常用电力电子器件介绍讲稿.ppt

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1、关于常用电力电子器件介绍第一页，讲稿共十五页哦复习提问复习提问 1、什么是直流电机，什么是交流电机？2、三相异步电动机转速公式表达式。第二页，讲稿共十五页哦导入新课导入新课 从复习可知，直流电机结构复杂但调速效果好，而交流电机结构简单但调速效果一般，随着大功率可控整流器件的出现使得交流调速进入了实际应用的阶段。第三页，讲稿共十五页哦晶闸管晶闸管(Thyristor)的结构及工作原理的结构及工作原理晶闸管(Thyristor)俗称硅晶体闸流管。晶闸管通常有普通晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管和快速晶闸管等。普通晶闸管也叫可控硅，用SCR表示，国际通用名称为Thyristor简称T。晶

2、闸管的结构 晶闸管内部是一种四层（P、N、P、N）结构，对外呈三端（A、G、K）大功率半导体器件，第四页，讲稿共十五页哦它有三个PN结：J1、J2、J3。其外形有平板形和螺栓形，见图2.1（a）、(b)所示。三个引出端分别叫做阳极A、阴极K和门极G，门极也叫控制级。晶闸管的图形符号见图2.1(c)所示。第五页，讲稿共十五页哦第六页，讲稿共十五页哦晶闸管的工作原理 由晶闸管的结构可知，晶闸管是一种四层三端器件，有由晶闸管的结构可知，晶闸管是一种四层三端器件，有J1J1、J2J2、J3J3三个三个PNPN结，见图结，见图2.2(a)2.2(a)所示所示.当把中间的当把中间的N1N1和和P2P2分为

3、两部分，则可构成一个分为两部分，则可构成一个NPNNPN型晶体管和一个型晶体管和一个PNPPNP型晶体管型晶体管的复合管，如图的复合管，如图2.2(b)2.2(b)所示。所示。1.1.晶闸管的导电特性：单向导电特性和正向导通的可控性。晶闸管的导电特性：单向导电特性和正向导通的可控性。2.2.晶闸管的导通条件：晶闸管的导通条件：（1 1）晶闸管的阳极阴极之间加正向电压。）晶闸管的阳极阴极之间加正向电压。（2 2）晶闸管的门极阴极之间有正向触发电压）晶闸管的门极阴极之间有正向触发电压,且有足够的触发电流。且有足够的触发电流。3.3.维持电流：保持晶闸管导通的最小阳极电流。维持电流：保持晶闸管导通的

4、最小阳极电流。由图由图2.22.2（c c）可知，每个晶体管的集电极电流是另一个晶体管的基极电流。两个晶）可知，每个晶体管的集电极电流是另一个晶体管的基极电流。两个晶体管相互复合体管相互复合,当有足够的门极电流当有足够的门极电流IgIg时，就会形成强烈的正反馈，即时，就会形成强烈的正反馈，即 此时两个晶体管迅速饱和导通，即晶闸管饱和导通。此时两个晶体管迅速饱和导通，即晶闸管饱和导通。若要关断晶闸管，则应设法使晶闸管的阳极电流减小到维持电流以下。若要关断晶闸管，则应设法使晶闸管的阳极电流减小到维持电流以下。第七页，讲稿共十五页哦第八页，讲稿共十五页哦门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTO）门

5、极可关断晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而来。从结构上看通常门极可关断晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而来。从结构上看通常它有三个极：阳极（它有三个极：阳极（A A）、阴极（）、阴极（K K）和门极（）和门极（G G）。其工作原理是：通过）。其工作原理是：通过控制门极信号进行接通和关断晶闸管，其工作特点如下：控制门极信号进行接通和关断晶闸管，其工作特点如下：1.1.导通条件导通条件 在门极和阴极之间加一正向电压，即：在门极和阴极之间加一正向电压，即：G G（）、（）、K K（），（），GTOGTO导通。导通。2.2.关断条件关断条件 在门极和阴极之间加一反向电压，在门极和阴极之间加一反向电压，

6、G G（）、（）、K K（），（），GTOGTO关断。关断。电路如图电路如图2-32-3所示所示 门极可关断晶闸管通断方便，是一种大功率无触点开关，它是逆变电路门极可关断晶闸管通断方便，是一种大功率无触点开关，它是逆变电路中的主要开关元件，广泛用在中小容量变频器中。但由于受到反向关断中的主要开关元件，广泛用在中小容量变频器中。但由于受到反向关断及工作频率的限制，门极可关断晶闸管正被新型的大功率晶体管及工作频率的限制，门极可关断晶闸管正被新型的大功率晶体管GTRGTR所取所取代，但是在大容量变频器，代，但是在大容量变频器，GTOGTO以其工作电流大，耐压高的特性，仍得到普遍应用。以其工作电流大，

