电力电子技术

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常见的电路

控制电路单片机

检测电路传感器

保护电路继电器

主电路

问题

归类分析各个电路,要学会自己归纳总结

试着找找相关的知识点？

电力变换类型就四种之间来回变换？

电力电子器件

定义：实现电能变换和控制的元件，实质是半导体器件，材料是硅。

电力电子学有哪些组成？

电力学，电子学，控制理论三个学科交叉。

弱电控制强电也可以说是电力电子技术的核心点。

各种器件

IGBT ： 绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT）

IGCT ：集成门极换流晶闸管(intergrated gate commutated thyristor，IGCT)

SCR：可控硅（晶闸管）

GTO：可关断晶闸管

SCR和GTO的区别：https://www.elecfans.com/d/2393927.html

MOSFET：MOS，是MOSFET的缩写。MOSFET金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。

PIC :将驱动控制保护电路电力电子器件结合在一起使用的集成电路

*什么是拓扑学？

*拓扑学（Topology）原名叫做位置分析（Analysis situs），是研究图形（或集合）在连续变形下的不变的整体性质的一门几何学。^[1]它只考虑物体间的位置关系而不考虑它们的形状和大小。

找一找这些东西的介绍？

整流装置，斩波器，辅助电源，变频器，整流阀，逆变阀，晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)、静止无功发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)，高频开关电源，不间断电源、硅晶闸管

晶闸管:又称为可控硅，是一种功率开关管，能在高电压、大电流（数安培到几千安培）的条件下工作，晶闸管的主要类型分为单向晶闸管SCR、双向晶闸管Traic和可关断晶闸管等；晶闸管的出现，使得半导体从弱点领域进入到强电领域。后面接着出现IGBT和IGCT。

变流器:是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）:是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。^[1]

电力电子技术设计的主要变换形式包括整流、逆变、变频、直流-直流变换（DC-DC Conversion）。‌

‌整流‌是将交流电（AC）转换为直流电（DC）的过程，通常使用整流器完成，广泛应用于电源供应、电池充电以及需要直流电源的各种设备中。
‌逆变‌是将直流电(DC)转换为交流电(AC)的过程，通过逆变器实现，用于太阳能发电系统、不间断电源（UPS）以及交流电机驱动等领域。
‌变频‌涉及改变交流电(DC-DC)的频率，通过变频器（也称为交流变频器或VFD）实现，用于工业自动化、空调系统、电梯控制等领域。
‌直流-直流变换(‌AC-AC)是将一个电压水平的直流电转换为另一个电压水平的直流电的过程，通过直流-直流变换器（也称为DC-DC转换器）实现，在电子设备电源管理、电动汽车以及可再生能源系统中扮演着重要角色。

书的一个整体框架

这学期的实验内容

考核标准

datasheet的阅读方法

电子器件的损耗

通态损耗断态损耗开关损耗

通态损耗：实际上，电力电子器件在通态时仍然有管压降，虽然很小，但是流过的电流很大，有通态损耗。

开关损耗：从通态到断态转换，或者从断态到通态转换过程中，存在的损耗。

断态损耗：实际上，电力电子器件在断态时仍然有断态电流，虽然很小，但是两端的电压很大，有断态损耗。

电力电子器件的分类

半控型器件全型控器件不可控型器件

半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。
全控型器件：通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。
不可控型器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件。如电力二极管。

脉冲触发型电平控制型

脉冲型和电平型。除电力二极管也是电平型外，SCR （可控硅也称晶闸管）是脉冲型，其余是电平型。

电流驱动型电压驱动型（略）

单极性器件双极性器件复合型器件

单极性：内部由一种载流子参与导电的器件。
双极性：由电子和空穴两种载流子参数导电的器件。
多极性：有单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件。

PN结与电力二极管的工作原理

快恢复二极管和肖特基二极管是？

快恢复二极管（简称FRD），是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。

电导调制效应：电导调制效应是Webster效应，是在大注入时基区电导增大的现象；而基区宽度调制效应就是Early效应，是集电结电压变化而致使基区宽度变化、并造成伏安输出特性倾斜、使输出电阻减小的现象；另外，基区宽度展宽效应就是Kirk效应，是在大电流下基区宽度增大的现象。

PN结

PN结的电容效应：由于相位差，抬高了电容上的电压这种现象。

电力二极管的基本特性：

静态特性（伏安特性）：电力二极管的静态特性主要是指其伏安特性，即器件端电压与电流的关系

动态特性：因结电容的存在，电力二极管在零偏置、正向偏置、反向偏置三个状态之间转换时，必然经过一个过渡过程，其电压、电流随时间变化的特性称为电力二极管的动态特性

电力二极管的主要参数

正向平均电流F(AV）：指在规定的环境温度和标准散热条件下，元件结温达到额定且稳定时，允许长时间连续流过工频正弦半波电流的平均值。

【结温】，Junction Temperature，是电子设备中半导体的实际工作温度 （百度百科 —— 结温

反向恢复时间trr? 最高工作结温TJM?

