電力電子技術(shù)教案講稿(龍志文版)

1、遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案課程名稱：電力電子技術(shù)任課教師：開課系部：自控系授課班級(jí)：開課教研室：自控教研室開課學(xué)期：20xx20xx學(xué)年度第一學(xué)期課題名稱緒論、§、§電力二極管課次第1次課課時(shí)2課型理論“；實(shí)驗(yàn);實(shí)習(xí)；、實(shí)務(wù);習(xí)題課；討論；其他教學(xué)目標(biāo)了解本課程的根本內(nèi)容及本課程在專業(yè)課中的作用；了解電力電子技術(shù)的 開展、應(yīng)用和分類。了解電力二極管的工作原理、根本特性和主要參數(shù)； 了解晶閘管的結(jié)構(gòu)，掌握晶閘管的導(dǎo)通條件、關(guān)斷條件及門極的作用；重點(diǎn)、難點(diǎn)及 解決方法重點(diǎn)：明確本課程在專業(yè)課學(xué)習(xí)中的作用和地位、晶閘管的工作原理、工 作特性難點(diǎn)：晶閘管的雙晶體管理論教學(xué)根本內(nèi)容 與

2、教學(xué)設(shè)計(jì)一、緒論1、本課程在專業(yè)課學(xué)習(xí)中的作用和地位2、電力電子技術(shù)的概念3、電力電子技術(shù)的開展史4、電力電子技術(shù)的應(yīng)用二、電力電子器件概述1、電力電子器件2、電力電子器件的分類三、電力二極管1、工作原理；2、根本特性；3、主要參數(shù)四、晶閘管1、晶閘管的結(jié)構(gòu)；2、工作原理教學(xué)方法講授法教學(xué)手段課外學(xué)習(xí)安排復(fù)習(xí)電子技術(shù)課程中的二極管、三極管內(nèi)容、預(yù)習(xí)電力二極管參考資料學(xué)習(xí)效果評(píng)測課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排教學(xué)后記組織上課2 分鐘一、緒論1、本課程在專業(yè)課學(xué)習(xí)中的作用和地位供電T變流T系統(tǒng)專業(yè)根底課：電路原理、電子技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)、變流、自控原理、PLC等專業(yè)課：電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)、供電、 DCS、檢測技術(shù)理

3、論教學(xué)432、電力電子技術(shù)的概念分鐘電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。 就是利用電力電子器件對(duì) 電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。包括電壓、電流、頻率、波形和相數(shù)的變換。1整流器：把交流電壓變?yōu)楣潭ǖ幕蚩烧{(diào)的直流電壓。(AC DC：)2逆變器：把固定直流電壓變?yōu)楣潭ǖ幕蚩烧{(diào)的交流電壓。(DC AC I ) 3斬波器：把固定直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)直流電壓。(DC DC $ )4交流調(diào)壓器：把固定交流電壓變?yōu)榭烧{(diào)的交流電壓。(AC AC $ )5變頻器：把固定的交流頻率變?yōu)榭烧{(diào)的交流頻率。3、電力電子技術(shù)的開展1晶閘管：2全控型器件：門極可關(guān)斷晶閘管GTO；電力雙極型晶體管BJT、 GTR；電力場效應(yīng)晶體

4、管電力 MOSFET3復(fù)合型器件：絕緣柵極雙極型晶體管IGBT :; MOS控制晶閘管MCT； 集成門極換流晶閘管IGCT；4功率集成電路PIC4、電力電子技術(shù)的應(yīng)用1工業(yè)應(yīng)用：如調(diào)速、直流電源、中高頻感應(yīng)加熱電源等；2交通運(yùn)輸二、電力電子器件概述1、電力電子器件? 電功率的大小是其最主要的參數(shù)? 一般工作在開關(guān)狀態(tài)?由信息電子電路來控制?自身的功率損耗較大，一般要考慮器件的散熱2、電力電子器件的分類按照電力電子器件控制電路信號(hào)的程度分：? 不可控型器件：電力二極管? 半控型器件：晶閘管? 全控型器件自關(guān)斷器件：按照控制信號(hào)的性質(zhì)分：? 電流驅(qū)動(dòng)型：GTR、GTO? 電壓驅(qū)動(dòng)型：電力 MOSF

5、ET、IGBT按照器件內(nèi)部載流子參與導(dǎo)電的情況分為：? 單極型器件：電力MOSFET、靜電感應(yīng)晶體管SIT? 雙極型器件：電力二極管、晶閘管、 GTO、GTR、靜電感應(yīng)晶閘管SITH? 復(fù)合型混合型器件：IGBT、MCT三、電力二極管1、工作原理：與普通二極管相同2、根本特性：靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性3、主要參數(shù)：正向平均電流Ifav、正向壓降Uf、反向重復(fù)峰值電壓Urrm等四、晶閘管1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：四層三端半導(dǎo)體器件 晶閘管是一種大功率的四層三端半導(dǎo)體器件。四層：由P、N、P、N四層半導(dǎo)體組成，依次構(gòu)成三個(gè)三端：有三個(gè)接線端子電極 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和符號(hào)如以下圖PN結(jié)即陽極A、陰極K、門極G復(fù)習(xí)相關(guān)知

6、識(shí)5分鐘理論教學(xué)40 分鐘A «GPlniP2n2Ki晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、晶閘管的外形常用晶閘管的外形有螺栓式和平板式兩種，其優(yōu)缺點(diǎn)如下： 螺栓式：安裝、更換方便，但散熱效果差。平板式：散熱效果好，但安裝、更換比擬麻煩。3、根本特性：靜態(tài)特性：? 晶閘管導(dǎo)通條件：應(yīng)同時(shí)具備正向陽極電壓和正向門極電壓? 晶閘管關(guān)斷條件：陽極電流小于管子的維持電流。? 具體實(shí)現(xiàn)方法：陽極電壓減小到零或加反向電壓。增大回路負(fù)載電阻。? 晶閘管導(dǎo)通以后門極失去作用。課題名稱§ 1.3晶閘管課次第2次課課時(shí)2課型理論“；實(shí)驗(yàn);實(shí)習(xí)；、實(shí)務(wù);習(xí)題課；討論；其他教學(xué)目標(biāo)掌握晶閘管的工作特性和主要參數(shù)重點(diǎn)

