變頻器常用電力電子器件

1、無(wú)錫市技工院校教案首頁(yè)授課日期2.24班組自動(dòng)化71201課題：變頻器常用電力電子器件教學(xué)目的要求：1. 了解變頻器中常用電力電子器件的外形和符號(hào)2了解相關(guān)電力電子器件的特性教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：1.認(rèn)識(shí)變頻器中常用電力電子器件2.常用電力電氣器件的符號(hào)及特性難點(diǎn)：常用電力電氣器件的特性授課方法：講授、分析、圖示教學(xué)參考及教具（含多媒體教學(xué)設(shè)備）：變頻器原理及應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社 王延才主編授課執(zhí)行情況及分析:在授課中，主要從外形結(jié)構(gòu)、符號(hào)、特性等幾方面對(duì)變頻器中常用的電力電子器件進(jìn) 行介紹。通過(guò)本次課的學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生已對(duì)常用電力電子器件有了一定的認(rèn)識(shí)，達(dá) 到了預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。板書(shū)設(shè)計(jì)或授課提

2、綱變頻器常用電力電子器件一、電力二極管（PD）:指可以承受高電壓、大電流，具有較大耗散功率的二極管。1結(jié)構(gòu)2伏安特性3使用場(chǎng)合二、晶閘管（SCR）1外形及符號(hào)2結(jié)構(gòu)晶閘管是四層（P iNiP 2N2）三端（A、K、G）器件。3晶閘管的導(dǎo)通和阻斷控制導(dǎo)通控制：在晶閘管的陽(yáng)極 A和陰極K間加正向電壓，同時(shí)在它的門(mén)極 G和陰極K間也加正向 觸發(fā)電壓，且有足夠的門(mén)極電流。要使導(dǎo)通的晶閘管阻斷，必須將陽(yáng)極電流降低到一個(gè)稱(chēng)為維持電流的臨界極限值以下。三、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO ）1結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管相似2門(mén)極控制四、電力晶體管（GTR）五、電力 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-MOSFET ）1結(jié)構(gòu)2特性（1）

3、轉(zhuǎn)移特性：柵極電壓 UGs與漏極電流Id之間的關(guān)系（2） 輸出特性：以柵一源電壓Ugs為參變量，反映漏極電流Id與漏極電壓Uds間關(guān)系的曲線 簇六、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT ）1結(jié)構(gòu)2靜態(tài)特性不可控 的單向 導(dǎo)通器 件I a) “卜形PNT如果對(duì)反向電壓不加限制的話(huà)，二極管將被擊穿而損壞。教學(xué)內(nèi)容復(fù)習(xí)：1什么是變頻器？2變頻器有哪些應(yīng)用？新課引入：變頻器是隨著微電子學(xué)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論等的不斷發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。變頻器的主電路不論是何種形式，都是采用電力電氣器件作為開(kāi)關(guān)器件。因此，電氣 電子器件是變頻器發(fā)展的基礎(chǔ)。本次課我們一起來(lái)認(rèn)識(shí)變頻器中常用的電力電子器件。講授新課

4、：一、電力二極管（PD）:指可以承受高電壓、大電流，具有較大耗散功率的二極管。電力二極管與普通二極管的結(jié)構(gòu)、工作原理和伏安特性相似， 但它的主要參數(shù)和選擇原則等不盡相同。1結(jié)構(gòu)心電吒圏形符號(hào)電力二極管的內(nèi)部也是一個(gè) PN結(jié)，其面積較大，電力二極管引出了兩個(gè)極，分別稱(chēng)為陽(yáng) 極A和陰極K。電力二極管的功耗較大，它的外形有螺旋式和平板式兩種。2伏安特性：電力二極管的陽(yáng)極和陰極間的電壓和流過(guò)管子的電流之間的關(guān)系稱(chēng)為伏安（1）正向特性：當(dāng)從零逐漸增大正向電壓時(shí)，開(kāi)始陽(yáng)極電流很小，這一段特性 曲線很靠近橫坐標(biāo)。當(dāng)正向電壓大于0.5V時(shí)，正向陽(yáng)極電流急劇上升，管子正向?qū)?。如果電路中不接限流元件，二極管將

5、被燒毀。硅二極管的開(kāi)啟電壓為 0.5 V左右， 鍺二極管的開(kāi)啟電壓為 0.1 V左右。（2）反向特性：當(dāng)二極管加上反向電 壓時(shí)，起始段的反向漏電流也很小，而且 隨著反向電壓的增加，反向漏電流只是略 有增大，但當(dāng)反向電壓增大到反向不重復(fù) 峰值電壓值時(shí)，反向漏電流開(kāi)始急劇增加。3使用場(chǎng)合電力二極管常用于將交流電變換為直流電的整流電路中，也用于具有回饋或續(xù)流的逆變電路中。二、晶閘管（SCR）:是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，包括普通晶閘管、雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、 逆導(dǎo)晶閘管和快速晶閘管等。其中普通晶閘管又叫可控硅，常用SCR表示。1外形及符號(hào)（町螺栓形半板砂（c）團(tuán)形符號(hào)晶閘管的種類(lèi)很多，從外形上看主要由