【工频】，是指电力系统的发电、输电、变电与配电设备以及工业与民用电气设备采用的额定频率 （百度百科 —— 工频）

正向压降Uf：电力二极管在规定温度和散热条件下，流过某一指定的正向稳态电流时，电力二极管的最大电压降。

反向重复峰值电压URRM：电力二极管在指定温度下，所能重复施加的反向最高峰值电压，通常是雪崩击穿电压Ub的2/3，使用时一般按照两倍的URMM来选取

反向漏电流IRR:对应于反向重复峰值电压URRM下的平均漏电流，也称为反向重复平均电流

浪涌电流IFSM:指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的过电流

电流平均值和有效值之间的关系为什么是1.57？

晶闸管

晶闸管的发展顺序：可控硅整流管（SCR）—>双向晶闸管（TRIAC）—>可控硅开关（SCS）—>可关断晶闸管（GTO）

电路符号

SCR:A为阳极，k为阴极，g为控制极

可控硅只能控制导通，断开后就不能控制，属于半控器件

门极可关断晶闸管（GTO）

GTO的结构和工作原理：

与普通晶闸管的相同点： PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。
和普通晶闸管的不同点：GTO是一种多元的功率集成器件。

工作原理：

GTO的动态特性

储存时间t_s，使等效晶体管退出饱和。
下降时间t_f,
尾部时间t_t,—残存载流子复合。通常t_f比t_s小得多，而t_t比t_s要长。
门极负脉冲电流幅值越大，t_s越短。

晶闸管的命名规则

国产晶闸管命名一般由名称、类别、额定电流值、重复峰值电压四部分组成。

第一部分（名称）：K表示晶闸管

第二部分（类别）：P（普通反向阻断型）、K（快速反向阻断型）、S（双向型）

第三部分（额定电流值）：1-1A、5-5A、10-10A、20-20A、30-30A、50-50A、100-100A、200-200A、300-300A、400-400A、500-500A

第四部分（重复峰值电压）：1-100V、2-200V、3-300V、4-400V、5-500V、6-600V、7-700V、8-800V、9-900V、10-1000V、11-1100V、12-1200V、14-1400V

例如：kp10-14：普通反向阻断型晶闸管、额定电流值为10A、正反向重复峰值电压为1400V

为什么晶体管导通后门极失去控制作用？

晶闸管实际就是2个三极管！1个PNP，1个NPN，当有门极有触发信号时，1个管基极始终有另一个管的集电极电流流过。因此，即使失去触发电压，晶闸管仍保持导通，门极失去控制作用。

晶闸管与三极管之间的区别：

三极管用于小功率器件，处理信号，控制小功率负载

晶闸管广泛运用于大功率电子器件，整流，调速，加热，灯光调节等领域

晶闸管的工作原理：

以单向晶闸管为例说明，我们回顾晶闸管的结构，它可以看做两个三极管的组合，上面一个 PNP ，下面一个 NPN 那么，他的结构可以等效为如下图：

上面图中说明了晶闸管的导通原理，当然，晶闸管导通以后，就无法关断了，即便 G 级拉低也不是可以的（导通后 G 级可以认为没用了，在正常的范围内不管他怎样都影响不了导通状态）。要使得晶闸管关断，在上面的电路中，只能把电源去掉，才能使得晶闸管关断。

静态特性

晶闸管的静态特性主要涉及其在静态条件下的电气特性，包括其导通和关断的行为。

导通特性 ：

晶闸管在正向偏置条件下，需要门极触发信号才能导通。
一旦晶闸管接收到门极触发信号，内部的PN结将依次导电，晶闸管从阻断状态转变为导通状态。

关断特性 ：

晶闸管的关断通常发生在阳极电流降低到维持电流以下时。
晶闸管不能自关断，需要外部电路强制减小电流。

触发特性 ：

晶闸管的触发可以通过门极电流或电压实现。
触发电压（Vgt）和触发电流（Igt）是晶闸管导通所需的最小门极电压和电流。

保持特性 ：

晶闸管导通后，维持其导通状态所需的最小电流称为保持电流（Ih）。
保持电流是晶闸管自保持导通能力的体现。

存储时间与存储效应 ：

当晶闸管关断后，由于PN结中的载流子存储效应，需要一定时间才能重新触发。
存储时间是晶闸管关断后到可以重新触发的时间间隔。

晶闸管的伏安特性：

IH为维持电流
IG为门极触发电流,从门极流入晶闸管，从阴极流出。

伏安特性描述了晶闸管在不同电压和电流条件下的行为。

正向特性 ：

在正向偏置条件下，晶闸管的阳极电流随阳极电压的增加而增加。
在未触发状态下，晶闸管的行为类似于一个高阻抗器件。
触发后，晶闸管的导通压降相对稳定，通常在1-2伏特左右。

反向特性 ：

在反向偏置条件下，晶闸管阻断电流，其反向电流非常小。
反向电压增加到一定值时，晶闸管可能因超过其电压等级而损坏。

导通压降 ：

晶闸管导通后，其阳极和阴极之间的电压降称为导通压降。
导通压降与晶闸管的电流和温度有关。

晶闸管导通的三条件：（正向偏置，门极触发）

1.阳极电压：晶闸管的阳极必须相对于阴极处于正向偏置状态，即阳极电压高于阴极电压。

2.门极触发：在正向偏置条件下，门极需要接收到一个足够大的正向电流或电压信号进行触发。

3.触发电流/电压 ：触发电流或电压必须达到晶闸管的最小触发电流（通常以安培为单位）或最小触发电压（通常以伏特为单位）。

动态特性

开通时间：在晶闸管承受正向电压的前提下，门极流入触发电流，晶闸管导通，进入正常工作状态。开通时间由延迟时间（td）和上升时间（tr）组成，延迟时间是阳极电流从零开始增长到稳态值的10%所需的时间，上升时间是阳极电流从稳态值的10%上升到90%所需的时间。

关断时间：晶闸管关断也不是瞬时完成的。流过晶闸管的电流从稳态值降到接近于零的时间为‌反向阻断恢复时间（trr），之后‌载流子需要复合，晶闸管恢复对正向电压阻断能力还需要一段时间，即正向阻断恢复时间（tgr）。关断时间（tq）是反向阻断恢复时间（trr）和正向阻断恢复时间（tgr）之和。