250.什么是电力电子技术?
答:通常所说的电子技术包括信息电子技术和电力电子技术,模拟电子技术和数字电子技术都属于前者,而后者是应用于电力领域的电子技术,即应用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
251.电力变换包含哪些内容?
答:电力变换通常分为四大类,即交流变直流(整流)、直流变交流(逆变)、直流变直流(直流斩波)和交流变交流。其中交流变交流可以是电压或电力的变换,叫做交流电力控制,也可以是频率和相数的变换,进行上述电力变换的技术叫做变流技术。
252.什么是电力电子器件?
答:在电力系统或电力设备中,主电路承担着电能的变换或控制任务,电力电子器件是直接用于主电路中实现电能的变换或控制的电子器件。目前电力电子器件一般专指电力半导体器件。
253.电力电子器件如何分类?
答:按照电力电子器件被控制信号所控制的程度,可分为以下三类:
(1)不可控器件指不能用控制信号来控制其导通和关断的电力电子器件,例如电力二极管。
(2)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叫做半控型器件,例如晶闸管及其大部分派生器件等都是半控型器件。
(3)全控型器件又叫自关断器件。指控制信号既能控制其导通,也能控制其关断的电力电子器件。常用的有门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GRT)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管(P—MOSFET)。
根据器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况,电力电子器件又可分为单极型器件(一种载流子参与导电)、双极型器件(两种载流子参与导电)和混合型器件(由单极型和双极型两种器件混合而成的器件)。
按照控制信号的不同,还可将电力电子器件(电力二极管除外)分为电流驱动型和电压驱动型,后者又叫场控器件或场效应器件。
254.电力二极管有哪些基本特性?
答:电力二极管主要有以下两种基本特性:
(1)静态特性主要指其伏安特性,当它承受的正向电压大到一定值时(此值叫门槛电压),正向电流才开始明显增加,处于稳定导通状态。与正向电流对应的电力二极管两端电压为正向电压降。电力二极管承受反向电压时,只通过数值微小的反向漏电流。
(2)动态特性 由于电力二极管的PN结存在结电容,因此在零偏置、正向偏置和反向偏置这三种状态之间转换的时候,需要一定的时间,我们称之为过渡过程,其PN结的一些区域带电状态是随时间变化的,这就是电力二极管的动态特性。
255.常用的电力二极管有哪些主要类型?
答:在电力电子电路中,电力二极管有广泛的应用,它可以作为整流、续流,以及电压隔离、钳位、保护等器件。在应用时,要按实际要求选择不同类型的电力二极管。其主要类型有: (1)普通二极管 又叫整流二极管,多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间一般大于5μS,而正向电流额定值和反向电压额定值可以达到数千安和数千伏以上。
(2)快恢复二极管简称快速二极管。其反向恢复时间小于5μs,快恢复外延二极管反向恢复时间更短,在100ns以下。
(3)肖特基二极管 其优点是反向恢复时间很短,一般为10~40ns;正向恢复过程中没有明显的电压过冲;开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管小。其缺点是反向漏电流大且对温度敏感;当提高反向耐压时,其正向压降也相应增加,甚至不能满足要求。
256.电力二极管有哪些主要参数?
答:电力二极管有以下几种主要参数。
(1)正向平均电流IF(AV)指电力二极管在稳定运行时,在规定的管壳温度和散热条件下,所允许通过的最大工频正弦半波电流的平均值。此时,管子正向压降的损耗引起的结温升高不会超过所允许的最高工作结温。在此提醒读者,电力二极管的额定电流是用其正向平均电流IF(AV)标称的,经换算可知,此时与之对应的电流有效值是1.57IF(AV)。
(2)正向压降VF电力二极管在规定的温度下,流过一定的稳态正向电流时埘应的正向压降。
(3)反向重复峰值电压VRRM 指对电力二极管能重复施加而不被反向击穿的反向最高峰值电压。其值一般是电力二极管雪崩击穿电压VR的2/3。
(4)最高工作结温TJM结温是指PN结的平均温度,最高工作结温是指在PN结不致损坏的条件下,电力二极管所能承受的最高平均温度,通常为125~175℃。
(5)涌浪电流IRSM 指电力二极管能承受的连续一个或几个工频周期的最大电流。
257.什么是晶闸管?它有哪些用途?
