20世紀(jì)50年代,電力電子器件主要是汞弧閘流管和大功率電子管。60年代發(fā)展起來(lái)的晶閘管,因其工作可靠、壽命長(zhǎng)、體積小、開(kāi)關(guān)速度快,而在電力電子電路中得到廣泛應(yīng)用。70年代初期,已逐步取代了汞弧閘流管。80年代,普通晶閘管的開(kāi)關(guān)電流已達(dá)數(shù)千安,能承受的正、反向工作電壓達(dá)數(shù)千伏。在此基礎(chǔ)上,為適應(yīng)電力電子技術(shù)發(fā)展的需要,又開(kāi)發(fā)出門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管等一系列派生器件,以及單極型mos功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管、雙極型功率晶體管、靜電感應(yīng)晶閘管、功能組合模塊和功率集成電路等新型電力電子器件。
各種電力電子器件均具有導(dǎo)通和阻斷兩種工作特性。功率二極管是二端(陰極和陽(yáng)極)器件,其器件電流由伏安特性決定,除了改變加在二端間的電壓外,無(wú)法控制其陽(yáng)極電流,故稱(chēng)不可控器件。普通晶閘管是三端器件,其門(mén)極信號(hào)能控制元件的導(dǎo)通,但不能控制其關(guān)斷,稱(chēng)半控型器件??申P(guān)斷晶閘管、功率晶體管等器件,其門(mén)極信號(hào)既能控制器件的導(dǎo)通,又能控制其關(guān)斷,稱(chēng)全控型器件。后兩類(lèi)器件控制靈活,電路簡(jiǎn)單,開(kāi)關(guān)速度快,廣泛應(yīng)用于整流、逆變、斬波電路中,是電動(dòng)機(jī)調(diào)速、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、感應(yīng)加熱、電鍍、電解電源、直接輸電等電力電子裝置中的核心部件。這些器件構(gòu)成裝置不僅體積小、工作可靠,而且節(jié)能效果十分明顯(一般可節(jié)電10%~40%)。
單個(gè)電力電子器件能承受的正、反向電壓是一定的,能通過(guò)的電流大小也是一定的。因此,由單個(gè)電力電子器件組成的電力電子裝置容量受到限制。所以,在實(shí)用中多用幾個(gè)電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)形成組件,其耐壓和通流的能力可以成倍地提高,從而可極大地增加電力電子裝置的容量。器件串聯(lián)時(shí),希望各元件能承受同樣的正、反向電壓;并聯(lián)時(shí)則希望各元件能分擔(dān)同樣的電流。但由于器件的個(gè)異性,串、并聯(lián)時(shí),各器件并不能完全均勻地分擔(dān)電壓和電流。所以,在電力電子器件串聯(lián)時(shí),要采取均壓措施;在并聯(lián)時(shí),要采取均流措施。
電力電子器件工作時(shí),會(huì)因功率損耗引起器件發(fā)熱、升溫。器件溫度過(guò)高將縮短壽命,甚至燒毀,這是限制電力電子器件電流、電壓容量的主要原因。為此,必須考慮器件的冷卻問(wèn)題。常用冷卻方式有自冷式、風(fēng)冷式、液冷式(包括油冷式、水冷式)和蒸發(fā)冷卻式等。
按照電力電子器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度分類(lèi):
1.半控型器件,例如晶閘管;
2.全控型器件,例如gto(門(mén)極可關(guān)斷晶閘管)、gtr(電力晶體管),mosfet(電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、igbt(絕緣柵雙極晶體管);
3.不可控器件,例如電力二極管;
按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi):
1.電壓驅(qū)動(dòng)型器件,例如igbt、mosfet、sith(靜電感應(yīng)晶閘管);
2.電流驅(qū)動(dòng)型器件,例如晶閘管、gto、gtr;
根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間的有效信號(hào)波形分類(lèi):
1.脈沖觸發(fā)型,例如晶閘管、gto;
2.電子控制型,例如gtr、mosfet、igbt;
按照電力電子器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分類(lèi):
1.雙極型器件,例如電力二極管、晶閘管、gto、gtr;
2.單極型器件,例如mosfet、sit;
3.復(fù)合型器件,例如mct(mos控制晶閘管)和igbt;