变频器常用电力电子器件

1、无锡市技工院校教案首页授课日期2.24班组自动化71201课题：变频器常用电力电子器件教学目的要求：1. 了解变频器中常用电力电子器件的外形和符号2了解相关电力电子器件的特性教学重点、难点：重点：1.认识变频器中常用电力电子器件2.常用电力电气器件的符号及特性难点：常用电力电气器件的特性授课方法：讲授、分析、图示教学参考及教具（含多媒体教学设备）：变频器原理及应用机械工业出版社 王延才主编授课执行情况及分析:在授课中，主要从外形结构、符号、特性等几方面对变频器中常用的电力电子器件进 行介绍。通过本次课的学习，大部分学生已对常用电力电子器件有了一定的认识，达 到了预定的教学目标。板书设计或授课提

2、纲变频器常用电力电子器件一、电力二极管（PD）:指可以承受高电压、大电流，具有较大耗散功率的二极管。1结构2伏安特性3使用场合二、晶闸管（SCR）1外形及符号2结构晶闸管是四层（P iNiP 2N2）三端（A、K、G）器件。3晶闸管的导通和阻断控制导通控制：在晶闸管的阳极 A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极 G和阴极K间也加正向 触发电压，且有足够的门极电流。要使导通的晶闸管阻断，必须将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下。三、门极可关断晶闸管（GTO ）1结构：与普通晶闸管相似2门极控制四、电力晶体管（GTR）五、电力 MOS场效应晶体管（P-MOSFET ）1结构2特性（1）

3、转移特性：栅极电压 UGs与漏极电流Id之间的关系（2） 输出特性：以栅一源电压Ugs为参变量，反映漏极电流Id与漏极电压Uds间关系的曲线 簇六、绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）1结构2静态特性不可控 的单向 导通器 件I a) “卜形PNT如果对反向电压不加限制的话，二极管将被击穿而损坏。教学内容复习：1什么是变频器？2变频器有哪些应用？新课引入：变频器是随着微电子学、电力电子技术、计算机技术和自动控制理论等的不断发展而发展起来的。变频器的主电路不论是何种形式，都是采用电力电气器件作为开关器件。因此，电气 电子器件是变频器发展的基础。本次课我们一起来认识变频器中常用的电力电子器件。讲授新课

4、：一、电力二极管（PD）:指可以承受高电压、大电流，具有较大耗散功率的二极管。电力二极管与普通二极管的结构、工作原理和伏安特性相似， 但它的主要参数和选择原则等不尽相同。1结构心电吒圏形符号电力二极管的内部也是一个 PN结，其面积较大，电力二极管引出了两个极，分别称为阳 极A和阴极K。电力二极管的功耗较大，它的外形有螺旋式和平板式两种。2伏安特性：电力二极管的阳极和阴极间的电压和流过管子的电流之间的关系称为伏安（1）正向特性：当从零逐渐增大正向电压时，开始阳极电流很小，这一段特性 曲线很靠近横坐标。当正向电压大于0.5V时，正向阳极电流急剧上升，管子正向导通。如果电路中不接限流元件，二极管将

5、被烧毁。硅二极管的开启电压为 0.5 V左右， 锗二极管的开启电压为 0.1 V左右。（2）反向特性：当二极管加上反向电 压时，起始段的反向漏电流也很小，而且 随着反向电压的增加，反向漏电流只是略 有增大，但当反向电压增大到反向不重复 峰值电压值时，反向漏电流开始急剧增加。3使用场合电力二极管常用于将交流电变换为直流电的整流电路中，也用于具有回馈或续流的逆变电路中。二、晶闸管（SCR）:是硅晶体闸流管的简称，包括普通晶闸管、双向晶闸管、可关断晶闸管、 逆导晶闸管和快速晶闸管等。其中普通晶闸管又叫可控硅，常用SCR表示。1外形及符号（町螺栓形半板砂（c）團形符号晶闸管的种类很多，从外形上看主要由

