變頻器常用電力電子器件

.無錫市技工院校 教 案 首 頁授課日期2.24班 組自動化71201課題： 變頻器常用電力電子器件 教學目的要求： 1. 了解變頻器中常用電力電子器件的外形和符號 2.了解相關電力電子器件的特性 教學重點、難點： 重點：1. 認識變頻器中常用電力電子器件 2. 常用電力電氣器件的符號及特性 難點：常用電力電氣器件的特性 授課方法： 講授、分析、圖示 教學參考及教具（含多媒體教學設備）： 變頻器原理及應用 機械工業(yè)出版社 王延才主編 授課執(zhí)行情況及分析：在授課中，主要從外形結構、符號、特性等幾方面對變頻器中常用的電力電子器件進行介紹。通過本次課的學習，大部分學生已對常用電力電子器件有了一定的認識，達到了預定的教學目標。板書設計或授課提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.結構2.伏安特性3.使用場合二、晶閘管（SCR）1.外形及符號2.結構晶閘管是四層（1122）三端（、）器件。3.晶閘管的導通和阻斷控制導通控制：在晶閘管的陽極A和陰極K間加正向電壓，同時在它的門極G和陰極K間也加正向觸發(fā)電壓，且有足夠的門極電流。要使導通的晶閘管阻斷，必須將陽極電流降低到一個稱為維持電流的臨界極限值以下。三、門極可關斷晶閘管（GTO）1.結構：與普通晶閘管相似2.門極控制四、電力晶體管（GTR）五、電力MOS場效應晶體管（P-MOSFET）1.結構2.特性（1）轉移特性：柵極電壓與漏極電流之間的關系（2）輸出特性：以柵源電壓為參變量，反映漏極電流與漏極電壓間關系的曲線簇六、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）1.結構2.靜態(tài)特性教 學 內(nèi) 容備 注復習：1.什么是變頻器？2.變頻器有哪些應用？新課引入： 變頻器是隨著微電子學、電力電子技術、計算機技術和自動控制理論等的不斷發(fā)展而發(fā)展起來的。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關器件。因此，電氣電子器件是變頻器發(fā)展的基礎。本次課我們一起來認識變頻器中常用的電力電子器件。講授新課：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構、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.結構 電力二極管的內(nèi)部也是一個PN結，其面積較大，電力二極管引出了兩個極，分別稱為陽極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。（1）正向特性：當從零逐漸增大正向電壓時，開始陽極電流很小，這一段特性曲線很靠近橫坐標。當正向電壓大于0.5V時，正向陽極電流急劇上升，管子正向導通。如果電路中不接限流元件，二極管將被燒毀。硅二極管的開啟電壓為0.5 V左右，鍺二極管的開啟電壓為0.1 V左右。（2）反向特性：當二極管加上反向電壓時，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，但當反向電壓增大到反向不重復峰值電壓值時，反向漏電流開始急劇增加。 2.伏安特性：電力二極管的陽極和陰極間的電壓和流過管子的電流之間的關系稱為伏安特性。如果對反向電壓不加限制的話，二極管將被擊穿而損壞。3.使用場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稱，包括普通晶閘管、雙向晶閘管、可關斷晶閘管、逆導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.外形及符號晶閘管的種類很多，從外形上看主要由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個引出端分別叫做陽極A、陰極K和門極G，門極又叫控制極。2.結構晶閘管是四層（1122）三端（、）器件。3.晶閘管的導通和阻斷控制導通控制：在晶閘管的陽極A和陰極K間加正向電壓，同時在它的門極G和陰極K間也加正向觸發(fā)電壓，且有足夠的門極電流。晶閘管一旦導通，門極即失去控制作用，因此門極所加的觸發(fā)電壓一般為脈沖電壓。晶閘管從阻斷變?yōu)閷ǖ倪^程稱為觸發(fā)導通。門極觸發(fā)電流一般只有幾十毫安到幾百毫安，而晶閘管導通后，從陽極到陰極可以通過幾百、幾千安的電流。要使導通的晶閘管阻斷，必須將陽極電流降低到一個稱為維持電流的臨界極限值以下。三、門極可關斷晶閘管（GTO）門極可關斷晶閘管，具有普通晶閘管的全部優(yōu)點，如耐壓高、電流大、控制功率大、使用方便和價格低；但它具有自關斷能力，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，成為被廣泛應用的自關斷器件之一。1.結構：與普通晶閘管相似，也為PNPN四層半導體結構、三端（陽極A、陽極K、門極G）器件。2.門極控制GTO的觸發(fā)導通過程與普通晶閘管相似，關斷則完全不同，GTO的關斷控制是靠門極驅動電路從門極抽出2基區(qū)的存儲電荷，門極負電壓越大，關斷的越快。四、電力晶體管（GTR）電力晶體管通常又稱雙極型晶體管（BJT），是一種大功率高反壓晶體管，具有自關斷能力，并有開關時間短、飽和壓降低和安全工作區(qū)寬等優(yōu)點。它被廣泛用于交直流電機調(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，但主要工作在開關狀態(tài)，不用于信號放大，它所承受的電壓和電流數(shù)值較大。五、電力MOS場效應晶體管（P-MOSFET）電力MOS場效應晶體管是對功率小的電力MOSFET的工藝結構進行改進，在功率上有所突破的單極性半導體器件，屬于電壓控制型，具有驅動功率小、控制線路簡單、工作頻率高的特點。1.結構2.特性（1）轉移特性：柵極電壓與漏極電流之間的關系當時，近似為零；當，隨著的增大也增大；當較大時，與的關系近似為線性。輸出特性可劃分為4個區(qū)域：非飽和區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)、雪崩區(qū)。在非飽和區(qū)較小，當為常數(shù)時，與幾乎呈線性關系。在飽和區(qū)，漏電流幾乎不再隨漏源電壓變化。當大于一定的電壓值后，漏極PN結發(fā)生雪崩擊穿，進入雪崩區(qū)，漏電流突然增大，直至器件損壞。（2）輸出特性：以柵源電壓為參變量，反映漏極電流與漏極電壓間關系的曲線簇六、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是20世紀80年代中期發(fā)展起來的一種新型器件，它綜合了GTR和MOSFET的優(yōu)點，既有GTR耐高電壓、電流大的特點，又兼有單極性電壓驅動器件MOSFET輸入阻抗高、驅動功率小等優(yōu)點。目前在20KHz及以下中等容量變流裝置中得到了廣泛應用，已取代了GTR和功率MOSFET的一部分市場，成為中小功率電力電子設備的主導器件。1.結構2.靜態(tài)特性（1）轉移特性：集電極電流與柵射極電壓之間的相互關系，與電力MOS場效應晶體管的轉移特性相似。開啟電壓是IGBT能實現(xiàn)電導調(diào)制而導通的最低柵射極電壓。（2）輸出特性：以柵射電壓為控制變量時，集電極電流與集射極電壓之間的關系。輸出特性分為3個區(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、與柵極驅動器和保護電路一體化，具有智能化、多功能、高可靠、速度快、功耗小的特點。課堂小結： 類型器件名稱簡稱不可控器件電力二極管PD半控器件晶閘管SCR全控器件門極可關斷晶閘管GTO電力晶體管GTR電力MOS場效應晶體管P-MOSFET絕緣柵雙極型晶體管IGB