电力电子变流技术

### 电力电子变流技术之电力电子器件 #### 一、电力电子器件概述 电力电子器件作为电力电子技术的核心组成部分，广泛应用于各种电力变换设备中，实现电能的有效转换和控制。电力电子器件根据其控制特性可以分为半控型器件、全控型器件和不可控器件。 #### 二、半控型器件—晶闸管 晶闸管(Silicon Controlled Rectifier, SCR)是一种典型的半控型电力电子器件，具有以下特点： 1. **发明与发展历程**：晶闸管由美国贝尔实验室于1956年发明，并于1957年由美国通用电气公司首次商业化生产。自20世纪50年代末至今，晶闸管在电力电子领域发挥着重要作用。 2. **工作原理**：晶闸管是一种四层三端器件，由两个背靠背的晶体管构成。它能够在正向电压作用下通过门极触发导通，但一旦导通后无法通过门极控制关断。 3. **应用领域**：由于晶闸管能够承受高电压和大电流，因此在高压直流输电、交流调压、电机控制等领域有着广泛的应用。 4. **结构与封装**： - **螺栓型封装**：适用于功率较大的场合，便于与散热器连接。 - **平板型封装**：适用于大功率场合，可以使用两个散热器夹持。 - **其他封装形式**包括塑封和模块式封装，适应不同应用需求。 #### 三、晶闸管的工作条件与特性 1. **开关特性**：晶闸管是一种单向导通的器件，只有在其阳极与阴极间施加正向电压的同时，门极也需要施加正向触发电压，晶闸管才能导通。一旦导通，即使撤除门极信号，晶闸管也能保持导通状态，直到阳极电流下降到维持电流以下才会关断。 2. **开关条件**： - **导通条件**：UAK > 0 同时 UGK > 0。 - **关断条件**：使流过晶闸管的阳极电流降到维持电流以下。 3. **工作原理**：晶闸管内部存在两个背靠背的晶体管(V1和V2)，当门极注入电流IG时，形成正反馈机制，导致晶闸管快速进入饱和导通状态。 #### 四、晶闸管的其他重要特性 1. **管耗与散热**：晶闸管在导通状态下会产生一定的管耗，产生热量。为了保证器件正常工作，通常需要采取散热措施，如自然冷却(使用散热片)、风冷(风扇)或水冷等方式。 2. **特性参数**：晶闸管的重要参数包括最大正向峰值电压、最大反向峰值电压、额定电流、维持电流、门极触发电流等。 3. **保护措施**：为了防止晶闸管在过电压、过电流等情况下损坏，需要采取相应的保护措施，例如使用RC吸收网络、快速熔断器等。 #### 五、全控型器件与不可控器件 除了半控型器件外，电力电子器件还包括全控型器件和不可控器件。 1. **全控型器件**：如IGBT、MOSFET等，这些器件可以通过门极信号控制其导通和关断。 2. **不可控器件**：如电力二极管，只能通过改变外加电压来控制其导通或关断。 #### 六、总结 电力电子器件的发展极大地推动了电力电子技术的进步，其中晶闸管作为一种重要的半控型器件，在电力电子系统中扮演着关键角色。通过对晶闸管的结构、工作原理及特性等方面的深入了解，可以帮助工程师更好地设计和优化电力电子设备，提高其性能和可靠性。