欢迎学习初级电工电子基础知识部分

1、欢迎学习初级电工电子基础知识部分半导体的导电性能是介于导体和绝缘体之间的一类物质，常见的半导体有锗（Ge）、硅（Si）等，它们既不像导体那样容易导电，又不像绝缘体那样难于 导电。由于半导体对温度和光照反应灵敏以及掺入杂质会大大增强导电能力等独特的性质，用半导体制作的元器件用途及其广泛。电工作为一类电气技术人员，必须 掌握电子技术的基本知识以增强对各类电路的理解。本章简要介绍晶体二极管及其整流电流，三极管及电力半导体等基本常识。内容并不多，希望大家可以仔细深入的理解。P型半导体和N型半导体的形成文章目录 · 半导体的导电原理· P型半导体和N型半导体的形成半导体是由硅、锗等物

2、质组成的导电性介于导体和绝缘体之间的一类物质，向半导体中掺入杂质或改变光照、温度等可改变其导电能力。半导体的导电原理不含杂质的半导体称为本征半导体。半导体硅和锗的最外层电子有四个，故而称它为四价元素，每一个外层电子称为价电子。为了处于稳定状态，单晶硅和单晶锗中的每个原子的四个价电子都要和相邻原子的价电子配对，形成所谓的共价键，如右图所示。但是共价键中的电子并不像绝缘体中的电子结合的那样紧，由于能量激发（如光照、温度变化），一些电子就能挣脱原有的束缚而成为自由电子。与此同时，某处共价键中失去一个电子，相应地就留下一个空位，称为空穴。自由电子和空穴总是成对出现的。如果在本征半导体两端加以电压，则会

3、有两种数量相等的运载电荷的粒子（称作载流子）产生电流。一种是由自由电子向正极移动，形成的电子电流；另一种是空穴向负极移动形成的空穴电流，如右图所示。空穴电流的形成好像电影场中，前排座位空着，由后排人逐个往前填补人，人向前运动，空位向后运动一样。因此，在半导体中同时存在着电子导电和空穴导电，但由于这两种载流子数量很少，所以本征半导体导电能力远不如金属中的自由电子。P型半导体和N型半导体的形成如果在本征半导体中掺入少量的杂质，半导体的导电性能将会大大的改善。在纯净的半导体硅（Si）中掺入少量的五价磷（P）或三价硼（B）元素，就构成了电子型半导体（简称N型半导体）和空穴型半导体（简称P型半导体）。在

4、纯净半导体中掺入原子外层有三个电子的硼元素。硼原子与相邻硅原子形成共价键时，因缺少一个电子耳多一个空穴。如右图所示每掺入一个硼原子就有一个空穴，这种半导体称为P型半导体。在P型半导体中，空穴占多数，自由电子占少数，空穴是多数载流子。同理在纯净的半导体硅中掺入原子外层有五个电子的磷元素，就形成了N型半导体。PN结的形成及PN结工作原理（单向导电）讲解文章目录 · PN结的形成· PN结的工作原理学习本文前您可能需要阅读上一节课P型半导体和N型半导体的形成的部分内容，这将有助于您对本文的理解。PN结的形成如果把一块本征半导体的两边掺入不同的元素，使一边为P型，另一边为N型，则在

5、两部分的接触面就会形成一个特殊的薄层，称为PN结。PN结是构成二极管、三极管及可控硅等许多半导体器件的基础。如右图所示是一块两边掺入不同元素的半导体。由于P型区和N型区两边的载流子性质及浓度均不相同，P型区的空穴浓度大，而N型区的电子浓度大，于是 在交界面处产生了扩散运动。P型区的空穴向N型区扩散，因失去空穴而带负电；而N型区的电子向P型区扩散，因失去电子而带正电，这样在P区和N区的交界处 形成了一个电场（称为内电场）。PN结内电场的方向由N区指向P区，如右图所示。在内电场的作用下，电子将从P区向N区作漂移运动，空穴则从N区向P区作漂移运动。经过一段时间后，扩散运动与漂移运动达到一种相对平衡状

6、态，在交界处形成了一定厚度的空间电荷区叫做PN结，也叫阻挡层，势垒。PN结的工作原理如 果将PN结加正向电压，即P区接正极，N区接负极，如右图所示。由于外加电压的电场方向和PN结内电场方向相反。在外电场的作用下，内电场将会被削弱，使 得阻挡层变窄，扩散运动因此增强。这样多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过PN结，形成较大的扩散电流，称为正向电流。由此可见PN结正向导电时，其电阻是很小的。如果PN结加反向电压，如右图所示，此时，由于外加电场的方向与内电场一致，增强了内电场，多数载流子扩散运动减弱，没有正向电流通过PN结，只有少数载流子的漂移运动形成了反向电流。由于少数载流子为数很少，故反

7、向电流是很微弱的。因此，PN结在反向电压下，其电阻是很大的。由以上分析可以得知：PN结通过正向电压时可以导电，常称为导通；而加反向电压时不导电，常称为截止。这说明：PN结具有单向导电性。晶体二极管符号、结构与类型(点接触/面接触/平面型)、正负极划分晶体二极管常被人们简称为二极管，它由一个PN结、两条电极引线和管壳构成。由P区引出的电极为正极，N区引出的电极为负极（如果在二极管实物外壳的两端中的一端看见有一条横条，则这一端为负极）。如下图所示为二极管的电路图形符号，其文字符号为“V”，箭头所指方向为正电流通过的方向。二极管按内部结构的不同，可分为点接触（b）和面接触型以及平面型三种类型。点接触

