 常用的缓冲电路
4、器件散热
器件包括自冷式、风冷式、液冷式（包括油冷式、水冷式)）、蒸发冷却式。【知识点4】电力电子器件的串联和并联
1、晶闸管的串联
目的：当器件的额定电压小于要求时，需串联。
问题：器件电压分配不均匀：静态不均匀、动态不均匀。
静态均压措施：采用均压电阻。
动态均压措施：用并联RC支路作动态均压，限制管子开通时电容放电产生过大的电流上升率、防止产生振荡。
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（a）伏安特性差异 （b）串联均压措施
图4-7 晶闸管的串联
2、晶闸管的并联
目的：承担更大的电流。
电力MOSFET和IGBT可直接并联使用，GTR和晶闸管并联使用会导致器件电流分配不均匀。
均流措施：尽量采用特性一致的元器件进行并联；安装时尽量使各并联器件具有对称的位置；器件串联均流电抗器；采用均流互感器均流；先串后并。三、重要理论
1、晶闸管驱动电路应满足要求（知识点2）
①触发脉冲应有足够的幅度。
②脉冲宽度应保证一定的宽度，前沿要陡。
③足够的功率。
④有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电器隔离。
2、GTO是电流驱动型器件；GTR是电流驱动型器件；电力MOSFET是电压驱动型器件。IGBT是电压驱动型器件。（知识点2）
3、要求电力MOSFET和IGBT驱动电路输出电阻小，使MOSFET开通的栅源间驱动电压一般10-15V，使IGBT开通的栅射极驱动电压一般15-20V，关断时施加一定幅值的负驱动电压（一般取-5- -15V）。（知识点2）
4、过电压保护（知识点3）
电力电子装置可能的过电压：外因过电压和内因过电压。
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油线路电感在器件两端感应出的过电压。
5、过电流保护分为过载保护和短路保护。（知识点3）
6、过电流保护常用保护器件：快速熔断器、交流断路器、直流快速断路器、快速短路器、采用电子电路作为过电流检测和保护 。（知识点3）
7、缓冲电路（知识点4）
缓冲电路又称吸收电路，有以下作用：抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt、减小器件的开关损耗。
关断缓冲电路用于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。开通缓冲电路用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路是关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。四、课后习题
习题4.1 单项选择题：RC缓冲电路主要用于（ ）容量器件。
A．大 B．中 C．小 D．任意
习题4.2 填空题：按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的性质，可将电力电子器件分为 驱动和 驱动两类。
习题4.3 填空题：晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电R是
措施，给每只管子并联RC支路是 措施。习题4.1-4.3答案：C；阻容吸收，硒堆，压敏器件；静态均匀，动态均压
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