电子技术基础与技能助教课件第6章电力电子器件及应用

电子技术基础与技能第6章第6章电力电子器件及应用知识目标1.了解晶闸管的结构、工作原理及伏安特性，会用万用表对晶闸管进行测试和判别。2.掌握晶闸管的导通条件和关断条件。3.了解双向晶闸管的结构和工作原理，会用万用表对双向晶闸管进行测试和判别。4.了解常见可控整流电路的形式及工作原理，会安装调试简单可控整流电路。5.了解其他常用电力电子器件应用。电子技术基础与技能第6章技能目标1.会识别晶闸管、单结晶体管；2.会用万用表测试晶闸管、单结晶体管；3.会安装、调试调光台灯电路。电子技术基础与技能第6章6.1晶闸管6.1.1晶闸管的结构与外形1.晶闸管的外形电子技术基础与技能第6章2.晶闸管的结构a)结构b)等效电路图6–3晶闸管的结构与等效电路电子技术基础与技能第6章6.1.2晶闸管的导通与关断条件在晶闸管A、K两端加正向电压，同时G、K两端也加有适当正向触发电压，晶闸管才能导通。晶闸管一旦导通后，门极就失去了控制作用，维持导通。电子技术基础与技能第6章图6–4晶闸管反向阻断图6–5晶闸管正向阻断图6–6晶闸管导通图6–7晶闸管维持导通电子技术基础与技能第6章6.1.3晶闸管的主要参数额定正向平均电流IT（AV）额定电压Un正向阻断峰值电压UFRM反向重复峰值电压URRM正向平均电压UF（AV）维持电流IH电子技术基础与技能第6章6.1.4给晶闸管做体检【极性的判断】将万用表置于“R×1k”或“R×100”挡，如果测得其中两个电极的正向电阻较小，而交换表笔后测得反向电阻很大，那么以阻值较小的一次为准，黑表笔所接的就是门极G，而红表笔所接的就是阴极K，剩下的电极便是阳极A。【质量的判断】将万用表置于“R×10”挡，黑表笔接阳极，红表笔接阴极，指针应接近∞，短接阳极和门极，表针应指向很小的阻值，约为60～200Ω，表明单向晶闸管能触发导通；断开S，表针回不到∞，表明晶闸管是正常的电子技术基础与技能第6章6.1.5晶闸管的触发电路【晶闸管对触发电路的要求】1．触发电路输出的脉冲必须具有足够的功率。2．触发脉冲必须与晶闸管的主电压保持同步。3．触发脉冲能满足主电路移相范围的要求。4．触发脉冲要具有一定的宽度，前沿要陡。【触发电路的分类】触发电路通常以组成的主要元件名称分类，可分为单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器、计算机控制数字触发电路等。电子技术基础与技能第6章单结晶体管触发电路特点单结晶体管触发电路结构简单，输出脉冲前沿陡，抗干扰能力强，运行可靠，调试方便，广泛应用于对中小容量晶闸管的触发控制。单结晶体管外形及结构如图6–9所示。图6–9单结晶体管的结构及其符号电子技术基础与技能第6章单结晶体管自激振荡电路利用单结晶体管的负阻特性和RC电路的充放电特性，可以组成单结晶体管自激振荡电路。如图6–11所示。图6–11自激振荡电路及其波形电子技术基础与技能第6章6.2可控整流电路6.2.1单相半波可控整流电路图6-12a是单相半波电阻性负载可控整流电路，其触发电路是加了同步环节的单结晶体管振荡电路。图6-12具有同步环节的单结晶体管触发电路电子技术基础与技能第6章相关电量计算1）负载上直流平均电压Ud与平均电流Id2）晶闸管两端可能承受的最大正反向电压UTMUTM=2cos145.02UdUdddRUI22U电子技术基础与技能第6章6.2.2单相全控桥整流电路图6-13为单相全控桥整流电路。图6-13单相全控桥整流电路及波形电子技术基础与技能第6章在交流电源电压u2的正负半周里，VT1、VT3和VT2、VT4两组晶闸管轮流被触发导通，将交流电转变成脉动的直流电。改变α角的大小，负载电压ud、电流id的波形及整流输出直流电压平均值均相应改变。电子技术基础与技能第6章相关电量计算1)输出直流电压平均值Ud2)输出直流电流平均值Id3)晶闸管电流平均值IdT4）晶闸管两端可能承受的最大正反向电压UTMUTM=2cos19.02dUUddd/RUI2cos145.021d2ddTRUII22U电子技术基础与技能第6章6.3双向晶闸管及交流调压6.3.1双向晶闸管双向晶闸管的结构和符号如图6-17所示。