8、型二极管的特点是PN结面积小，不能通过大电流。但由于其接触面积小，结电容小，高频性能好，故而常用在检波或脉冲电路中；而面接触型二极管 的特点是PN结面积达，可以通过较大的电流，适合用于大功率的整流电路中。平面型二极管如果结面积较大，则结电容也会大点，会应用在大功率整流中，如果面 积较小则适合脉冲数字电路等应用。实验图解二极管伏安特性曲线和主要参数文章目录 · 二极管伏安特性曲线· 二极管主要参数晶体二极管主要是由一个PN结构成，因此它应该与PN结具有相同的特性，即具有单向导电性。下面介绍加在二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系。即二极管的伏安特性及二极管主要参数。二

9、极管伏安特性曲线如下图所示为测试二极管伏安特性的原理电路，改变可变电阻的大小，就可以测出不同数值的端电压下流过二极管的电流，从而得到下右图所示的二极管伏安特性曲线。其中曲线右上方是正向特性，是由下图a所示电路测得，左下方是方向特性，是由下图b所示电路测得。如下图所示的两条曲线，是较为典型的锗和硅二极管的伏安特性曲线，曲线可分三部分来说明。正向特性：当外加正向电压较小时，正向电流很小，二极管呈现出较大的电阻（图中OA段和OA段）；正向电压超 过某一数值（UD称为其实电压或死区电压，硅管为0.6到0.8伏，锗管委0.2伏），电流随着电压增加得很快（图中的AB段和AB'段）。但增加的电 流不

10、能超过二极管允许电流，否则二极管会被烧坏。反向特性：加上方向电压时，只有很小的反向电流，并且它基本上不随电压变化，如曲线上Cd段和Cd'段，这种电流称为反向饱和电流。反向饱和电流随着温度升高而增长很快。反向击穿电压：当反向电压超过某一数值的时候，反向电流突然猛增，这种现象称为反向击穿，如曲线e和e以下的部分。对应于e点的电压称为击穿电压。二极管主要参数最大整流电路IM：它是二极管长期使用时允许通过二极管的最大正向平均电流值。最高反向工作电压：最高反向工作电压为反向击穿电压的1/2倍（二分之一），而有些小容量二极管，其最高反向工作电压为击穿电压的2/3（二分之三）左右。反向电流：在给定的

11、反向电压下，通过二极管的反向电流值。它是表征二极管单向导电性能的一个重要指标。反向电流小，单向导电性能越好。二极管正负极及好坏判断（通过外观及万用表测量）文章目录 · 测量正负极· 好坏判断借助万用表测量电阻的办法或通断测试档位，可以很方便的找出二极管正负极的极性以及粗略的测量出二极管的好坏。二极管正负极大家都知道，一般二极管上都是有直接表示正负极的，当看到管壳上有白色线圈的那一段，便是负极。或者线脚较短的一边为负极。但如果没有这些特征怎么办？万用表是电工手上都有的工具，使用万用表的欧姆档（测电阻）去测二极管的正负极电阻时，由于万用表内接有电池，要注意到万用表壳上标有“-”

12、的接线 端的黑表笔相连；表壳上标有“+”的接线端的红表笔相接。电流是由红表笔流出，而从黑表笔流回。另外应选用Rx1000的欧姆档来测量，因为Rx1档电流 太大，Rx10K档电压太高，都容易损坏二极管，所以不宜选用。具体测试方法如右图所示，将万用表的两个表笔分别接在二极管的两个管脚。二极管的正向电阻很小，一般为几十欧到几百欧，而反向电阻很大，一般为几十 千欧到几百千欧之间。如果在图中的两次测试，右侧测试显示电阻较小，左侧测试显示较大电阻，即可断定右侧红表笔所接的管脚为二极管的正极，另一个管脚即为 负极。有些现代数字万用表上面可能有二极管好坏判断的档位（通断档），将万用表定在这个档位进行测量若有读

13、数，则红表笔一段为正极，若没有读数或显示“1”，则黑表笔为正极。二极管好坏判断依然是上面的使用万用表电阻档的测量方法来判断。如果测出的正、反向电阻相差很大，测说明二极管的单向导电性能良好；如果测量的两次电阻值都很小或者都很大，则说明二极管已经失去了单向导电性，及时存在质量问题的坏二极管。晶体三极管型号及结构晶体三极管常简称为三极管或晶体管。三极管是由两个PN结（PN结的形成及PN结工作原理（单向导电）讲解）构成的一种半导体器件。其构成有两种型号：一种是PNP型三极管，如下图(a)是PNP型三极管的结构图，(b)是它的图形符号，另一种是NPN型三极管，图(c)是它的结构图，(d)是它的图形符号。

14、三极管b、c、e三个电极中：b极成为基极，c极称为集电极，e极成为发射极。为了使三极管具有放大作用，在制造时，常使基区厚度极薄，（几微米到十几微米）发射区较小，而且其掺入杂质的浓度比基区和集电区的杂质浓度大很多， 便于电子扩散出来。另外，当三极管介入电路中时，一般将“c-b”结（发射结）结成正向工作状态（又称“正向偏置”或简称“正偏”）；而将“c-b”结 （集电结）结成反向工作状态（又称“反向偏置”或“反偏”）。三极管工作原理及作用：电流放大与分配关系讲解在上节课中我们了解了三极管的结构是由两个PN结构呈的半导体器件。本节就带大家了解三极管的电流分配关系原理和电流放大作用。将PNP型晶体三极管

