常用電力電子器件課件

常用電力電子器件介紹一、晶閘管(Thyristor)的結(jié)構(gòu)及工作原理

二、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）三、大功率晶體管（GTR）四、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）五、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）復(fù)習(xí)提問

1、什么是直流電機(jī)，什么是交流電機(jī)？2、三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式表達(dá)式。導(dǎo)入新課

從復(fù)習(xí)可知，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜但調(diào)速效果好，而交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但調(diào)速效果一般，隨著大功率可控整流器件的出現(xiàn)使得交流調(diào)速進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用的階段。它有三個(gè)PN結(jié)：J1、J2、J3。其外形有平板形和螺栓形，見圖2.1（a）、(b)所示。三個(gè)引出端分別叫做陽極A、陰極K和門極G，門極也叫控制級(jí)。晶閘管的圖形符號(hào)見圖2.1(c)所示。晶閘管的工作原理由晶閘管的結(jié)構(gòu)可知，晶閘管是一種四層三端器件，有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)，見圖2.2(a)所示.當(dāng)把中間的N1和P2分為兩部分，則可構(gòu)成一個(gè)NPN型晶體管和一個(gè)PNP型晶體管的復(fù)合管，如圖2.2(b)所示。1.晶閘管的導(dǎo)電特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娞匦院驼驅(qū)ǖ目煽匦浴?.晶閘管的導(dǎo)通條件：（1）晶閘管的陽極－陰極之間加正向電壓。（2）晶閘管的門極－陰極之間有正向觸發(fā)電壓,且有足夠的觸發(fā)電流。3.維持電流：保持晶閘管導(dǎo)通的最小陽極電流。由圖2.2（c）可知，每個(gè)晶體管的集電極電流是另一個(gè)晶體管的基極電流。兩個(gè)晶體管相互復(fù)合,當(dāng)有足夠的門極電流Ig時(shí)，就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋，即此時(shí)兩個(gè)晶體管迅速飽和導(dǎo)通，即晶閘管飽和導(dǎo)通。若要關(guān)斷晶閘管，則應(yīng)設(shè)法使晶閘管的陽極電流減小到維持電流以下。門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）門極可關(guān)斷晶閘管是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。從結(jié)構(gòu)上看通常它有三個(gè)極：陽極（A）、陰極（K）和門極（G）。其工作原理是：通過控制門極信號(hào)進(jìn)行接通和關(guān)斷晶閘管，其工作特點(diǎn)如下：1.導(dǎo)通條件在門極和陰極之間加一正向電壓，即：G（＋）、K（－），GTO導(dǎo)通。2.關(guān)斷條件在門極和陰極之間加一反向電壓，G（－）、K（＋），GTO關(guān)斷。電路如圖2-3所示門極可關(guān)斷晶閘管通斷方便，是一種大功率無觸點(diǎn)開關(guān)，它是逆變電路中的主要開關(guān)元件，廣泛用在中小容量變頻器中。但由于受到反向關(guān)斷及工作頻率的限制，門極可關(guān)斷晶閘管正被新型的大功率晶體管GTR所取代，但是在大容量變頻器，GTO以其工作電流大，耐壓高的特性，仍得到普遍應(yīng)用。大功率晶體管（GTR）（一）、基本結(jié)構(gòu)是一種大功率晶體管，又叫雙極型晶體管（BJT），GTR在結(jié)構(gòu)上常用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)形式，是由多個(gè)晶體管復(fù)合組成的大功率晶體管，通過與反相續(xù)流二極管并聯(lián)組成一個(gè)模塊，如圖2-4所示。GTR也具有三個(gè)極，分別是基極（B）、發(fā)射極（E）、集電極（C）。（二）、GTR的工作特點(diǎn)GTR如同普通的晶體管一樣，也有三種工作狀態(tài)，即放大、飽和及截止?fàn)顟B(tài)，在大功率可控電路中，GTR主要工作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。由于GTR工作在大功率電路中，因此管子的功耗是一個(gè)不容忽視的問題，GTR在截止和飽和狀態(tài)時(shí)其功耗是很小的，但是在放大狀態(tài)其功耗將增大百倍，因此，逆變電路的GTR在交替切換的過程中是不允許在放大區(qū)稍做停留的。GTR具有自關(guān)斷能力及開關(guān)時(shí)間短、飽和壓降低、安全工作區(qū)寬等特點(diǎn)，廣泛用于交流調(diào)速、變頻電源中。在中小容量的變頻器中，曾一度占據(jù)了主導(dǎo)地位。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）率場(chǎng)效應(yīng)晶體管與場(chǎng)效應(yīng)晶體管一樣也是有三個(gè)極，分別是源極S、漏極D和柵極G，管子的連接及工作特性也基本與場(chǎng)效應(yīng)晶體管一樣。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管屬于電壓控制型器件，自關(guān)斷能力強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)功率很小，使用方便，開關(guān)頻率比較高，無二次擊穿現(xiàn)象。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管在存放和運(yùn)輸中應(yīng)有防靜電裝置，柵極不能開路工作，對(duì)于電感性負(fù)載應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。絕緣柵雙極晶體管（IGBT）絕緣柵雙極晶體管簡(jiǎn)稱IGBT是一種集大功率晶體管（GTR）和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）兩者于一身的復(fù)合型器件，它有三個(gè)極分別是集電極（C），發(fā)射極（E）和柵極（G），如圖2-5所示。輸入阻抗很高，，它既有MOS器件的工作速度快，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，又具備了大功率晶體管的電流大，通態(tài)電壓低的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)镮GBT性能優(yōu)