7、、難點(diǎn)及 解決方法重點(diǎn)：晶閘管的工作原理、工作特性和主要參數(shù)教學(xué)根本內(nèi)容 與教學(xué)設(shè)計(jì)晶閘管的伏安特性晶閘管的主要參數(shù)? 額定電壓UTn? 額定電流Itav? 門極觸發(fā)電流Igt和門極觸發(fā)電壓Ugt? 通態(tài)平均電壓Utav? 維持電流Ih與掣住電流Il平均值、有效值、波形系數(shù)的計(jì)算 晶閘管的型號(hào)教學(xué)方法講授法教學(xué)手段實(shí)物課外學(xué)習(xí)安排作業(yè)3道題參考資料學(xué)習(xí)效果評(píng)測主要內(nèi)容下次課以提問方式進(jìn)行復(fù)習(xí)，要求通過作業(yè)掌握課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排教學(xué)后記組織上課，點(diǎn) 名2分鐘1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：四層三端半導(dǎo)體器件2、晶閘管的外形3、根本特性：復(fù)習(xí)5分鐘正向特性理論教學(xué)33U RO U RRMIhIG11 G21 G

8、O 0反向特性晶閘管的伏安特性分鐘圖中：UBO正向轉(zhuǎn)折電壓Udsm正向阻斷不重復(fù)峰值電壓Udrm正向阻斷重復(fù)峰值電壓；等于 90%UdsmU RO反向擊穿電壓U RSM反向不重復(fù)峰值電壓Urrm反向重復(fù)峰值電壓；等于 90%Ursm動(dòng)態(tài)特性：? 開通過程? 關(guān)斷過程4、主要參數(shù)電壓定額、電流定額、動(dòng)態(tài)參數(shù)； 平均值、有效值、波形系數(shù)的計(jì)算1晶閘管的額定電壓UTn? 晶閘管的額定電壓UTn是取Udrm和Urrm中較小的一個(gè)。? 選擇晶閘管的額定電壓時(shí)應(yīng)考慮平安余量23倍，即選實(shí)際工作時(shí) 最大電壓的23倍。2晶閘管的額定電流Itav晶閘管的額定電流用一定條件下的最大通態(tài)平均電流來標(biāo)定。 平均值波形

9、在一個(gè)周期內(nèi)的平均值Ido Imsin td( t)|m教學(xué)內(nèi)容備注有效值，即為“方均根1 12I m1 廠 ° (Zin t) d( t)-波形系數(shù)：有效值與平均值之比為波形系數(shù)。kf 1.57Id注意：Id、IdT、It(AV)及 1、It、I Tn 的區(qū)別Id：負(fù)載電流平均值I :負(fù)載電流有效值IdT：晶閘管平均電流It:晶閘管有效電流IT(AV):晶閘管的額定電流iTn：晶閘管的額定電流有效值舉例3門極觸發(fā)電流IGT和門極觸發(fā)電壓UGT在室溫下，晶閘管施加 6V正相陽極電壓時(shí)，使元件完全開通所必須的 最小門極電流，稱為門極觸發(fā)電流，對(duì)應(yīng)于門極觸發(fā)電流時(shí)的門極觸發(fā) 電壓，稱為門

10、極觸發(fā)電壓。4通態(tài)平均電壓 Ut(av)晶閘管通以額定電流時(shí)，陽極和陰極間電壓降的平均值，稱為通態(tài)平均 電壓管壓降。5維持電流IH與掣住電流IL維持電流Ih：使晶閘管維持通態(tài)所必須的最小陽極電流。掣住電流Il:晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)，并且移除觸發(fā)信號(hào)后能維持通態(tài)所 必須的最小電流。一般Il=(24) Ih。5、型號(hào)K字母 數(shù)字 - 數(shù)字字母15通態(tài)平均電壓組別> 額定電壓等級(jí)(乘100即為額定電壓) 于額定電流1>P:普通型；K:快速型；S:雙向型；N :逆導(dǎo)型；G:可關(guān)斷型為表示閘流特性理論教學(xué)50分鐘課題名稱§ 1.4全控型電力電子器件課次第3次課課時(shí)2課型理論“；實(shí)驗(yàn)

11、;實(shí)習(xí)；、實(shí)務(wù);習(xí)題課；討論；其他教學(xué)目標(biāo)認(rèn)識(shí)典型全控型器件，如 GTO、GTR、IGBT等，重點(diǎn)掌握器件的工作特 性和主要參數(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)及 解決方法重點(diǎn)：器件的工作原理、工作特性和主要參數(shù)。教學(xué)根本內(nèi)容 與教學(xué)設(shè)計(jì)一、門極可關(guān)斷晶閘管GTO:1、結(jié)構(gòu)和工作原理2、GTO的動(dòng)態(tài)特性3、GTO的主要參數(shù)二、電力晶體管GTR1、結(jié)構(gòu)和工作原理2、GTR的根本特性：靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性3、GTR的主要參數(shù)三、IGBT1、IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理2、IGBT的根本特性：靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性3、IGBT的主要參數(shù)4、IGBT的鎖定效應(yīng)教學(xué)方法講授法教學(xué)手段課外學(xué)習(xí)安排自學(xué)典型全控型器件的相關(guān)內(nèi)容參考資料學(xué)習(xí)

