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机车电力电子技术 广州铁路职业技术学院 谭民杰 第一章 绪 论 第一节 概 述 电子技术包括：信息电子技术、电力电子技术。 电力电子技术包括：电力电子器件、电力电子变流技术、控制 技术。 电力电子技术的任务：实现电力变换。 电力变换通常可分四大类： 1. AC-DC变换，即将交流电变换为直流电，称为整流。 2. DC-AC变换，即将直流电变换为交流电，称为逆变。 3. DC-DC变换，即将一种电压的直流变为另一种电压的直流， 可用直流斩波器实现。 4. AC-AC变换，即把交流电的参数（幅值、频率）加以转换，称为交流变换。 第二节 电力电子技术的应用 电力电子技术应用于工业生产、交通运输、电力系统、新能源系统、通讯系统、计算机系统、医疗设备、家电等行业： 1.工业生产：用于电力拖动中的水泵、风机、压缩机，变频技术的交直流调速，整流电源的电解、电镀。 2.交通运输：用于电气化铁路中的直流传动电力机车整流或斩波装置，交流传动电力机车变频调速装置，城市电车的斩波或变频装置等。 3.电力系统：用于直流输电的送电端整流，受电端的逆变，晶闸管控制无功补偿等。 4.新能源：用于太阳能、风力发电装置与电力系统连接。 5.通讯计算机：UPS与开关稳压电源直流源系统。 6.医疗设备：激光、超声波、扫描机的高压电源。 7.家用电器：变频空调、冰箱、电子节能灯等。 第三节 电力电子技术的发展趋势 电力电子器件具有高电压、大电流、大功率器件的特点，未来发展主要在以下方面： 1.由半控型器件向全控型器件转移。 2.向高频快速方向发展。 3.大功率电力电子器件采用模块化封装。 4.采用数字化控制方式。 5.采用新型半导体材料制造新型功率器件。 第二章 电力电子器件 第一节 电力电子器件概述 一、电力电子器件的发展概况 自1947年美国贝尔实验室发明晶体管半导体固态电子学诞生。50年代后，以硅二极管为代表的电力半导体器件及相应的变流技术装置迅速发展，1957年美国通用电气研制第一只可控型电力电子器件—晶闸管（SCR）。 半导体固态电子学有两个发展方向： 一是以晶体管集成电路为核心的对信息处理的微电子技术。 二是以晶闸管为核心的对电能变换与控制的电力电子技术。 从90年代起，电力电子技术与微电子技术进一步结合使电子器件朝着大容量、智能化方向发展。如国产蓝箭列车的主变流器采用单个容量为4500V/1500A的IPM模块。 在GTO、IGBT基础上发展起来的新型大功率电力电子器件，如集成门极换流晶闸管（IGCT）、发射极关断晶闸管（ETO）、电子注入增强型门极晶体管等，容量达到4500V/3000A,有的达到6000V/6000A。 第二节 电力二极管 一、电力二极管的工作原理 电力二极管由一个大面积PN结和两端引 线及封装组成。 PN结具有单向导电性。 正向电压（正向偏置）：二极管阳极（A极） 极接电源正极，阴极（K极）接电源负极。 反向电压（反向偏置）：二极管阳极（A极） 极接电源负极，阴极（K极）接电源正极。 正向导通状态：电力二极管PN结处于正向 偏置状态，电流从P流向N，PN结为低电阻。 反向截止状态：电力二极管PN结处于反向偏置状态，PN结为高电阻。有较小的反向漏电流流过PN结。 PN结具有一定的反向耐压能力：如反向电压过大，PN结反向截止状态破坏，反向电流急增，发生反向击穿。 第三节 晶闸管 晶闸管：是晶体闸流管的简称，俗称可控硅（SCR）。是一种开通时间可以控制的半控型电力电子器件。 第四节 门极可关断晶闸管（GTO） 门极可关断晶闸管：通过门极加负脉冲电流使其关断的全控器件。晶闸管可达到6000V、6000A、100~10000Hz，广泛应用于电力机车逆变器、电网动态无功补偿、大功率直流斩波调速。 第五节 电力晶体管（GTR） 电力晶闸管：是一种大功率、高反压的双极结型晶体管，具有自关断能力，具有饱和压降低、开关时间短和安全工作区宽等特点。在交流电机调速、不间断电源、中频电源等电力