15、接成如下图所示的电路。此电路有两个回路：途中回路1为基极回路；图中回路2为集电极回路。因为两个回路中都含有发射极，故称此电路为共发射极接法的电路。改变电路中集电极Rb的数值而使基极电流Ib发生变化，便可相应的测出集电极电流Ic及发射极电流Ie的大小。下表为从三个电流表中读出的8组Ib、Ic、Ie的数值。从表中八组数值中，我们发现：Ie=Ic+Ib。即发射极电流等于集电极上的电流与基极电流之和，这就是三极管中的三个电极上的电流分配关系。从表中还可以看到，当基极电流Ib从0.02mA变化到0.04mA时（变化量Ib=0.04-0.02=0.02mA）,集电极电流也相应的从0.98mA变化到1.96

16、mA，（变化量Ic=1.96-0.98=0.98mA），这说明基极电流Ib的微小变化，能引起集电极电流Ic的较大变化，即三极管基极电流对集电极电流有放大作用。通常将集电极电流的变化量Ic与基极电流的变化量Ib之比，称为共射极电流放大系数，或称为电流放大倍数，用符号或hFE表示。（hFE称为共发射极静态电流放大倍数，不同型号的三极管hFE可从手册中查出。）从上表中可算出该三极管的电流放大倍数为：=Ic/Ib=0.98/0.02=49电流放大倍数是晶体三极管的主要参数，三极管的值一般在10200之间，有些三极管用顶部颜色点来表示的分档值：黄色：电流放大倍数为2550；绿色：5065，紫色：6585

17、；白色：85110；棕色：110140；黑色：140180三极管输入输出特性曲线讲解文章目录 · 输入特性曲线· 输出特性曲线三极管特性曲线是反映三极管各电极电压和电流之间相互关系的曲线，是用来描述晶体三极管工作特性曲线，常用的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线。这里以下图所示的共发射极电路来分析三极管的特性曲线。输入特性曲线该曲线表示当e极与c极之间的电压Uec保持不变时，输入电流（即基极电流Ib）和输入电压（即基极与发射极间电压Ueb）之间的关系曲线，如右图所示：从曲线中可看到，当Uec=0时，晶体三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性相同，这是因为此时发射结和极

18、电结都正向偏置，三极管相当于两个 PN结的同向并列。当Uec不等于0时，在同一Ueb下，Ib随Uec值增加而减小，这是因为有了Uec作用之后，原来的发射极流入基极的电流有一部分留 到集电极去了。当Uec增加到1伏以后再继续增加，因发射极电流绝大部分已经流进集电极，Ib就不再减小了，所以图中的和曲线基本上重合，通常 Uec1伏时只用一根线来表示。从图中可以看出，三极管在正常工作时，Ueb是很小的，仅有零点几伏。如果Ueb太大了会使Ib剧烈增加而损坏三极管，一般情况下，硅管发射结电压Ube在0.7伏左右，锗管发射结电压Ueb在0.3伏左右。输出特性曲线该曲线表示基极电流Ib一定时，三极管输出电压U

19、ec与输出电流Ic之间的关系曲线，如下右图所示。图中的每条曲线表示，当固定一个Ib值时，调节Rc所测得的不同Uec下的Ic值。根据输出特性曲线，三极管的工作状态分为三个区域。截止区：它包括Ib=0及Ib0（即Ib与原方向相反）的一组工作曲线。当Ib=0，Ic=Iceo（称为穿透电流），在常温下此值很小。在此区域中，三极管的两个PN结均为反向偏置，即使Uec电压较高，管子中的电流Ic却很小，此时的管子相当于一个开关的开路状态。饱和区：该区域中的电压Uec的数值很小，UbeUec集电极电流Ic随Uec的增加而很快的增大。此时三极管的两个PN结均处于正向偏置，集电结失去了收集某区电子的能力，Ic不再

20、受Ib控制。Uec对Ic控制作用很大，管子相当于一个开关的接通状态。放大区：此区域中三极管的发射结正向偏置，而集电极反向偏置。当Uec超过某一电压后曲线基本上是平直的，这是 因为当集电结电压增大后，原来流入基极的电流绝大部分被集电极拉走，所以Uec再继续增大时，电流Ic变化很小，另外，当Ib变化时，Ic即按比例的变 化，也就是说，Ic受Ib的控制，并且Ic变化比Ib的变化大很多，Ic和Ib成正比，两者之间具有线性关系，因此此区域又称为线性区。在放大电路 中，必须使用三极管工作在放大区。由三极管的三种状态产生了三极管的两个应用场合：放大电路和开关电路。三极管主要参数（直流、交流、极限）文章目录

21、· 直流参数· 交流参数· 极限参数三极管的主要参数分为三种，即直流参数、交流参数和极限参数，下面分别介绍：直流参数· 共发射极直流放大倍数=Ic/Ib· 集电极基极反向截止电流Icbo，Ic=0时，基极和集电极间加规定反向电压时的集电极电流。Icb越小，说明三极管的集电结质量越好。· 集电极发射极反向截止电流Iceo（穿透电流），Ib=0时，集电极发射极之间在规定反向电压时的集电极电流。要求Iceo越小越好。交流参数· 共发射极交流放大倍数=Ic/Ib，其中Ib是Ib的变化量，Ic时Ic对应的变化量，三极管值一般以2010

22、0之间为好。· 共基极交流放大倍数=Ic/Ie约等于1。极限参数· 集电极最大允许电流Icm，集电极Ic值超过一定限额值会下降，当下降到额定值的1/22/3时的Ic值称Icm，正常工作时不允许超过Icm。· 集电极发射极之间击穿电压BUceo：指基极开路时，集电极和发射极之间的击穿电压。· 集电极最大允许耗散功率Pcm：由于集电结处于反向连接，所以，电阻很大。当电流流过集电结时，集电结就会产生热量，为了使集电结的温度不超过规定值，集电极耗散功率将受到限制，一般应使PcmIcUce。三极管测试方法：基极b和类型与集电极c和发射极e的判断文章目录 ·