12、效果評(píng)測課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排教學(xué)后記一、門極可關(guān)斷晶閘管GTO? GTO是一種具有自關(guān)斷能力的閘流特性功率半導(dǎo)體器件。? 既具有普通晶閘管的耐壓高、電流大的優(yōu)點(diǎn)，又具有GTR的一些優(yōu) 點(diǎn)，如具有自關(guān)斷能力、頻率較高、使用方便等。? 主要應(yīng)用在大功率直流斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域。1. GTO的結(jié)構(gòu)及工作原理GTO的結(jié)構(gòu)與普通晶閘管相似，也是PNPN四層三端半導(dǎo)體器件， A、G和K分別表示GTO的陽極、門極和陰極。與普通 晶閘管不同的是，可以從門極抽出電流而使其關(guān)斷。GTO的觸發(fā)導(dǎo)通原理與普通晶閘管相似，當(dāng)陽極加 正向陽極電壓、門極加觸發(fā)信號(hào)后可使 GTO觸發(fā)導(dǎo)通。 因此，通過門極加正觸發(fā)

13、信號(hào)使 GTO觸發(fā)導(dǎo)通，通過 門極加負(fù)觸發(fā)信號(hào)使GTO關(guān)斷。2. GTO的主要特性GTO的陽極伏安特性與普通晶閘管相似GTO的動(dòng)態(tài)特性如以下圖，由圖可以看出， GTO的開通時(shí)間ton包括延遲 時(shí)間td和上升時(shí)間tr，其大小取決于器件特性、門極電流上升率以及門極信 號(hào)的幅值大小。GTO的關(guān)斷過程包含三個(gè)時(shí)間區(qū)間，即存儲(chǔ)時(shí)間ts、下降時(shí) toff。7G?廠!卜KGTO的符號(hào)GTO開通和關(guān)斷的電流波形*亠山二端3. GTO的主要參數(shù)GTO的根本參數(shù)與普通晶閘管大多相同，不同的主要參數(shù)表達(dá)如下：1最大可關(guān)斷陽極電流Iat。即管子的銘牌電流，在實(shí)際應(yīng)用中，它受如下因素的影響：門極關(guān)斷負(fù) 電流波形、陽極電

14、壓上升率、工作頻率及電路參數(shù)的變化等。2電流關(guān)斷增益off為最大可關(guān)斷陽極電流Iat。與門極最大負(fù)電流Igm之比。ff表示GTO的 關(guān)斷能力，off值越大，說明門極電流對(duì)陽極電流的控制能力愈強(qiáng)。組織上課，點(diǎn) 名2分鐘GTO 30 分鐘內(nèi)容主要以自 學(xué)為主、電力晶體管GTR內(nèi)容主要以自學(xué)為主? GTR是一種雙極型大功率晶體管，因此也稱為功率晶體管或雙極型 晶體管BJT。? 具有控制方便、開關(guān)時(shí)間短、通態(tài)壓降低、高頻特性好等優(yōu)點(diǎn)；GTR 30 分鐘? 因此廣泛應(yīng)用在交直流調(diào)速、不間斷電源、中頻電源以及家用電器 等中小容量的變流裝置中。在中小功率應(yīng)用方面，是取代晶閘管的 自關(guān)斷器件之一。1、結(jié)構(gòu)和工

15、作原理常用的電力晶體管有單管、達(dá)林頓管和達(dá)林頓晶體管模塊三大系列。c集電極|c基極BBI E發(fā)射極EPNPNPNGTR符號(hào)示意圖1單管GTR:結(jié)構(gòu)有PNP和NPN 兩種。要求有足夠大的容量大電流、 高電壓、適當(dāng)?shù)脑鲆?、較高的開關(guān)速度 和較低的功率損耗等，因此在GTR的制 造過程中采取了特殊的措施以保證功率 應(yīng)用的需要，如擴(kuò)大結(jié)片的面積、采用 特殊形狀的管芯圖形、精細(xì)結(jié)構(gòu)等制造 工藝。2達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的 GTR :解決單管GTR的電流增益較低的問題。達(dá)林頓 GTR由兩個(gè)或多個(gè)晶體管復(fù)合而成， 可以是PNP型也可以是NPN型，其性質(zhì)由驅(qū)動(dòng)管決定。與單管 GTR相比， 達(dá)林頓GTR提高了電流增益，但飽和

16、壓降增加，且開關(guān)時(shí)間增加。實(shí)用達(dá) 林頓電路是將達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的 GTR、穩(wěn)定電阻Ri、R2、加速二極管VDi和續(xù) 流二極管VD2等制作在一起。3GTR模塊：作為大功率開關(guān)應(yīng)用最多的還是 GTR模塊。為了改善器 件的開關(guān)過程和并聯(lián)使用方便，中間級(jí)晶體管的基極均有引線引出。2. GTR的主要特性GTR的主要特性可分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性中主要分析典型 的雙極型晶體管集電極輸出特性，即 集電極伏安特性，分為四個(gè)區(qū)域：截 止區(qū)、放大區(qū)、臨界飽和區(qū)、飽和區(qū)。GTR作為開關(guān)使用時(shí)，交替工作在 飽和區(qū)和截止區(qū)，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中 必須快速地通過放大區(qū)和臨界飽和 區(qū)。GTR的動(dòng)態(tài)特性主要指開關(guān)特 性oGTR

17、的開通時(shí)間ton、關(guān)斷時(shí)間toff 及集電極電壓上升率du/dt是動(dòng)態(tài)過 程中的重要參數(shù)。一般開通時(shí)間比關(guān) 斷時(shí)間短，容量越大，開關(guān)時(shí)間也越長，Ic臨放大區(qū)和:區(qū)飽IB4Ib3Ib2Ib1Ib=0截止牖JUGTR共射極電路的輸出特性曲線Ib增加U CE但仍比快速晶閘管短。為了抑制過高的du/dt對(duì)GTR的危害，使用時(shí)可在集-射極之間并聯(lián)阻容緩沖電路。3. GTR的額定參數(shù)GTR的額定參數(shù)主要包括最高電壓額定值、 最大電流額定值和最大散耗 功率。1最咼電壓額定值最高電壓額定值即最高集電極電壓額定值，它的大小不僅與器件本身的特性有關(guān)，而且還取決于基極回路的接線方式。以下圖所示為GTR的不同接線方式

