电力电子技术：第2章 2器件——全控型器件.ppt

电力电子技术作为现代电子工程领域的一个重要组成部分，关乎着电力系统的转换、控制与管理。在电力电子技术的发展历程中，全控型器件扮演了至关重要的角色，它们的出现极大推动了电力系统技术的进步。在本章节中，我们将聚焦于全控型器件的讨论，特别是门极可关断晶闸管（GTO）和电力晶体管（GTR）这两类代表性的器件，深入了解它们的特性、工作原理及应用背景。 门极可关断晶闸管（GTO）是一种关键的全控型器件，它的出现弥补了普通晶闸管在关断控制方面的不足。GTO的独特之处在于它不仅可以像晶闸管那样由门极控制开通，更重要的是它还能实现门极控制的关断功能，因此被归类为全控型器件。GTO的放射门极结构采用多元集成元件设计，通过多个小GTO元件的并联，提高了其关断能力。它的工作原理与普通晶闸管类似，但在开关速度、承受电流变化率（di/dt）方面表现更为出色。GTO的静态特性与晶闸管相似，但动态特性更优，表现为更短的开通时间ton和关断时间toff。同时，GTO的可控性优于晶闸管，其关键的关断过程参数——存储时间ts、下降时间tf和拖尾时间tt，都受到门极负脉冲的有效控制，而其电流关断增益βoff则直观地表明了GTO的关断效率。 电力晶体管（GTR）作为全控型器件的另一个代表，其基本结构是基于双极结型晶体管，并且常以多个晶体管单元达林顿接法并联的配置形式存在。GTR可以同时控制开通与关断，并且具备电平控制的特性。相较于GTO，GTR在开关频率、动态性能和控制便捷性方面表现更为优秀，但其缺点在于阻断能力和瞬态过电压的承受能力相对较弱。GTR的开通和关断过程非常迅速，几乎不存在拖尾现象，这使其在20世纪80年代成为电力控制系统中的主流器件。然而，GTR的弱点是存在一次和二次击穿问题，因此在实际应用中，必须严格遵守其安全工作区的规定，以避免元件损坏。 在电力电子系统的设计与维护过程中，深入理解并掌握全控型器件的工作原理、性能特点和安全使用范围是至关重要的。这些器件不仅提高了电力转换和控制的效率，而且增强了整个系统的可靠性和稳定性。随着电力电子技术的不断进步，全控型器件的性能持续优化，为现代电力系统提供了更广泛的应用前景。 全控型器件的应用领域极为广泛，从工业驱动、电力传动到可再生能源并网，几乎在电力系统的每一个角落都能见到它们的身影。这些器件的高性能和精确控制能力，使得它们在节约能源、提高能效、保护环境等方面发挥了不可替代的作用。例如，在电动车辆的电能转换与管理系统中，全控型器件可以实现精确的电机控制，提高能量转换效率并降低能耗。此外，在太阳能、风能等可再生能源领域，全控型器件的高效电力变换能力对于实现电能的稳定并网和提高电网的可调度性有着重要意义。 总结而言，全控型器件作为电力电子技术的核心组成部分，在现代电力系统中发挥着日益重要的作用。随着电子技术的进一步发展，可以预期全控型器件将在性能提升和成本降低方面取得更大的进展，从而为电力电子技术的创新与发展贡献更多力量。未来，这些高性能的器件将在智能化、绿色化电力系统中发挥更大的作用，推动电力电子技术向更高水平迈进。