23、; 基极b和类型的判断· 集电极c和发射极e的判断用万用表识别三极管的三个管脚及其类型的方法较为简单。测试时通常用Rx100或Rx1000档，对于大功率三极管使用Rx10或Rx100档。因为Rx10K档电压较高，Rx1档电流较大，所以不宜使用。三极管基极b和类型的判断由于b、c之间和b、e之间各是一个PN结，它们的反向电阻都很大，正向电阻都很小，因此用万用表的欧姆档测试时，可任意假设一个极是基极，然后用 黑表笔接触它，而用红表笔分别接另外两个极，如果两次测得的阻值均很大，则黑表笔所接的就是基极，而且三极管是PNP型的；如果两次测得阻值均很小，则三 极管是NPN型的，黑表笔所接的也是基

24、极。但如果测得的两个阻值一个大一个小，则原来假设的基极就不对，要另换一个极作为基极在测试，直到符合上面所说的结果为止。三极管集电极c和发射极e的判断利用三极管正向电流放大倍数比反向电流放大倍数大的原理来确定集电极。将万用表两个表笔接到三极管的另外两脚，用嘴含住三极管（利用人体电阻实现偏 置），看万用表中指针读数，然后将两只表笔对调测试，在读出读数，然后比较两次读数。对于PNP型三极管来说，阻值小的一次侧脸中，红表笔所接的为集电 极；对于NPN型三极管来说，阻值小的一次测量中，黑表笔所接的一段即为集电极。如果两次中测得的组织均很小或极大，则说明三极管一杯击穿或好坏。国产二极管型号、三极管型号的命

25、名方式根据半导体器件型号命名方法（GB249-74）规定，国产半导体由5共部分组成，二极管、三极管的型号命名方式也有5个部分，第一部分是标明晶体 管数目（二极管或是三极管）。第二部分是三极管的材质标识，第三部分是三极管的功能标识，第四部分表示序号，第五部分为规格号。第一部分：用数字表示晶体管的电极数目· 2：二极管· 3：三极管第二部分：用字母表示三极管的材料和极性第一部分表明是二极管的，第二部分字母含义如下：· A：N型锗材料· B：P型锗材料· C：N型硅材料· D：P型贵材料第一部分表明是三极管的，第二部分字母含义如下：

26、3; A：PNP型锗材料· B：NPN型锗材料· C：PNP型硅材料· D：NPN型硅材料· E：化合物材料第三部分：用汉语拼音字母表示三极管的类别· P：普通管· V：微波音· W：稳压管· C：参量管· Z：整流管· L：整流堆· S：隧道管· U：光电器件· K：开关管· X：低频小功率管· G：高频小功率管· D：低频大功率管· A：高频大功率管· T：可控整流器第四部分和第五部分：表示某些性能与参数上的差别

27、，因不具备统一性，这里就不多说明了。二极管单相半波整流电路讲解虽然交流电源有许多优点，但是在某些场合下必须使用直流电源，甚至稳定的直流电源。本节这节课将开始介绍常见的二极管整流电路。二极管整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电变成直流电的电路。整流电路常由四部分组成：交流电源、整流变压器、整流管和负载。下面以电阻负载为对象来介绍二极管单向半波整流电路。二极管单向半波整流电路如右图所示，图中B是整流变压器，它将电网交流电压u1变换为符合整流电路所需的电压u2。变压器次级电压u2的波形图如下所示。在u2正半周（0t1时间）内，变压器B的a端电位为正，b端电位为负，使二极管V承受正向电压而导通，此

28、 时负载上有电流通过。如果忽略二极管V很小的正向降压（硅管约为0.60.8伏、锗管约0.20.3伏），则负载Rz上得到的电压uz就等于 u2（uz=u2）。在u2负半周（t1t2时间）内，变压器B的a端电位为负，b端电位为正，二极管V承受反向电压而截止（忽略极微小的反向漏电流），变压器次级回路中电流为零。由于二极管的单向导电性，在一个周期中，仅在半个周期内有电压加在负载上，有电流通过负载，而下半周期中，负载上无电压又无电流，因此称这种电路为半波整流电路。根据理论分析：负载电压Uz的平均值为：Uz=0.45U2半波整流电路是最简单的二极管整流电路，由于整流效率低，电流波动大，可用于要求不高的场所

29、。二极管单相全波整流电路讲解如上图所示为单相全波整流电路，电源变压器具有中心抽头，采用两个整流管二极管V1、V2。整流变压器将电源电压u1变为次级电压U2a和U2b的两组电压，他们的有效值相等，相位相反。全波整流电压电流波形图如下右图所示。在0t1的时间内，V1导通而V2截止，流过负载的电流为Iv1。此电流由U2a产生，由a点经V1、Rz回到中心抽头而完成回路，相当于一组半波整流。在t1t2的时间内，V2导通V1截止，流过负载的电流为Iv2，此电流由U2b产生，由b点经V2、Rz回到中兴抽头而完成回路，也相当于一组半波整流。因此在一个周期内，负载Rz上流过相同方向的电路。理论分析：负载电压Uz

30、=0.9U2，在全波整流电路中，由于两个整流管V1、V2交替导通，使得输出电压波形较为平稳，但是每个整流管承受的反向电压却比半波整流二极管高一倍，并且变压器还需要有中心抽头。二极管单相桥式整流电路讲解文章目录 · 桥式整流电路原理· 桥式整流与全波整流的区别在前面的两节课程中我们学习了二极管单相半波整流电路和单相全波整流电路，而本节所学习的二极管单相桥式整流电路，是较为常见的一种全波整流电路，它由四个二极管结成电桥的形式，所以称为桥式整流电路。如下图所示，给出了单相桥式整流电路的三种画法。桥式整流电路原理上图（a）所示，当变压器B次级电压u2为正半周时，即a端电压为正，b端