18、，對(duì)應(yīng)的最高電壓額定值用 BU CEO、 BU CES、 BU CER、 BU CEX 和BU CBO 表示，一般情況下：BUCEOCBOBU CES BU CERBU CERBU CEOBU CEXBU cboGTR的不同接線方式在GTR產(chǎn)品目錄中BU ceo作為電壓額定值給出，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須考慮一 定的裕量，GTR的電壓額定應(yīng)滿足BU ceo (2 3)U m式中Um為GTR實(shí)際承受的最高電壓。2最大電流額定值Icm最大電流額定值即允許流過集電極的最大電流值。為了提高GTR的輸出功率，集電極輸出電流應(yīng)盡可能地大，但是集電極電流大，那么要求基極注 入的電流大，這將會(huì)使 GTR的電氣性能變差，

19、甚至損壞器件。因此在實(shí)際 應(yīng)用電路中，為了確保使用的平安與穩(wěn)定，GTR的最大電流額定值應(yīng)滿足1 CM23式中Icp為流過GTR的電流峰值。同樣，基極電流也有最大額定值的規(guī)定，常用Ibm表示，通常取1 BM (1/ 2 1/ 6)Icm。3最大散耗功率Pcm最大散耗功率Pcm是指GTR在最高允許結(jié)溫時(shí)所對(duì)應(yīng)的散耗功率， 它受 結(jié)溫的限制，其大小由集電極工作電壓和集電極電流的乘積決定。由于這部 分能量將轉(zhuǎn)化為熱能并使 GTR發(fā)熱，因此，GTR在使用中的散熱條件是十 分重要的。三、IGBT內(nèi)容主要以自學(xué)為主? IGBT是一種復(fù)合型器件。? 它將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，既具有輸入阻抗高、工

20、作 速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡單、驅(qū)動(dòng)電流小等優(yōu)點(diǎn)，又具有 通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點(diǎn)。? 在電機(jī)控制、中頻和開關(guān)電源以及要求快速、低損耗的領(lǐng)域，IGBT已逐步取代功率MOSFET和GTR。1. IGBT的結(jié)構(gòu)及工作原理IGBT是在功率MOSFET的根底上增加了一個(gè)P+層發(fā)射極，形成PN結(jié)Ji,并由此引出集電極C,柵極G和發(fā)射極E柵極E 發(fā)射極 GIGB 30 分鐘J2N-PN-Ji體區(qū)漂移區(qū)緩沖區(qū) G注入?yún)^(qū)b)IGBT示意圖Udr Uji +CN溝道Ec)a)a) IGBT結(jié)構(gòu)剖面圖b) N-IGBT的等效電路 c)圖形符號(hào)IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來控制的。柵極施以正電

21、壓時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極 電流，從而使IGBT導(dǎo)通。此時(shí)，從P+區(qū)注入到N-區(qū)的空穴對(duì)N-區(qū)進(jìn)行電 導(dǎo)調(diào)制，減小N-區(qū)的電阻Rdr，使高耐壓的IGBT也具有低的通態(tài)壓降。在柵極上施以負(fù)電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)溝道消失，PNP晶體管的基極電流 被切斷，IGBT關(guān)斷。2. IGBT的工作特性IGBT的工作特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。1靜態(tài)特性主要有輸出特性和轉(zhuǎn)移特性。輸出特性表達(dá)了集電極電流Ic與集射極電壓Uce之間的關(guān)系，分正向阻 斷區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)有源區(qū)。飽和導(dǎo)通時(shí)管壓降一般為 25V0 IGBT 輸出特性的特點(diǎn)是集電極電流Ic由柵射極電壓Uge控制，Uge越大I

22、 C越大。 在反向集射極電壓作用下器件呈反向阻斷特性。IGBT的轉(zhuǎn)移特性表示了柵射極電壓Uge對(duì)集電極電流Ic的控制關(guān)系。在 大局部范圍內(nèi)，Ic與Uge呈線性關(guān)系，只有當(dāng)Uge接近開啟電壓Uge®)時(shí)才呈 非線性關(guān)系。所以最大柵射極電壓應(yīng)受最大集電極電流 Icm得限制，最正確 值為 Uge 15V o2IGBT的動(dòng)態(tài)特性也稱開關(guān)特性，包括開通和關(guān)斷兩個(gè)局部。IGBT的的開通時(shí)間ton由開通延遲時(shí)間td(on)和電流上升時(shí)間tr兩局部組 成，通常開通時(shí)間為 s o開通延遲時(shí)間td(on):是指從驅(qū)動(dòng)電壓Uge上升到其幅值電壓的10%的時(shí) 刻起，到集電極電流升到其幅值的10%的時(shí)刻止的這

23、段區(qū)間；上升時(shí)間tr :集電極電流從其幅值的10%升高到其幅值的90%所需的時(shí) 間為。IGBT的關(guān)斷過程是從正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到正向阻斷狀態(tài)的過程，關(guān)斷 時(shí)間toff也是由關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)和電流下降時(shí)間tf兩局部組成。關(guān)斷延遲時(shí)間td(off):是指從驅(qū)動(dòng)電壓Uge下降到其幅值電壓的90%的時(shí) 刻起，到集電極電流降到其幅值的 90%的時(shí)刻為止的這段區(qū)間；下降時(shí)間tf :是指集電極電流從其幅值的90%降低到其幅值的10%所需 的時(shí)間。在下降時(shí)間tf內(nèi)，集電極電流的波形分為f和tfi2兩段，f對(duì)應(yīng)于IGBT 內(nèi)部M0SFET的關(guān)斷過程，在這段時(shí)間內(nèi)集電極電流下降較快；f對(duì)應(yīng)于IGBT內(nèi)PN