6、螺栓形和平板形兩種，螺栓式晶閘管容量一般為 10200A ;平板式晶閘管用于 200A3個(gè)引出端分別叫做陽(yáng)極 A、陰極K和門(mén)極G,門(mén)極又叫 控制極。2結(jié)構(gòu)晶閘管是四層（P iNiP 2N2）三端（A、K、G）器件。3晶閘管的導(dǎo)通和阻斷控制導(dǎo)通控制：在晶閘管的陽(yáng)極 A和陰極K間加正向電壓，同時(shí)在它的門(mén)極 G和陰極K間也加 正向觸發(fā)電壓，且有足夠的門(mén)極電流。晶閘管一旦導(dǎo)通，門(mén)極即失去控制作用，因此門(mén)極所加的觸發(fā)電壓一般為脈沖電壓。晶閘管從阻斷變?yōu)閷?dǎo)通的過(guò)程稱(chēng)為觸發(fā)導(dǎo)通。門(mén)極觸發(fā)電流一般只有幾十毫安到幾百毫安，而晶閘管導(dǎo)通后，從陽(yáng)極到陰極可以通過(guò)幾百、幾千安的電流。要使導(dǎo)通的晶閘管阻斷，必須將陽(yáng)極

7、電流降低到一個(gè)稱(chēng)為維持電流的臨界極限值以下。三、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO）門(mén)極可關(guān)斷晶閘管，具有普通晶閘管的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，如耐壓高、電流大、控制功率大、使用 方便和價(jià)格低；但它具有自關(guān)斷能力，屬于全控器件。在質(zhì)量、效率及可靠性方面有著明顯的 優(yōu)勢(shì)，成為被廣泛應(yīng)用的自關(guān)斷器件之一。1結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管相似，也為PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、三端（陽(yáng)極 A、陽(yáng)極K、門(mén)極G）器件。2門(mén)極控制GTO的觸發(fā)導(dǎo)通過(guò)程與普通晶閘管相似，關(guān)斷則完全不同，GTO的關(guān)斷控制是靠門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路從門(mén)極抽出P 2基區(qū)的存儲(chǔ)電荷，門(mén)極負(fù)電壓越大，關(guān)斷的越快。四、電力晶體管（GTR）電力晶體管通常又稱(chēng)雙極型晶體管（BJT）,是一種大功

8、率高反壓晶體管，具有自關(guān)斷能力，并有開(kāi)關(guān)時(shí)間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛用于交直流電機(jī)調(diào)速、中 頻電源等電力變流裝置中，屬于全控型器件。工作原理與普通中、 小功率晶體管相似， 但主要工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)， 不用于信號(hào)放大，它所 承受的電壓和電流數(shù)值較大。五、電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（P-MOSFET ）因?yàn)閷?dǎo) 通后門(mén) 極失去 控制作 用，不 能用門(mén) 極控制 晶閘管 的 關(guān) 斷，所 以它是 半控器 件門(mén)極加 負(fù)電壓 可使其 關(guān)斷， 全控器 件雙極型 全控器 件電力MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管是對(duì)功率小的電力MOSFET的工藝結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在功率上有所突破的單極性半導(dǎo)體器件，屬于電壓控制型，具有驅(qū)動(dòng)

9、功率小、控制線路簡(jiǎn)單、工作頻率高 的特點(diǎn)。G »（N N溝道符號(hào)（0 P溝道符號(hào)（1）轉(zhuǎn)移特性：柵極電壓 Ugs與漏極電流Id之間的關(guān)系當(dāng)Ugs Ut時(shí)，Id近似為零；當(dāng)Ugs Ut，隨著Ugs的增大Id也增大；當(dāng)Id較大時(shí)，Id與U gs的關(guān)系近似為線性。gs為參變量，反映漏極電流lD與漏極電壓UDS間關(guān)系的輸出特性可劃分為 4個(gè)區(qū)域：非飽和區(qū)I、 飽和區(qū)n、截止區(qū)川、雪崩區(qū)w。在非飽 和區(qū)U DS較小，當(dāng)U GS為常數(shù)時(shí)，I D與Uds幾乎呈線性關(guān)系。在飽和區(qū)，漏電流幾乎不再隨漏源電壓變化。當(dāng)U DS大于一定的電壓值后，漏極PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，進(jìn)入雪崩區(qū)W,漏電流突然增大，直至器

10、 件損壞。六、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT ）是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新型器件，它綜合 了 GTR和M0SFET的優(yōu)點(diǎn)，既有 GTR耐高電壓、電流大的特點(diǎn)，又兼有單極性電壓驅(qū)動(dòng)器 件M0SFET輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小等優(yōu)點(diǎn)。目前在20KHZ及以下中等容量變流裝置中得到單極型 全控器 件，屬 于電壓 控制復(fù)合型 全控器 件了廣泛應(yīng)用，已取代了 GTR和功率M0SFET的一部分市場(chǎng)，成為中小功率電力電子設(shè)備的主 導(dǎo)器件。1結(jié)構(gòu)fCGIOE2靜態(tài)特性飽和區(qū)/ 有源區(qū)F=L增加弋事秦書(shū)*建*事事家聲圭f ?FM %E(b)伏安特性(b圖形符號(hào)(1 )轉(zhuǎn)移特性：集電極電流 lc與柵一射極電壓Uge之間的相互關(guān)系，與電力 MOS場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性相似。 開(kāi)啟電壓UGE th是IGBT能實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制而導(dǎo)通的最低柵一射極電 壓。(2)輸出特性：以柵一射電壓 Uge為控制變量時(shí)，集電極電流ic與集一射極電壓Uce之間的關(guān)系。輸出特性分為 3個(gè)區(qū)域：正向阻斷區(qū)、有源區(qū)和飽和區(qū)。七、智能功率模塊(IPM)：集成電路PIC的一種。它將高速度、低功耗的IGBT、與柵極驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)電路一體化，具有智能化、多功能