31、电压为负，二极管V1、V3承受正向电压而导通，二极管V2、V4承受反 向电压截止，电流通道为：aV1R2V3b完成回路，于是负载Rz上得到一组半波电压。当U2电压为负半周时，变压器次级的a端电位为负，b端电 位为正，二极管V2、V4承受正向电压而导通，而V1、V3承受反向电压截止，电流通道为bV2RzV4a完成回路，负载上又得到一个与上半周相 同方向的半波电压。这样，在一个周期内，负载Rz上得到了两个半波。如下右图所示为单相桥式整流的电压电流波形图。负载电压Uz的平均值为：Uz=0.9U2桥式整流与全波整流的区别桥式整流电路与前面的全波整流电路比较，在同样负载或同样输出电压、电流时，桥式电路的

32、变压器不用中心抽头，利用率高，且副边电压可低一半；整流管中流过的电流相同，但每只二极管所承受的反向电压却低了一倍。只是桥式整流电路中要相对多使用两只二极管。二极管三相桥式整流电路讲解在前面我们学习的三节课的整流电路都是单相电源的，而单相整流电路只适用于负载功率为几W到几KW的小功率场合。当需要更大功率时，应采用三相整流电路（三相桥式或三相半波整流），这样既可保证三相供电系统的对称平衡，又有获得脉动较小的直流输出。三相桥式整流电路由六个整流二极管和一个三相整流变压器组成，如下右图所示。三相变压器原边常接成三角形，副边接成星型。变压器副边三相电压UA、UB、UC按正弦规律变化，相位互差120度（三

33、相桥式整流电阻负载时UL波形如下右图所示）。这一整流电路的特点是在任何时刻都只有一组两只二极管导通，使电流由电位最高的相出发，经V1、V3、V5的某一个，流经负载。再由V2、V4、V6中的某一个流回电位最低的相，而其它二极管此时都截止。例如，在0t时间段，uC最高，uB最低，则由CV5RfzV4b；而t1t2期间uA最高，uB最低，则电流路径为aV1RfzV4b；以此类推，则可得出各个不同时刻二极管的导通次序及负载上电压（为两相电压之间的线电压）波形。经数学分析可知，三相桥式整流电路负载电压，电流平均值为：由于是六个二极管分为三组轮流导通截止，因此，流过每个二极管的平均电流为Iv=1/3*If

34、Z每个二极管所承受的最大反向电压是变压器副边线电压（3*U2）的最大值，即：电力半导体元器件简介（双极型、单极型、混合型）电力半导体元器件大多是以开关方式工作为主、对电能进行控制和转换的电力电子器件。如可关断晶闸管（英文缩写：GTO）、电力晶体管（GTR）、功 率场效应晶体管（Power Mosfet）、绝缘棚式双极型晶体管（IGBT）、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SITH）、MOS晶闸管（MCT）等。电力半导体元器件可分为三类：双极型、单极型、混合型。双极型器件是指器件内部的电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件。这类器件的导通电阻小于 0.09，导通电压降低，阻断电压

35、高，电流容量大。常见的有GTO（可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）等。GTO耐压 高（4500V）、电流大（5000A）。GTR具有控制方便、开关时间短、导通电压低、高频特性好等优点。SITH用棚极控制开通和关断，具有导通电阻 小、导通电压低、开关速度快、功耗小、关断电流增益大等特点。单极型器件是指内部只有主要载流子参与导电过程的半导体器件。常见产品有Power Mosfet（场效应晶体管）、SIT（静电感应晶体管）。前者为电压控制器件，具有驱动功率小、工作速度高、无二次击穿问题、安全工作区宽等优点。后者 是三层结构的多数载流子器件。具有输出功率大，失真小、输入阻

36、抗高、开关特性好等优点，可工作于放大和开关两种状态。混合型器件是双极型和单极型器件集成混合而成。它们利用耐压高、电流大、导通电压低的双极型器件（GTO、 GIR等）作为输出原件，用输入阻抗高、相应速度快的单极型器件（Mosfet）作为输入级，因此具有两者的优点。典型产品有IGBT（绝缘棚式双极型晶 体管）、MCT（MOS晶闸管）等。变压器的用途与种类文章目录 · 变压器的用途· 变压器种类在电工学网的电磁与电磁感应章节的学习中我们已经介绍了变压器的工作原理，从本节开始将介绍电力变压器的构造、型号、额定值、用途及三相变压器的连接组别。下面就先一起了解一下电力变压器的用途和分类

37、吧。变压器的用途电力变压器（简称变压器）是用来改变交流电电压大小的电气设备。它根据电磁感应的原理，把某一等级的交流电压交换成另一等级的交流电压，以满足不同负载的需要。因此变压器在电力系统和供用电系统中占有非常重要的地位。发电机输出的电压，由于受发电机绝缘水平的限制，通常为6.3KV、10.5KV，最高不超过20KV。用这样低的电压进行远距离输电是有困难的。 因为当输送一定功率的电能时，电压越低，则电流越大，电能有可能大部分消耗在输电线的电阻上。所以只能用升压变压器将发电机的端电压升高到几万伏到几十万 伏，以便降低输送电流，减小输电线路上能量损耗而不增大导线截面将电能远距离传输出去。输电线将几万