24、P晶體管的關(guān)斷過程3. IGBT的主要參數(shù)I 1集射極擊穿電壓BU ces 穿電壓確定的，它決定了 IGBT 最高工作電壓。I 2開啟電壓U GE(th) IGBT導(dǎo)通所需的最低柵射極電 壓，它隨溫度升高而下降。3通態(tài)壓降U cE(on)通態(tài)壓 降Ucem決定了通態(tài)損耗，通常 IGBT的通態(tài)壓降為23V。4最大柵射極電壓U ges 為了限制故障情況下的電流和確 保長期使用的可靠性，應(yīng)將柵射極 電壓限制在20V以內(nèi)，一般取15V 左右。5集電極連續(xù)電流Ic和峰 值電流Icm 集電極流過的最大連 續(xù)電流Ic即為IGBT的額定電流， 在不超過額定結(jié)溫的情況下，通常 峰值電流Icm為額定電流的2倍左

25、右。4. IGBT的鎖定效應(yīng)當(dāng)集電極電流Ic大到一定程度時(shí)，通常關(guān)斷時(shí)間為0.551.5s。是由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊 的NPN晶體管因過高的正偏置而導(dǎo)通,造成寄生晶閘管開通，導(dǎo)致IGBT柵極失去控制作用，這就是鎖定效應(yīng)，也 稱為擎住效應(yīng)。因Ic過大而產(chǎn)生的鎖定效應(yīng)稱為靜態(tài)鎖定。此外，在關(guān)斷過 程中由于duCE/dt過大而產(chǎn)生的鎖定效應(yīng)稱為動(dòng)態(tài)鎖定，這種現(xiàn)象在負(fù)載為電 感性時(shí)更容易發(fā)生。為了防止IGBT發(fā)生鎖定現(xiàn)象，必須規(guī)定集電極最大電流Icm，由于動(dòng)態(tài) 鎖定所允許的集電極電流比靜態(tài)鎖定時(shí)要小，所以廠家所規(guī)定的Icm值是根據(jù)防止動(dòng)態(tài)鎖定而確定的。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮一定的平安裕量，以保證

26、電流不 超I CM。課題名稱單相可控整流電路課次第4、6 9次課課時(shí)6課型理論“；實(shí)驗(yàn);實(shí)習(xí)；、實(shí)務(wù);習(xí)題課；討論；其他教學(xué)目標(biāo)熟悉各種單相可控整流電路，明白負(fù)載性質(zhì)對(duì)整流電路性能的影響；掌握 單相相控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理，控制角移相范圍，電流 有效值、平均值的計(jì)算；重點(diǎn)、難點(diǎn)及 解決方法重點(diǎn)：單相相控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理；有效值、平均值 的計(jì)算；難點(diǎn)：不同負(fù)載整流電路波形分析教學(xué)根本內(nèi)容 與教學(xué)設(shè)計(jì)一、單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載、大電感性負(fù)載接續(xù)流二極管 電路圖、工作原理、波形分析、電壓電流計(jì)算二、單相全波可控整流電路電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載、大電感

27、性負(fù)載接續(xù)流二極管 電路圖、工作原理、波形分析、電壓電流計(jì)算三、單相全控整流電路電阻性負(fù)載、大電感性負(fù)載、反電動(dòng)勢負(fù)載 電路圖、工作原理、波形分析、電壓電流計(jì)算四、單相半控整流電路大電感性負(fù)載、大電感性負(fù)載接續(xù)流二極管電路圖、工作原理、波形分析、電壓電流計(jì)算教學(xué)方法講授法教學(xué)手段課外學(xué)習(xí)安排作業(yè)題5道；思考題2道參考資料學(xué)習(xí)效果評(píng)測作業(yè)、上課提問、測驗(yàn)方式課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排晚自習(xí)輔導(dǎo)答疑教學(xué)后記一、單相半波可控整流電路 一電阻性負(fù)載1、電路圖組織上課，點(diǎn)名2分鐘U2VT理論教學(xué)45分 鐘機(jī)動(dòng)3分鐘t2、整流原理1晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)此時(shí)必須滿足：a.u2為正半波正向陽極電壓b.有觸發(fā)脈沖正向門極電壓

28、。晶閘管導(dǎo)通時(shí)有如下關(guān)系：Ud=U2 ,UT=O ,id=Ud/Rd2晶閘管截止?fàn)顟B(tài) 共有以下兩種情況：a. i2為正但無觸發(fā)脈沖。b. U2為負(fù)。此時(shí)有如下關(guān)系：Ud=O, id=Ud/Rd=O ,UT=U23、波形分析：根據(jù)如上分 析，可畫出波形如以下圖教學(xué)內(nèi)容備注4、兩個(gè)重要角度和:從晶閘管承受正向陽極電壓開始到晶閘管導(dǎo)通之間的電角度用表示，稱為控制角或移相角。:晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度用 表示，稱為晶閘管的導(dǎo)通角。5、平均電壓Ud及Ud/U2與的關(guān)系1L1 COSUd、dU2sin td ( t) 0.45U 22 2% 0-45 1 76有效電壓1i 1Ui(V2U2sin t

29、)2d( t) U2J sin 22 427、平均電流、有效電流及波形系數(shù)平均電流Id：,小 cos U 2Id 0.45Rd2Rd有效電流丨：U U 2 ： 1I< sin 2亠"十*RdRd42波形系數(shù)kf:kfI J sin2 2 ()Id<2(1 cos )當(dāng)=0時(shí)kf8、變壓器二次側(cè)供給的有功功率、視在功率及功率因數(shù)有功功率：P=I2Rd=UI視在功率：S=U2|功率因數(shù)：廠 P UIU,1=0 時(shí)，cos 取大為 cosI.sin2S U2I U2 42二電感性負(fù)載1、電路圖 UT理論教學(xué)47分 鐘2、整流原理及波形分析U2=UT+Ud=UT + UL + U

