变频器原理与应用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电力电子技术,河南工业职业技术学院电气工程系,http:/,二极管与晶闸管,第,1,章,电力二极管与晶闸管,学习目标,1.,掌握电力二极管的结构、伏安特性、主要参数、测试方法和选用方法。,2.了解晶闸管的结构、工作原理及伏安特性,3.掌握晶闸管的导通条件和关断条件。,4.熟练掌握晶闸管的主要参数、测试方法和选用方法。,5.掌握双向晶闸管的结构、主要参数及选用测试方法。,第1章 电力二极管与晶闸管 学习目标,第一节 电力二极管,电力二极管是指可以承受高电压大电流具有较大耗散功率的二极管，在电路中常作为整流、续流、电压隔离、钳位或保护元件。,第一节 电力二极管 电力二极管是指可以承受高电压大,一、结构与伏安特性,1.,结构,a)b)c)d),图1-1 电力二极管的结构、符号和外形,a),结构,b),符号,c),螺旋式,外形,d),平板式,外形,一、结构与伏安特性 1,2.伏安特性,电力二极管的阳极和阴极间的电压,U,AK,和流过管子的电流,I,A,之间的关系称为伏安特性，其伏安特性曲线如图1-2所示。,图1-2 电力二极管的伏安特性,2.伏安特性 电力二极管的阳极和阴极间的电压U,二、主要参数,1.,额定正向平均电流,I,F,在规定的环境温度为,40,和标准散热条件下，元件,PN,结温度稳定且不超过,140时，所允许长时间连续流过50,Hz,正弦半波的电流平均值。将此电流值取规定系列的电流等级，即为元件的额定电流。,2,.,反向重复峰值电压,U,RRM,在额定结温条件下，取元件反向伏安特性不重复峰值电压值,U,RSM,的,80%,称为反向重复峰值电压,U,RRM,。,将,U,RRM,值取规定的电压等级就是该元件的额定电压。,3.,正向平均电压,U,F,在规定环境温度,+40,和标准散热条件下，元件通过,50,Hz,正弦半波额定正向平均电流时，元件阳极和阴极之间的电压的平均值，取规定系列组别称为正向平均电压,U,F,，,简称管压降，一般在0.451,V,范围内。,二、主要参数 1.额定正向平均电流IF,三、电力二极管的选用,1.选择额定正向平均电流,I,F,的原则,（,1-1,）,选用时取相应标准系列值即可。,2.选择额定电压,U,RRM,的原则,U,RRM,=（2,3）,U,DM,（1-2）,选用时取相应标准系列值。,三、电力二极管的选用 1.选择额定正向平均电流IF 的原则,3.电力二极管的测试及使用注意事项,由于电力二极管的内部结构为,PN,结，因此用万用表的,R,100,挡测量阳极,A,和阴极,K,两端的正、反向电阻，可以判断电力二极管的好坏。一般电力二极管的正向电阻在几十欧至几百欧，而反向电阻在几千欧至几十千欧以上为好的；若正、反向电阻都为零或都为无穷大，说明电力二极管已经损坏。注意：严禁用兆欧表测试电力二极管。,电力二极管使用时必须保证规定的冷却条件，如不能满足规定的冷却条件，必须降低容量使用。如规定风冷元件使用在自冷时，只允许用到额定电流的1/3左右。,3.电力二极管的测试及使用注意事项 由于电力,四、电力二极管的主要类型,1,.,整流二极管,整流二极管多用于开关频率不高(1,kHz,以下)的整流电路中。但其正向电流定额和反向电压定额却很高。,2,.,快恢复二极管,恢复过程很短(一般在5,s,以内)的二极管被称为快恢复二极管。可用于要求很小恢复时间的电路中。,3,.,肖特基二极管,肖特基二极管反向恢复时间很短(1040,ns)，,正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。多用于200,V,以下的低压场合；肖特基二极管适用于较低输出电压和要求较低正向管压降的换流器电路中。,四、电力二极管的主要类型 1.整流二极管,第二节 晶闸管,一、晶闸管的结构,晶闸管是四层,(,P,l,N,l,P,2,N,2,),三端,(,阳极,A,、,阴极,K,、,门极,G),器件，其内部结构和等效电路如图,1-3,所示。