答:晶闸管是晶体闸流管的简称,它包括普通晶闸管和双向、门极关断、逆导、快速等晶闸管。普通晶闸管(Thyristor)曾称为可控硅整流器,常用SCR(Siliccm Controlled Rectifier)表示。在实际应用中,如果没有特殊说明,晶闸管皆指普通晶闸管。
晶闸管主要用来组成整流、逆变、斩波、交流调压、变频等变流装置和交流开关以及家用电器实用电路等中,由于上述装置特别是变流装置是静止型的,具有体积小、寿命长、效率高、控制性能好,并且具有无毒、无噪声、造价低、维修方便等优点,因此得到广泛的应用。
258.如何区分晶闸管的三个电极?
答:晶闸管是一种四层(PNPN)三端(A、K、G)电力半导体器件,工业上应用的晶闸管功率较大,其结构、外形和图形符号如图3-1所示。
从外形上分,有螺栓形和平板形,三个引出端分别叫做阳极A、阴极K、门极G。对于螺栓形晶闸管,螺栓是阳极,粗辫子为阴极,细辫子为门极。而平板形晶闸管,两侧是阳极和阴极,由中间金属环边缘引出的细辫子是门极,门极离阴极较近。目前,200A以上的晶闸管都采用平板形结构,主要原因是散热效果好。三个电极不能从外形上区分时,可采用第259题(1)中所述的方法区分。
259.怎样鉴别晶闸管的好坏?
答:在没有专用测试设备的条件下,可通过下述方法判断晶闸管能否投入工作。
(1)将万用表置于R×10kΩ档,测量阳极一阴极之间和阳极一门极之间的正、反向电阻,正常值都应在几百千欧以上;门极-阴极之间正向电阻约数十欧到数百欧,反向电阻较正向电阻略大。测量时,特别是测量门极一阴极之问的阻值时,绝不允许使用R×10kΩ档,以防止表内高压电池击穿门极的PN结。测量时,如发现任何两个极短路或门极对阴极断路,说明晶闸管已经损坏。
(2)按照(1)所述方法,只是初步鉴别晶闸管的好坏,能否投入工作,还需按图3-2所示的方法接线进行实验。
欲使晶闸管导通,需要同时具备两个条件,即在晶闸管阳极一阴极间加正向电压以及给门极加正向电压,使足够的门极电流Io流入。因此,按图3-2接线,闭合S时,小灯泡不亮,再按一下SB,小灯泡如果发亮,说明晶闸管良好,能够投入电路工作。
以上是鉴别晶闸管好坏的一种简易方法,如果想要进一步知道品闸管的特性和有关参数,则需要查产品合格证上所标的测试参数或用专门测试设备进行测试。
260.晶闸管的型号表示什么意义?
答:以KP型普通晶闸管为例来说明晶闸管型号的含义。KP200-14表示额定电流为200A,额定电压为1400V。晶闸管的额定电压在1000V以下用百位数表示;1000V及以上用千位和百位数表示。
261.晶闸管是如何触发导通的?
答:在品闸管阳极-阴极之间加正向电压,门极也加正向电压,产生足够的门极电流Ig时晶闸管导通,其导通过程叫做触发。
晶闸管是四层三端器件,具有三个PN结,可将它等效成两个晶体管VT1(P1N1P2)和VT2(N1P2N2),如图3-3所示。VT1、VT2的集电极电流分别为Icl=a1Ia,Ic2=a2Ik,发射极
电流分别为IE1=Ia,IE2=Ik。当晶闸管承受正向电压时,欲使晶闸管导通,必须使承受反压的J2结失去阻挡作用。从图3-3c可见,每个晶体管的集电极电流同时是另一个晶体管的基极电流,因此,一旦门极流入足够的电流Ig,就会形成强烈的正反馈,即
在很短的时间内,使两个晶体管饱
和导通,即晶闸管导通。
262.晶闸管的静态特性是怎样的?