30、R 當(dāng)OW t< tlVT 截止，Ud=O，UT = U2， id=O 當(dāng)t= tl時(shí)晶閘管開始導(dǎo)通； tK t< t2從零上升VT導(dǎo)通，此時(shí)有：Ud =U2， UT=O,id 丄(u2 eL)丄(u2Ld 巴)RdRddt t= t2時(shí)，id到達(dá)最大 t2V t < t3 此時(shí)：ud =U2 ,UT=0 , id逐漸下降U2 t3V t< t4此時(shí)由于eL的作 用，繼續(xù)維持晶閘管導(dǎo)通，eL正的 在減少，U2負(fù)的在增大.Ud=U2 t= t4此時(shí)e U2晶閘管Ug關(guān)斷，id=Ot4V t< t5晶閘管截止，Ud=OUT=U2 id=OUT三大電感性負(fù)載接續(xù)流二極管

31、作業(yè)3分鐘1、電路圖2、整流原理及波形分析id可以看成一條直線，如以下圖當(dāng)電感足夠大時(shí)，流過負(fù)載的電流波形3 計(jì)算關(guān)系式I dTIdT Id229t為晶閘管的導(dǎo)通角D為二極管的導(dǎo)通角ID £ 心 hId如；2 Id乙單相全波可控整流電路一電阻性負(fù)載1、電路圖2、3、UdU1Ud整流原理及波形分析U2正半波時(shí)可觸發(fā)VT1導(dǎo)通 U2負(fù)半波時(shí)可觸發(fā)VT2導(dǎo)通 波形如右圖所示 計(jì)算電壓、電流值11 cosU2d( t) 0.9U2組織上課，點(diǎn)名2分鐘理論教學(xué) 分鐘U2sin 2ld=Ud/Rd l=U/RdKf全波Id1Sin2 20.45(1 cos )U2tUdtUT1tiT1K伴波Ug

32、二電感性負(fù)載1、電路圖2、整流原理及波形分析理論教學(xué) 分鐘 當(dāng)0°< a 90°時(shí)，每一個(gè)晶閘管導(dǎo)通半個(gè)周期。 當(dāng) a 90°時(shí)電感較大，此時(shí)Ud=o 當(dāng)90°< a時(shí),負(fù)載上得到斷續(xù)的電流波形，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角為 (2 -2a 此時(shí),Ud=0結(jié)論：單相全波可控整流電路負(fù)載為電感性負(fù)載時(shí)，移相范圍為(0 90°)Ud計(jì)算公式為Ud 丄v'2U 2sin td( t) 0.9U2cos電感性負(fù)載iD i f :布置作業(yè)分鐘大電感性負(fù)載加續(xù)流二極管三、單相全控橋式整流電路 一電阻性負(fù)載1、電路圖2、工作原理及波形分析VT1VT

33、4同時(shí)加脈沖VT2VT3同時(shí)加脈沖VTi VT2共陰極連接VT3 VT4共陽極連接3、計(jì)算公式Ud0.9U21Cos24U2/I f / /a( “L_L ! ! -Lug斗1.4 ! ：2.3 !1 114:IlL1|1IIh : 11 2Ud:id組織上課，點(diǎn)名2分鐘理論教學(xué)48分 鐘UT1教學(xué)內(nèi)容二大電感性負(fù)載1、電路圖2、波形分析id A理論教學(xué)45分 鐘作業(yè)5分鐘t三反電動(dòng)勢負(fù)載1、電路圖2、工作原理及波形只有U2 E時(shí)，觸發(fā)對(duì)應(yīng)的晶閘管才能使之導(dǎo)通，此時(shí)有Ud |u2-U2 Eld Rd當(dāng)|U2 E時(shí)晶閘管截止，此時(shí)有Ud=E ， |d=0四、單相半控橋式整流電路 一大電感性負(fù)載1

34、、電路圖2、工作原理及波形分析1U2為正半波時(shí)，VT1承受正壓a. VT1無脈沖時(shí)，ud=0b. VT 1有脈沖時(shí)，uT1=02U2為負(fù)半波時(shí)，VT2承受正壓 由于負(fù)載是大電感性負(fù)載，電流波 形(id)為一直線保證電流連續(xù)，波形 如以下圖3、電路的工作特點(diǎn)晶閘管在觸發(fā)時(shí)刻換流二極管那么在電源過零時(shí)刻換流組織上課，點(diǎn)名2分鐘* t理論教學(xué) 分鐘二大電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時(shí)1、電路圖2、工作原理及波形分析3電流值計(jì)算公式晶閘管導(dǎo)通角T=- 由波形圖可以得到IdTId2ITId| dDD|d2IdId續(xù)流二極管承受的最大反向電壓為、2 U2UT1tiT1 iD2tiT2 iD1tiDti2t理論教學(xué)

35、 分鐘作業(yè)5分鐘課題名稱三相半波可控整流電路課次第8次課課時(shí)2課型理論“；實(shí)驗(yàn);實(shí)習(xí)；、實(shí)務(wù);習(xí)題課；討論；其他教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生掌握三相半波相控整流電路的工作原理；不同負(fù)載性質(zhì)、不同控制 角時(shí)的工作情況分析；續(xù)流二極管的作用；平波電抗器的作用重點(diǎn)、難點(diǎn)及 解決方法重點(diǎn)：三相相控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理； 難點(diǎn)：不同負(fù)載整流電路波形分析三相半波相控整流電路的工作原理；不同負(fù)載性質(zhì)、不同控制角時(shí)的工作情況分析；續(xù)流二極管的作用；平 波電抗器的作用教學(xué)根本內(nèi)容 與教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方法講授法教學(xué)手段課外學(xué)習(xí)安排作業(yè)題3道；思考題1道參考資料學(xué)習(xí)效果評(píng)測作業(yè)、上課提問、測驗(yàn)方式課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排晚自