,a)b),图1-3 晶闸管的内部结构和等效电路,a),内部结构,b),以互补三极管等效,第二节 晶闸管 一、晶闸管的结构,一、晶闸管的符号及外形,大电流螺旋式,小电流螺旋式,大电流平板式,小电流塑封式,图形符号,一、晶闸管的符号及外形大电流螺旋式小电流螺旋式大电流平板式小,二、晶闸管的导通与关断条件,导通和关断条件可通过图,1-,4,所示的实验,图1-,4,晶闸管的导通与关断实验电路,二、晶闸管的导通与关断条件 导通和关断条件可通过图1-4所示,二、晶闸管的导通与关断条件,实验结论：,1）晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极两端加正向电压，同时在它的门极和阴极两端也加正向电压，两者缺一不可。,2)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，可以通过几百、几千安的电流。,3)晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流,I,H,。,二、晶闸管的导通与关断条件 实验结论：,三、晶闸管的工作原理,晶闸管等效为两个互补连接的三极管工作分析,I,G,I,B2,I,C2,（,I,B1,),I,B2,图1-,5,晶闸管的工作原理示意图,三、晶闸管的工作原理 晶闸管等效为两个互补连接的三极管工作分,四、晶闸管的阳极伏安特性,晶闸管的阳极与阴极间的电压,u,a,和阳极电流,i,a,之间的关系，称为阳极伏安特性。其伏安特性曲线如图1-,6,所示。,图,1-,6,晶闸管的伏安特性曲线,四、晶闸管的阳极伏安特性 晶闸管的阳极与阴极间的电压u,五、晶闸管主要参数,1,.,额定电压,U,Tn,当门极开路，元件处于额定结温时，根据所测定的正向转折电压,U,BO,和反向击穿电压,U,RO,，,由制造厂家规定减去某一数值,(,通常为,1,OOV),，,分别得到正向不可重复峰值电压,U,DSM,和反向不可重复峰值电压,U,RSM,，,再各乘以,0.9,，即得正向断态重复峰值电压,U,DRM,和反向阻断重复峰值电压,U,RRM,。,2,.,额定电流,I,T(AV),晶闸管的额定电流也称为额定通态平均电流，即在环境温度为,40,和规定的冷却条件下，晶闸管在导通角不小于,170,的电阻性负载电路中，当不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值。,3,.,通态平均电压,U,T(AV),当晶闸管中流过额定电流并达到稳定的额定结温时，阳极与阴极之间电压降的平均值，,称为通态平均电压。,五、晶闸管主要参数 1.额定电压UTn,选用晶闸管的原则,1.,按工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压,U,TM,的,2,3,倍来选择晶闸管的额定电压，即,U,Tn,=(23),U,TM,(1-3),2.按电流有效值相等的原则进行换算，选择晶闸管的额定电流即,I,T,=1.57,I,T(AV),I,T(AV),=,I,T,/1.57,由于晶闸管的过载能力差，一般在选用时取(1.52)的安全裕量，即,I,T(AV),=(1.52),I,T,/1.57,选用晶闸管的原则1.按工作电路中可能承受到的最大瞬时值电压U,例1-1 一晶闸管接在220,V,交流回路中，通过器件的电流有效值为100,A，,问选择什么型号的晶闸管?,解 选择晶闸管额定电压,U,Tn,=(23),U,TM,=,(23)220V=622933V,按晶闸管参数系列取800,V，,即8级。,选择晶闸管的额定电流,I,T(AV),=(1.52),I,T,/1.57=(1.52)100/1.57=95127A,按晶闸管参数系列取100,A，,所以选取晶闸管型号,KPl00-8E。