38、伏或几十万伏高电压的电能输送到负荷区后，必须经过降压变压器将高电压降低到适合用电设备使用的低电压。为此，在供用电系统中，需要降压变压器，将输电线路输送的高电压变换成各种不同等级的电压，以满足各种复合的需要。变压器种类变压器的种类有很多，可按升降压、相数、用途、结构、冷却方式等进行分类。1. 按电压的升降分类：有升压变压器和降压变压器两种类。2. 按相数分类：有单相变压器、三相变压器及多项变压器三种类。3. 按用途分类：有用于供电系统中的电力变压器；用于测量和继电保护的仪用变压器（电压互感器和电流互感器）；有产生高电压供电设备的耐压试验用的施压变压器；有电炉变压器、电焊变压器和整流变压器等特殊用

39、途种类的变压器。4. 按冷却方式及冷却介质分类：有以空气冷却的干式变压器；有以油冷却的油浸变压器；有以水冷却的水冷式变压器。变压器的额定容量、额定电压、电流及损耗等参数变压器的额定值，是保证变压器在运行时能够长期可靠地工作，并且有良好的工作性能的技术限额。它也是变压器生产厂家设计、制造和实验变压器的依据，这些参数包括：额定容量、额定电压、额定电流、空载损耗、空载电流、短路电压、短路损耗、链接组别。下面一一为电工们介绍：变压器容量这里所指额定容量，是变压器在额定状态下的输出能力。单位以伏安或千伏安表示。符号：Se。对于单相变压器是指额定电流和额定电压的乘机，即Se=U1eI1e-U2eI2e。对

40、于三相变压器是指三相容量之和。即Se=3U1eI1e。上述式中U1e、I1e和U2e、I2e分别为原边和副边的线电压和线电流。按国家标准，三相或三相组变压器的额定容量分为三个标准类别：1. 第一类：小于3150KVA2. 第二类：31504000KVA3. 第三类：4000KVA以上额定电压额定电压是指变压器空载是端电压的保证值，单位是伏或千伏。符号U2e、U1e。变压器的一个作用就是改变电压，因此额定电压是重要数值之一。变压器的额定电压应与所连接的输变电线路电压相符合，我国输变电线路电压等级（KV）为：0.38、3、6、10、35、63、110、220、330、500输变电线路电压等级就是线

41、路终端的电压值，因此链接线路终端变压器一侧的额定电压与上列数值相同。线路始端（电源端）电压考虑了线路的压降将比等级 电压为高。35KV一下电压等级的始端电压比电压等级要高5%，而35KV及以上的要高10%，因此变压器的额定电压也相应提高。线路始端电压值（KV） 为：0.4、3.15、6.3、10.5、38.5、69、121、242、363、550由此可知，高压额定电压等于线路始端电压的变压器为升压变压器，等于线路终端电压（电压等级）的变压器为降压变压器。变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在的电流变压器的系列为：10KV及以下系列、35KV系列、63KV系列、110KV系列和220KV系

42、列等。额定电压是指线电压，且均以有效值表示。但是，组成三相的单相变压器，如绕组为星形链接，则绕组的额定电压以线电压为分子，3为分母表示，如380/3V。变压器应能在105%的额定电压下输出额定电流，因为5%过电压下的较高空载损耗而引起升温稍许增长可忽略不计。对于特殊的使用情况（如变压器的有功功率可以在任何方向流通），用户可以在不超过110%的额定电压下运行。其他数值额定电流：是指根据容许耐热的条件而规定的满载电流，单位为安倍，符号I2e、I1e。三相变压器的额定电流指线电流。空载损耗：也叫铁损，是变压器在空载时的有功功率损失，单位为瓦或千瓦。空载电流：变压器空载运行时的空载电流站额定电流的百分

43、数。短路电压：是指将一侧绕组短路，另一侧绕组达到额定电流是所施加的电压与额定电压的百分比。短路损耗：一侧绕组短路，另一侧绕组施以电压是两侧绕组都达到额定电流时的有功损耗，单位是瓦或千瓦。链接组别：表示原边、副边绕组的链接方式及线电压之间的相位关系。认识三相电力变压器：铁芯、线圈、外壳、油枕等现代电力系统普遍采用三相制，因此需要解决三相电路中的变压问题。改变三相交流电压的变法有两种：一种是用三台单相变压器组成的三相变压器组；另外一种是采用三相共有整体铁芯的三相变压器。本节介绍三相变压器的构造，下节课还会介绍三相变压器绕组的连接。变压器的种类很多，他们的构造和运行性能上都各有自己的特点，但基本结构

44、却相同。三相电力变压器由下列主要部件组成：铁芯、线圈、外壳、和绝缘套 管，另外还设有油枕、呼吸器、防爆管、散热器、温度计、油位表、分接头开关、冷却系统、保护装置等。变压器的铁芯和线圈是变压器的主要部分，称为变压器的 器身。如下右图所示为三相电力变压器外形。1：温度计、 2：铭牌、3：吸湿器、4：油枕、5：油位计、6：安全气道、7：气体继电器、8：高压套管、9：低压套管、10：分接开关、11：外壳、12：铁芯、13：绕组、14：放油阀门、15：小车、16：引线接地螺栓铁芯变压器的铁芯有芯柱和铁轭两部分组成。线圈套装在铁柱上，而铁轭则用来是整个磁路闭合。为了减小铁芯内的磁滞及涡流损耗，铁芯常用含硅