6、螺栓形和平板形两种，螺栓式晶闸管容量一般为 10200A ;平板式晶闸管用于 200A3个引出端分别叫做阳极 A、阴极K和门极G,门极又叫 控制极。2结构晶闸管是四层（P iNiP 2N2）三端（A、K、G）器件。3晶闸管的导通和阻断控制导通控制：在晶闸管的阳极 A和阴极K间加正向电压，同时在它的门极 G和阴极K间也加 正向触发电压，且有足够的门极电流。晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。晶闸管从阻断变为导通的过程称为触发导通。门极触发电流一般只有几十毫安到几百毫安，而晶闸管导通后，从阳极到阴极可以通过几百、几千安的电流。要使导通的晶闸管阻断，必须将阳极

7、电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下。三、门极可关断晶闸管（GTO）门极可关断晶闸管，具有普通晶闸管的全部优点，如耐压高、电流大、控制功率大、使用 方便和价格低；但它具有自关断能力，属于全控器件。在质量、效率及可靠性方面有着明显的 优势，成为被广泛应用的自关断器件之一。1结构：与普通晶闸管相似，也为PNPN四层半导体结构、三端（阳极 A、阳极K、门极G）器件。2门极控制GTO的触发导通过程与普通晶闸管相似，关断则完全不同，GTO的关断控制是靠门极驱动电路从门极抽出P 2基区的存储电荷，门极负电压越大，关断的越快。四、电力晶体管（GTR）电力晶体管通常又称双极型晶体管（BJT）,是一种大功

8、率高反压晶体管，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优点。它被广泛用于交直流电机调速、中 频电源等电力变流装置中，属于全控型器件。工作原理与普通中、 小功率晶体管相似， 但主要工作在开关状态， 不用于信号放大，它所 承受的电压和电流数值较大。五、电力MOS场效应晶体管（P-MOSFET ）因为导 通后门 极失去 控制作 用，不 能用门 极控制 晶闸管 的 关 断，所 以它是 半控器 件门极加 负电压 可使其 关断， 全控器 件双极型 全控器 件电力MOS场效应晶体管是对功率小的电力MOSFET的工艺结构进行改进，在功率上有所突破的单极性半导体器件，属于电压控制型，具有驱动

9、功率小、控制线路简单、工作频率高 的特点。G »（N N沟道符号（0 P沟道符号（1）转移特性：栅极电压 Ugs与漏极电流Id之间的关系当Ugs Ut时，Id近似为零；当Ugs Ut，随着Ugs的增大Id也增大；当Id较大时，Id与U gs的关系近似为线性。gs为参变量，反映漏极电流lD与漏极电压UDS间关系的输出特性可划分为 4个区域：非饱和区I、 饱和区n、截止区川、雪崩区w。在非饱 和区U DS较小，当U GS为常数时，I D与Uds几乎呈线性关系。在饱和区，漏电流几乎不再随漏源电压变化。当U DS大于一定的电压值后，漏极PN结发生雪崩击穿，进入雪崩区W,漏电流突然增大，直至器

10、 件损坏。六、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）是20世纪80年代中期发展起来的一种新型器件，它综合 了 GTR和M0SFET的优点，既有 GTR耐高电压、电流大的特点，又兼有单极性电压驱动器 件M0SFET输入阻抗高、驱动功率小等优点。目前在20KHZ及以下中等容量变流装置中得到单极型 全控器 件，属 于电压 控制复合型 全控器 件了广泛应用，已取代了 GTR和功率M0SFET的一部分市场，成为中小功率电力电子设备的主 导器件。1结构fCGIOE2静态特性饱和区/ 有源区F=L增加弋事秦書*建*事事家声圭f ?FM %E(b)伏安特性(b图形符号(1 )转移特性：集电极电流 lc与栅一射极电压Uge之间的相互关系，与电力 MOS场效 应晶体管的转移特性相似。 开启电压UGE th是IGBT能实现电导调制而导通的最低栅一射极电 压。(2)输出特性：以栅一射电压 Uge为控制变量时，集电极电流ic与集一射极电压Uce之间的关系。输出特性分为 3个区域：正向阻断区、有源区和饱和区。七、智能功率模块(IPM)：集成电路PIC的一种。它将高速度、低功耗的IGBT、与栅极驱动器和保护电路一体化，具有智能化、多功能