,例1-1 一晶闸管接在220V交流回路中，通过器件的电流,例1-2 现有晶闸管型号为,KP50-7，,用于某电路中时，流过的电流波形如图1-,7,所示，试求,I,m,允许多大?,图1-,7,流过晶闸管的电流波形,解,KP50-7,晶闸管允许流过的电流有效值为,I,T,=1.57,I,T(AV),=1.57,50A=78.5A,实际流过该管的电流有效值,当考虑2倍的安全余量时，,I,m,的允许值为,例1-2 现有晶闸管型号为KP50-7，用于某电路中时，流,4,晶闸管的其他参数,(1)维持电流,I,H,在室温和门极断开时，器件从较大的通态电流降至维持通态所必需的 最小电流称为维持电流。它一般为几毫安到几百毫安。,(2)擎住电流,I,L,晶闸管刚从断态转入通态就去掉触发信号，能使器件保持导通所需要的最小阳极电流。,(,3),断态电压临界上升率,d,u,d,t,在额定结温和门极开路情况下，不使器件从断态到通态转换的阳极电压最大上升率称为断态电压临界上升率。,(4)通态电流临界上升率,d,i,d,t,在规定条件下，晶闸管在门极触发开通时所能承受不导致损坏的通态电流最大上升率称为通态电流临界上升率。,4晶闸管的其他参数(1)维持电流IH 在室温和门极断开,六、晶闸管的门极伏安特性及主要参数,1,.,门极不触发电压,U,GD,和门极不触发电流,I,GD,不能使晶闸管从断态转入通态的最大门极电压称为门极不触发电压,U,GD,，,相应的最大电流称为门极不触发电流,I,GD,。,2,.,门极触发电压,U,GT,和门极触发电流,I,GT,在室温下，对晶闸管加上6,V,正向阳极电压时，使器件由断态转入通态所必须的最小门 极电流称为门极触发电流,I,GT,，,相应的门极电压称为门极触发电压,U,GT,。,3,.,门极正向峰值电压,U,GM,、,门极正向峰值电流,I,GM,和门极峰值功率,P,GM,在晶闸管触发过程中，不致造成门极损坏的最大门极电压、最大门极电流和最大瞬时功率分别称为门极正向峰值电压,U,GM,、,门极正向峰值电流,I,GM,和门极峰值功率,P,GM,。,使用时晶闸管的门极触发脉冲不应超过以上数值。,六、晶闸管的门极伏安特性及主要参数 1.门极不触发电压UG,七、晶闸管对触发电路的要求,1.,触发脉冲应具有足够的功率和一定的宽度；,2.触发脉冲与主电路电源电压必须同步；,3.触发脉冲的移相范围应满足变流装置提出的要求。,七、晶闸管对触发电路的要求 1.触发脉冲应具有足够的功率和一,第三节,晶闸管派生器件,一、双向晶闸管,1双向晶闸管的结构与伏安特性曲线,a)b)c)d),图1-,8,双向晶闸管,a),双向晶闸管的结构,b),等效电路,c),符号,d),伏安特性曲线,第三节 晶闸管派生器件 一、双向晶闸管,2,双向晶闸管的参数,双向晶闸管的主要参数中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,I,T(RMS),表示。,双向晶闸管有效值电流与普通晶闸管平均值电流之间的换算关系式为,(1-7),以此推算，一个,100,A,的双向晶闸管与两个,45,A,的普通晶闸管反并联电流容量相等。,2双向晶闸管的参数 双向晶闸管的主要参数中,3双向晶闸管的触发方式,双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互 配合，可以得到四种触发方式：,(1),I,+,触发方式 主极,T,2,为正，,T,1,为负；门极电压,G,为正，,T,1,为负。,(2),I,_,触发方式 主极,T,2,为正，,T,1,为负；门极电压,G,为负，,T,1,为正。,(3),+,触发方式 主极,T,2,为负，,T,1,为正；门极电压,G,为正，,T,1,为负。,(4),触发方式 主极,T,2,为负，,T,1,为正；门极电压,G,为负，,T,1,为正。,四种触发方式中触发灵敏度不相同，,I,+,触发方式灵敏度最高，,+,触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避