45、量较高的、厚度为0.350.5毫米的硅钢片造成，片上涂有绝缘漆。变压器按线圈与铁芯配置不同，将铁芯分为心式和壳式两种。壳式变压器的铁芯包在线圈的外部，心式变压器线圈包在铁芯外部。壳式变压器的导热性能较好，机械强度较高，但制造工艺复杂，除了很小的电源变压器外，目前已很少使用。心式变压器的制造工艺较为简单，所以被广泛使用。线圈的组成变压器的线圈是用绝缘铜线或铝线绕成的。每台变压器中，凡接到电源端吸取电能的线圈叫做初级线圈，也叫一次侧线圈或原边线圈；输出电能端的线圈叫做 次级线圈，也叫二次侧或副边线圈。有时，又将这变压器中接到电压等级高的一侧线圈叫做高压线圈；接到较低电压一侧的线圈为低压线圈。按照原

46、、副线圈在铁芯 中布置方式不同，变压器线圈结构有同心式和交叠式两种。大多数电力变压器都采用同心式线圈，即它的原、副线圈是同心地套装在同一铁芯上。同心式线圈结构简 单，制造方便。交叠式线圈的高、低压线是交替的套在铁芯上。交叠式线圈的主要优点是机械强度好，引线方便，单绝缘比较复杂，所以一般用于低电压、大电流的 变压器上，如电炉变压器、电焊变压器等。外壳变压器的外壳通常用钢板焊接而成。变压器的器身放在油箱内，箱内灌满变压器油。变压器油具有绝缘、散热两种作用。变压器在运行过程中，其铁芯会产生 涡流及磁滞损耗；由于变压器线圈具有一定的直流电阻，因而会产生一定的功率损耗，所有这些损耗最终都形成热量。变压器

47、油把这些热量传到箱壁，箱壁上根据变 压器容量不同安装散热排管把热量散到周围空气中去。绝缘套管绝缘套管是电力变压器高、低压线圈与外线路的连接部件。将变压器高、低压线圈的引线从油箱内引出至箱外，并使引线与接地的油箱绝缘，必须利用绝缘套 管。套管不但作为引线对地绝缘，而且也担负着固定引线的作用。因此，电力变压器的套管必须具有规定的电压强度和足够的机械强度及良好的热稳定性。套管的形 式很多，按结构不同可分为纯瓷质的，瓷质充油式和电容器式等。我国电力变压器的套管在油箱盖上排列标志和顺序是：对三相电力变压器从高压侧看去，由左向右的顺序是高压侧O-A-B-C，低压侧o-a-b-c。对于单相变压器从高压侧看，

48、由左向右的顺序是高压侧A-X，低压侧a-x。油枕又称储油器。其作用是当变压器在运行中，油因受热而膨胀剂变压器停止运行或温度降低使油冷缩时，始终保证变压器内部的油是充满的。同时也减小了变压器与空气的接触面，以减轻变压器油受到氧化和潮湿的影响。为了观察油枕的油面，油枕的一端还装有油位表，显示油的容量。油枕里的油位不得超过最高和最低刻度线。呼吸器与防爆管呼吸器：油枕上有一个呼吸器，呼吸管上端高出油枕部，下端在油枕外部并装有玻璃器，内盛干干燥剂，吸收进入油枕内的空气中的水分。防爆管：防爆管是装在变压器顶端上一个喇叭形的管子，管口用膜片封住。其作用是当变压器内部发生短路故障，变压器油分解成大量的气体引起

49、油管压力增大时，防爆管管口膜片先被冲破，油气体由此喷出，使油箱内压力较小，防止邮箱因为压力突然增大而变形或爆炸。三相变压器原边副边线圈首、末端的表示及极性三相变压器中，有六个线圈，其中与三相电源连接的三个线圈为原边线圈，其首端分别以1U1、1V1、1W1，末端以1U2、1V2、1W2来表示， 而与这三个原边线圈相应的另外三个线圈为副边线圈，其首端和末端分别为2U1、2V1、2W1和2U2、2V2、2W2来表示（延伸：三相交流电的电动势及U-V-W相序介绍），如下右图所示。原边线圈和副边线圈如何连接，对变压器的运行性能有着很大的影响。变压器原边、副边线圈的极性：变压器除了能够改变电压外，还能改变

50、原边和副边电压的相位关系。交流电虽然没有正极、负极之分，单根据变压器原、副线圈中某一瞬时电流方向是否相同，也可以用极性（相对极性）来表示。每单相变压器的原、副边线圈有一个共同的主磁通相连，当磁通随时间变化时，在原、副边线圈中都会产生电动势（穿过线圈的磁通发生变化而产生的感应电动势）。在某一瞬间，当一次侧线圈的端头为正（高电位）时，二次侧线圈中也一定有一个端头对应是正（高电位）的，这相应的两个端头，就叫同极性端头或同名端（常在图纸上用“*”表示出来），如下右图所示。有关电力变压器，出线端的标记符号，国家规定，一律把高、低压绕组的同极性端定为首端（或末端）。这与，根据原、副边线圈的首端（或末端），

51、就可知原、副边线圈的极性。变压器中，原、副边线圈的极性由线圈的绕行方向来确定。如右图所示的，图（a）中原、副边线圈绕行相同，首端1U1和2U1都在上端；图（b）中绕向相反，首端1U1和2U2一个在上端，一个在下端。三相变压器的连接组别（星形连接、三角形连接）三相变压器中，三个原边线圈与三相交流电源连接应当由两种解法，即星形连接和三角形0连接。如下图（a）、（b）所示。当星形连接（Y形）连接时， 首端1U1、1V1、1W1为引出端时，将三相末端1U2、1V2、1W2连接在一起成为中性点，若要把中性点引出，则以“N”标志，接线方式用YN表 示。同样，三个副线圈的连接方式也应当有这两种接法。三相变压