7、耐压高的特性，仍得到普遍应用。第九页，讲稿共十五页哦第十页，讲稿共十五页哦大功率晶体管（大功率晶体管（GTR）（一）、基本结构（一）、基本结构 是一种大功率晶体管，又叫双极型晶体管（是一种大功率晶体管，又叫双极型晶体管（BJTBJT），），GTRGTR在结构上常用达林顿结构形式，是在结构上常用达林顿结构形式，是由多个晶体管复合组成的大功率晶体管，通过与反相续流二极管并联组成一个模块，由多个晶体管复合组成的大功率晶体管，通过与反相续流二极管并联组成一个模块，如图如图2-42-4所示。所示。GTRGTR也具有三个极，分别是基极（也具有三个极，分别是基极（B B）、发射极（）、发射极（E E）、集电

8、极（）、集电极（C C）。）。（二）、（二）、GTRGTR的工作特点的工作特点 GTRGTR如同普通的晶体管一样，也有三种工作状态，即放大、饱和及截止状态，在大功率可控如同普通的晶体管一样，也有三种工作状态，即放大、饱和及截止状态，在大功率可控电路中，电路中，GTRGTR主要工作在饱和状态和截止状态。主要工作在饱和状态和截止状态。由于由于GTRGTR工作在大功率电路中，因此管子的功耗是一个不容忽视的问题，工作在大功率电路中，因此管子的功耗是一个不容忽视的问题，GTRGTR在截在截止和饱和状态时其功耗是很小的，但是在放大状态其功耗将增大百倍，因此，逆变电路的止和饱和状态时其功耗是很小的，但是在放

9、大状态其功耗将增大百倍，因此，逆变电路的GTRGTR在交替切换的过程中是不允许在放大区稍做停留的。在交替切换的过程中是不允许在放大区稍做停留的。GTRGTR具有自关断能力及开关时具有自关断能力及开关时间短、饱和压降低、安全工作区宽等特点，广泛用于交流调速、变频电源中。在间短、饱和压降低、安全工作区宽等特点，广泛用于交流调速、变频电源中。在中小容量的变频器中，曾一度占据了主导地位。中小容量的变频器中，曾一度占据了主导地位。第十一页，讲稿共十五页哦第十二页，讲稿共十五页哦功率场效应晶体管（功率场效应晶体管（MOSFET）率场效应晶体管与场效应晶体管一样也是有三个极，分率场效应晶体管与场效应晶体管一

10、样也是有三个极，分别是源极别是源极S S、漏极、漏极D D和栅极和栅极G G，管子的连接及工作特性也，管子的连接及工作特性也基本与场效应晶体管一样。功率场效应晶体管属于电压控基本与场效应晶体管一样。功率场效应晶体管属于电压控制型器件，自关断能力强，驱动功率很小，使用方便，开制型器件，自关断能力强，驱动功率很小，使用方便，开关频率比较高，无二次击穿现象。功率场效应晶体管在存关频率比较高，无二次击穿现象。功率场效应晶体管在存放和运输中应有防静电装置，栅极不能开路工作，对于电放和运输中应有防静电装置，栅极不能开路工作，对于电感性负载应有适当的保护措施。感性负载应有适当的保护措施。第十三页，讲稿共十五

11、页哦绝缘栅双极晶体管（绝缘栅双极晶体管（IGBT）绝缘栅双极晶体管简称绝缘栅双极晶体管简称IGBTIGBT是一种集大功率晶体管（是一种集大功率晶体管（GTRGTR）和功）和功率场效应晶体管（率场效应晶体管（MOSFETMOSFET）两者于一身的复合型器件，它有三个极）两者于一身的复合型器件，它有三个极分别是集电极（分别是集电极（C C），发射极（），发射极（E E）和栅极（）和栅极（G G），如图），如图2-52-5所示。所示。输入阻抗很高，它既有输入阻抗很高，它既有MOSMOS器件的工作速度快，驱动电路简单的器件的工作速度快，驱动电路简单的特点，又具备了大功率晶体管的电流大，通态电压低的优点。特点，又具备了大功率晶体管的电流大，通态电压低的优点。因为因为IGBTIGBT性能优良，所以它已全面取代了功率晶体管而成为中小性能优良，所以它已全面取代了功率晶体管而成为中小容量电力变流装置中的主要器件，并广泛用于交流变频调速，开容量电力变流装置中的主要器件，并广泛用于交流变频调速，开关电源及其他设备中。随着关电源及其他设备中。随着IGBTIGBT单管容量的不断提高，它已开单管容量的不断提高，它已开始进入中大容量的电力变流装置中。始进入中大容量的电力变流装置中。第十四页，讲稿共十五页哦感谢大家观看第十五页，讲稿共十五页哦