36、習(xí)輔導(dǎo)答疑教學(xué)后記三相半波可控整流電路 三相交流電組織上課，點(diǎn)名2分鐘u AJ2U 2 SinU Bx2U 2 Sin ( tUCx 2U 2 Sin ( tUA UB UC畫法UAB UBC UCA UBA UCB UAC 畫法一電阻性負(fù)載1、電路圖VT理論教學(xué)45分 鐘晶閘管共陰極連接2、工作原理及波形分析(1) a =0的點(diǎn)是對(duì)應(yīng)的自然換流點(diǎn)(2) 波形分析如下a.O°<aW 30° 時(shí)Ud2 cos0°<a< 150° 時(shí)1 cos( 30 )Ud 1.17U 2-V3移相范圍(0°,150°)TLVVwu機(jī)

37、動(dòng)3分鐘二大電感性負(fù)載當(dāng)aW 30。時(shí)，Ud波形與純電阻時(shí)一樣當(dāng)a >30。時(shí)1、電路圖Rd理論教學(xué)45分鐘布置作業(yè)5分鐘2、工作原理及波形分析3、公式1Ud2© COS|d=Ud/Rd2IdT= Id /33|T ；3Id 移相范圍：0 o< <90。4晶閘管承受的最大電壓為:UTM、6U2課題名稱三相橋式可控整流電路課次第9-10次課課時(shí)4課型理論“；實(shí)驗(yàn);實(shí)習(xí)；、實(shí)務(wù);習(xí)題課；討論；其他教學(xué)目標(biāo)使學(xué)生掌握三相橋式相控整流電路的工作原理；不同負(fù)載性質(zhì)、不同控制 角時(shí)的工作情況分析；重點(diǎn)、難點(diǎn)及 解決方法重點(diǎn)：三相橋式相控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理； 難點(diǎn)

38、：不同負(fù)載整流電路波形分析一、三相橋式全控整流電路1、電路圖2、工作原理及波形分析3、對(duì)觸發(fā)脈沖的要求教學(xué)根本內(nèi)容 與教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方法講授法教學(xué)手段課外學(xué)習(xí)安排作業(yè)題5道；參考資料學(xué)習(xí)效果評(píng)測作業(yè)、上課提問、測驗(yàn)方式課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排晚自習(xí)輔導(dǎo)答疑教學(xué)后記一、三相橋式全控整流電路1、電路圖1晶閘管接法有兩組：共 陰極組1,3, 5，共陽極組4, 6， 2。2要使負(fù)載上有電流流過， 那么必須使共陰極組和共陽極 組中分別有一個(gè)不在同一 組導(dǎo)通。2、工作原理及波形分析1共陰極組的自然換流點(diǎn) 在a,c,e,g,即對(duì)應(yīng)的=0的點(diǎn)； 組的自然換流點(diǎn)對(duì)應(yīng)相差60 °。BCAN§4 N6

39、N 女2Ud共陽極組的自然換流點(diǎn)在對(duì)應(yīng)的b,d,f,h 點(diǎn)組織上課，點(diǎn)名2分鐘理論教學(xué)48分 鐘2每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角為120 °。ab區(qū)間：A為正，B為負(fù)，1和6導(dǎo)通，Ud=UABbc區(qū)間：A為正，C為負(fù)，1和2導(dǎo)通，Ud=UACcd區(qū)間：B為正，C為負(fù)，3和2導(dǎo)通，Ud=UBCde區(qū)間：B為正，A為負(fù)，3和4導(dǎo)通，Ud=UBAef區(qū)間：C為正，A為負(fù)，5 和 4導(dǎo)通，Ud=UCAfg區(qū)間：C為正，B為負(fù)，5 和 6導(dǎo)通，Ud=UCB波形如以下圖Udta =0s JM理論教學(xué)45分 鐘布置作業(yè)5分 鐘電 / /V F% 小/V由上圖可知：1當(dāng)aW 60。時(shí)，Ud為正值。2當(dāng)60。<

40、; a <90。時(shí)，Ud出現(xiàn)負(fù)值，但Ud為正 3當(dāng) a =90。時(shí)，Ud=04當(dāng)a =120。時(shí)，Ud波形雜亂3、對(duì)觸發(fā)脈沖的要求1晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通順序1 23456 12觸發(fā)脈沖必須滿足a寬脈沖寬度大于b.雙窄脈沖間隔為4、總結(jié)1計(jì)算公式Ud2 4 COS2U T max . 2U 260600OWaW 90o時(shí)大電感1 |dT Id大電感3大電感性負(fù)載：移相范圍為0。90。電阻性負(fù)載：移相范圍為0。120。二、三相橋式半控整流電路1、電路圖a共陰極組由二極管組成,理論教學(xué)50分 鐘特點(diǎn)：共陰極組由晶閘管組成在觸發(fā)后進(jìn)行換流 總是在自然換流點(diǎn)換流52udV2、工作原理及波形分析=0

41、76;時(shí)輸出電1a =0°時(shí)，晶閘管在自然換流點(diǎn)換流，此時(shí)與三相全控橋a壓波形一樣，即Ud2 420°< a< 60° 時(shí)UdCABA0° < 壓 60°15WtB、6U 2 Sint6U2Sin t 6dUd2 4 1+COS0°WaW 60°360°< a< 180° 時(shí)Ud16. 6U 2 sin( tJd(或t)2 / 一366Ud 21v'6U 2 sin td( t)那么：Ud2© 1+C°S3所以，三相半控橋電阻性負(fù)載說時(shí)：Ud24