52、器原、副边绕组都可用星形连接、三角形连接，用星形连接时，中性点可引出，也可不引出，这样原、副边绕组可有如下的组合：Y/Y或Y/Yn；Y/或Yn/；/Y或/Yn；/等连接方式。但是，这些组合符号不足以完全说明原、副边绕组连接关系的全部情况，还应进一步用时针表示法来说明原、副边绕组间电动势的相位关系。时钟盘上有两个指针，12个字码，分成12格，每格代表一个钟，一个圆周的角度是360°，故每格式30°。以短针顺时针的方向计算，例如12点和 11点之间应该是30°*11=330°；反过来时针向前转了300°，那必定指示300°/30°

53、;=10点。变压器的连接组别就是用时计的表示方法说明 原、副边线电压的相位关系。三相变压器的一次绕组和二次绕组由于接线方式的不同，线电压间有一定相位差。以一次线电压作长针，把它固定在12点上，二次侧相应线电压相量作为短 针，如果他们相隔330度，则二次线电压相量必定落在330°/30=11点，如右图所示。如果相差180°，那么二次电压相量必定落在6点上，也就是说 这一组三相变压器接线组别属于6点。Y/Y连接如下图所示，原副边绕组不仅都是Y连接，而且原边和副边都以同极性端作为首端，因此从相量图上可以看出原、副边的电动势是同相位，所以应标记为 “12”，即把这种连接标记为Y/Y

54、-12连接组。新标准用（y，y0）表示在图（b）中原、副边的极性不同，因此同相量图上可以看出原副边的180°相 位差，所以应标记为“6”，即这种连接法成为Y/Y-6连接组（新标准用y，y6表示）。Y/连接在下图（a）中奖原边结成Y而副边结成，原、副边绕组都可以同极性端作为首端，此连接方法为Y/-11连接组（新标准：y，d11）。目前我国标准变压器的接线组别有三种：1. Y/Yn-12（y，Yn0），一般用于容量不大的（不超过1600KVA）配电变压器和变电所内销变压器，供动力和照明负载。2. Y/-11（y，d11）用于中等容量、电压为10KV或35KV电网及电厂中的厂用变压器。3.

55、 Yn/-11（YN，d11）一般用于110KV及以上电力系统中。变压器容量的选择变压器的容量是个功率单位（视在功率），用AV（伏安）或KVA（千伏安）表示。它是交流电压和交流电流有效值的乘积，计算公式S=UI。变压器额定容量的大小会在其的铭牌上标明（如下图）。选择变压器需要清楚使用多大容量的变压器，这个通常根据实际用电系统的负荷大小来考虑。一个供电系统，经过计算后，按计算负荷S选择变压器的容量。对于临时用电（建筑工地上）且平稳负荷供电的单台变压器，负荷率一般取85%左右，即：变压器容量为计算负荷量的1.15倍左右。对于永久性供电系统，变压器的负荷率一般取60%70%为宜。但变压器的额定容量按

56、一定等级制造的，因此选用时，选容量相近，大于计算的等级规格。例如：某建筑工地用电计算负荷为86.06KVA。则变压器计算容量为100KVA，按容量等级可选择100KAV的变压器。顺便指出：单台变压器的容量不宜大于1000KVA。负荷较大时，可选用几台变压器并联供电。而并联运行应满足变压比相等，连接组别相同，短路电压相同等条件；其次注意负载分配的问题，一般最大容量与最小容量之比不超过3：1。变压器原副边绕组额定电压的选择变压器原副边绕组的电压须与当地电源的电压等级和负载需要的电压数值相吻合。如上节课中施工现场的高电压为10KV，则所选用的变压器型号便可进一步确定，例如选用SJ-100/10型三相

57、降压变压器，其主要数据为容量100KVA，高压额定线电压100KV，低压额定电压0.4KV和Y0接法使用。例举：有三台10000/220V、容量为100KVA的单相变压器，现在介入10KV网络供电，如果用户是380/220V的动力、照明混合负载，三台变压器应如何连接？为什么？解题：三台单相变压器应接成三相变压器进行供电，一次绕组接成三角形，二次绕组接成Y0，即接线方式为（D，Y0）如右图所示。因为单相变压器的一次额定电压为10KV（相电压）而系统的额定电压也是10KV（线电压）。且在D接线中，相电压等于线电压。所以该三台单相变压器的高压绕组应接成D（D表示三角形接法）。用电性质是380/220

58、V的动力、照明混合负载，即要求低压采用三相四线制供电。由于在Y接线中，线电压等于3倍（根号3）的相电压，所以三台 变压器的低压绕组只有接成Y，才能使二次电压由原来的220V（相电压）升高到380V（线电压）。同时，在中性点引出中性线，以满足照明负荷接用相电压 要求。什么是仪用互感器？专门为测量仪表设计使用的特殊变压器称为仪用互感器，通常简称互感器。采用互感器的目的是使测量仪表与高压电路分开，以便保证设备和工作人员的安全，扩大测量仪表的量程。根据用途的不同，互感器可以划分为以下两类：· 电压互感器· 电流互感器电压互感器的作用原理及型号识别方法文章目录 · 作用及原理· 型号识别电压互感器是一种按照电磁感应原理制作的特殊变压器，其结构并不复杂。作用及原理电压互感器结构如图（a）所示，其作用是可用它扩大交流电压表的量程，将高电压与电气工作人员隔离。其工作原理与普通变压器空载情况相似。使用时，应把匝数较多的高压绕组跨接至需要测量其电压的供电线路上，而匝数较少的低压绕组则与电压表相连，如下图（b）所示。因为U1/U2=K，所以U1=KU2，