图6-17双向晶闸管的结构和符号双向晶闸管的主电极T1和T2无论加正向电压还是反向电压，其门极G的触发信号无论是正向还是反向，它都能被“触发”导通。电子技术基础与技能第6章双向晶闸管的主要参数只有额定电流与普通晶闸管有所不同，其他参数定义与普通晶闸管相似。由于双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不是用平均值，而是用有效值(方均根值)来表示，定义为：在标准散热条件下，当器件的单向导通角大于170°时，允许流过器件的最大交流正弦电流的有效值，用IT(RMS)表示。电子技术基础与技能第6章6.3.2交流调压如图6-18所示，交流电源经由一只双向晶闸管连接电阻负载构成主电路。图6-18单相交流调压电路及波形电子技术基础与技能第6章双向晶闸管实用调压电路图6-19所示为双向晶闸管实用调压电路，改变RP即可调整双向晶闸管的控制角α，达到负载电阻RL两端电压可调。图6-19双向晶闸管调压电路电子技术基础与技能第6章相关电量计算输出交流电压有效值UR和电流有效值I计算公式为ππ2sinπ21RUUππ2sinπ21RRURUI电子技术基础与技能第6章6.4其他电力电子器件简介6.4.1可关断晶闸管（GTO）GTO的导通机理与普通晶闸管完全一样，GTO一旦导通之后，门极信号是可以撤除的，但在制作时采用特殊的工艺使管子导通后处于临界饱和状态，而不象普通晶闸管那样处于深饱和状态，这样就可以用门极负脉冲电流破坏临界饱和状态使其关断，因此，在关断机理上与晶闸管是不同的。门极加负脉冲即从门极抽出电流（即抽取饱和导通时储存的大量载流子），强烈的正反馈使器件退出饱和而关断。作为一种全控型电力电子器件，GTO主要用于直流变换和逆变等需要元件强迫关断的地方，电压、电流容量较大，与普通晶闸管相近，达到兆瓦数量级。电子技术基础与技能第6章6.4.2电力晶体管（GTR）GTR的结构与普通晶体管基本一样，也是由三层半导体、两个PN结构成，引出的三个电极分别为基极B、集电极C和发射极E，分为NPN型和PNP型两种。GTR具有自关断能力，并有开关时间短、饱和压降低和安全工作区宽等特点。近几年来，由于GTR实现了高频化、模块化、廉价化，因此，被广泛用于交流电机调速、不停电电源和中频电源等电力变流装置中。电子技术基础与技能第6章6.4.3电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET）电力MOS场效应晶体管的导电沟道也分为Ｎ沟道和Ｐ沟道，栅偏压为零时漏源之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（Ｎ沟道）才存在导电沟道的称为增强型。目前电力MOS场效应晶体管的耐压可达1000V，电流为200A，开关时间为13ns，因此，它在小容量机器人传动装置、荧光灯镇流器及各类开关电路中应用极为广泛。电子技术基础与技能第6章6.4.4绝缘栅双极型晶体管（IGBT）绝缘栅双极型晶体管简称为IGBT,是80年代中期发展起来的一种新型复合器件。IGBT综合了P–MOSFET和GTR的优点，具有输入阻抗高、工作速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大的优点。IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，从而使IGBT导通。在栅极上施以负电压时，MOSFET内的沟道消失，IGBT即为关断。目前IGBT产品已系列化，最大电流容量达1800A，最高电压等级达4500V，工作频率达50kHz，在电机控制、中频电源、各种开关电源以及其他高速低损耗的中小功率领域，IGBT有取代GTR和P-MOSFIT的趋势。电子技术基础与技能第6章小结晶闸管是一种常用的电力电子器件。利用单结晶体管和RC电路组成的振荡电路可以为晶闸管提供触发信号，这种电路比较简单实用，但触发功率较小。利用晶闸管的单向可控导电性可以实现可控整流，提供大容量的可调直流电源，广泛用于直流电机的调速。常用的电路有：单相桥式可控整流电路和三相桥式可控整流电路。双向晶闸管是一种交流开关，常用于交流调压和交流开关电路中。电子技术基础与技能第6章谢谢！