42、1+C°SO°WaW 180。理論教學(xué)45分 鐘布置作業(yè)5分鐘ud60° < a 180°JIA B C A BtJC hUd課題名稱習(xí)題課第一章課次第7次課課時(shí)2課型理論；實(shí)驗(yàn)；實(shí)習(xí)；、實(shí)務(wù)；習(xí)題課“；討論、其他教學(xué)目標(biāo)通過習(xí)題課，講解典型例題和第一章作業(yè)題，解決學(xué)生作業(yè)中存在的問題， 使學(xué)生進(jìn)一步加深理解，穩(wěn)固所學(xué)知識(shí)。重點(diǎn)、難點(diǎn)及 解決方法解決方法：講解一、例題講解二、作業(yè)講解教學(xué)根本內(nèi)容 與教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)方法講授法教學(xué)手段互動(dòng)教學(xué)課外學(xué)習(xí)安排作業(yè)改正參考資料學(xué)習(xí)效果評(píng)測課外學(xué)習(xí) 指導(dǎo)安排教學(xué)后記1-5.晶閘管正常導(dǎo)通的條件是什么？導(dǎo)通后流過晶

43、閘管的電流由什么決定？晶閘管 的關(guān)斷條件是什么？如何實(shí)現(xiàn)？晶閘管導(dǎo)通與阻斷時(shí)其兩端電壓各為多大？ 導(dǎo)通條件：同時(shí)具備：1正相陽極電壓；2正相門極電壓 導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由負(fù)載電流或電源和負(fù)載決定 關(guān)斷條件：流過晶閘管的陽極電流減小到維持電流以下實(shí)現(xiàn)方法：1減小陽極電壓到零或加反向陽極電壓；2增大負(fù)載電阻 晶閘管導(dǎo)通時(shí)其兩端電壓為其管壓降或近似為零；阻斷時(shí)其兩端電壓與電源大小 有關(guān)。1-8.型號(hào)為KP100-3、維持電流為3mA的晶閘管，使用在圖1-28三個(gè)電路中是否 合理？為什么？不考慮電壓、電流裕量(a)VT(b)1如果晶閘管導(dǎo)通，那么流過晶閘管的電流為It 1.5V/50k0.03mA

44、，小于維持電流，顯然不合理；2丨晶閘管承受的最大電壓為Utm 220 2 311V，超過了晶閘管的額定電壓300V，因此不合理；3如果晶閘管導(dǎo)通，那么流過晶閘管的電流為It 150V/1150A，超過了晶閘管的額定電流100A，因此不合理。1-9.圖1-29中陰影局部表示流過晶閘管的電流波形，其最大值均為Im，試計(jì)算各波形的電流平均值、有效值及波形系數(shù) 的晶閘管1 nldT I msin td( t)2 n 07tl Tn 1.57 100kf1.57100A。Kf。如不考慮平安余量，額定電流電流lT J Im (sin tpd( t) “ ， Kf 2 n 02l dT1 n2l ml tI

45、t 廠lm(sin t) d( t)卡，Kf /W n 012ldTl Tn1.57 100ldT141.1Akf1.11CldT1 n n lm sintd( t)3lmn 32 nb1 nldT l m sin t d( t) n 02lm7tItldTlTnkf1.57 1001.33118A1 n 2nlm(sin t)2d( t) 0.6341mn 3KfItl dT100A1.57，1.11 ，1.33，教學(xué)內(nèi)容備注dIdT 1 imSin td( t) 3Im ,1 1nIt 1 n Im (Sin2itt) d( t) 0.448Im， Kf1.88，2 n 34 nI cTi

46、Tn 1.57 100I dT83 5Akf1.88e IdT 丄 £匕,It Ji (Im2 n上， Kf 2122.828 ，J8I dT2n48t 2 n4,ITn 1.57 100AIdT Tn55.5Akf2.828fIdT 1 (Im n Im , IT 匸(12 n24、2n2 n I m K m 2) 2 ，心ItI Tn 1.57 10012 IdT78 5A厶，1/ o.u/ IdTkf2a a aa cc /十 &府土玄 nn 亠 i b 、同q十 R口 中 ttyii=6 士口、/ 尋十H-r 口on1-11. 100V父流電源接于 只晶閘官與8 電阻

47、串聯(lián)的單相半彼整流電路，用直流電壓表測得電阻兩端電壓為 40V ,試求輸出直流平均電壓Ud、平均電流Id以及晶閘管的控制角。解：用直流電壓表測得電阻兩端電壓就是直流平均電壓Ud ,那么Ud 40V ;Id 5/Rd 5A由 Ud 0.45U21 COS，可得：c2Ud ,0.789，所以：38.9./OS120.45U21-13.某電阻負(fù)載要求024V直流電壓，最大負(fù)載電流I d=30A，如用220V交流直 接供電與用變壓器降壓到60V供電，都采用單相半波可控整流電路，是否都能滿足 要求？試比擬兩種供電方案的晶閘管的導(dǎo)通角、額定電壓、額定電流值、變壓器二次側(cè)的功率因數(shù)以及對(duì)電源要求的容量。解：

48、1U2220V由 Ud 0.45U21 COS 知，當(dāng)2(0 n時(shí)，對(duì)應(yīng)ud (99 0) V，所以可以滿足要求。當(dāng) Ud 24V 時(shí)，由 Ud 0.45U21 COS2-得到，121，Rd Ud / Id24/30 0.8 。所以當(dāng)(180 121)時(shí)，UTm 腹2311V ；Ud (024 V ，晶閘管的導(dǎo)通角!59 ;,UU2 1 cnIt 1J Sin2RdRd 4 n2 n，當(dāng)121時(shí)I為最大，所以It 84.2A，由1 .571 T ( AV )1 T 得到：1 T ( AV )53.6A ；PUI 1 12 U1.n-121cos J-sinSU2I2U24 n2n0.306U21S U2I2 U2I UU sin R,V4 n18.51KV A2 n2U260V由 Ud 0.45U21 C0S 知，當(dāng)(02n時(shí)，對(duì)應(yīng)Ud(27 0) V，所以可以滿足要求。教學(xué)內(nèi)容備注當(dāng)i Ud 24V 時(shí)，由 Ud 0.45U21Cos得到，39 ,所以當(dāng)2180 39)時(shí)，Ud(024) V ；晶閘管的導(dǎo)通角2 141 ；UTmV2U 284.85V ;