1緒論-晶閘管總結課件

電力拖動控制系統(tǒng)一、分類工業(yè)控制大體分為三大類。電力拖動自動控制系統(tǒng)以機械運動為主要生產方式，以電動機為執(zhí)行機構稱之為電力拖動自動控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)以化學反應或熱轉換為主要方式，以自動化儀表與裝置為檢測和執(zhí)行機構的系統(tǒng)。稱之為過程控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)2020年9月28日1電力拖動控制系統(tǒng)二、意義電力拖動自動控制系統(tǒng)中應用最普通的是自動調速系統(tǒng)，分為直流調速系統(tǒng)和交流調速系統(tǒng)兩大類，直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣泛范圍內平滑調速，直流調速系統(tǒng)仍是自動調速系統(tǒng)的主要形式，在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、大型起重機、造紙機、金屬切削機床等領域得到了廣泛的應用。換向問題是直流電動機的主要弱點，其單機容量、過載能力、最高電壓和轉速等重要指標都受到換向和由它引起的機械強度等問題的限制，換向器也給直流電機的制造和維護帶來很多麻煩，而交流電動機則恰沒有這個缺點。因此得到越來越廣泛的應用。交流異步電動機具有結構簡單，價格便宜、制造方便、維護容易等優(yōu)點。得到了越來越廣泛的應用。2020年9月28日2三、發(fā)展方向1、直流調速系統(tǒng)——可關斷的電力電子器件及其實現的斬波及PWM（脈寬調制式變換器）。2、交流調速系統(tǒng)——變頻調速系統(tǒng)。3、計算機控制系統(tǒng)——四、課程性質

工企自動化專業(yè)的一門專業(yè)課（綜合性）；非工企自動化專業(yè)的一門專業(yè)課。本課將遵循理論與實際相結合的原則，從滿足不同生產工藝的要求出發(fā)，應用自動控制理論，將電力拖動系統(tǒng)控制由簡入繁，由低到高的進行分析，并介紹各種系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能及設計方案。2020年9月28日3五、課程內容

變流內容晶閘管單相可控整流三相可控整流逆變電路

直流拖動系統(tǒng)單閉環(huán)調速系統(tǒng)雙閉環(huán)調速系統(tǒng)直流脈寬調速系統(tǒng)可逆調速系統(tǒng)位置隨動系統(tǒng)

六、前續(xù)課：電路、模電、數電、自動控制原理、電機與電力拖動2020年9月28日4七、課程要求：1上課認真聽講，要求記筆記2課后認真完成作業(yè)八、考試方式：卷面70分、平時30分（出勤10分+作業(yè)及小考10分+課堂表現10分）九、參考教材：

晶閘管變流技術西安交通大學黃俊主編晶閘管變流技術莫正康編電機與電力拖動林瑞光主編理論40學時2.5學分實驗12學時0.5學分2020年9月28日5緒論2020年9月28日6什么是電力電子技術？應用于電力領域的電子技術。利用電力電子器件把電能進行變換和控制的技術。目前工業(yè)應用中還是以晶閘管為主。主要研究功率半導體器件的應用技術。橫跨電力、電子、控制三門領域，使電子進入強電領域，是強電、弱電的橋梁。電子技術分為：信息電子技術—弱電即電子領域。屬信息處理電力電子技術—應用于電力領域屬強電，屬電能的控制電力電子技術包括電力電子器件制造技術和電力電子應用技術（變流技術）。電力電子技術2020年9月28日7電力電子技術的發(fā)展1904年第一只電子管誕生。然后水銀整流器1947年貝爾實驗室發(fā)明了晶體管。1957年第一只晶閘管誕生。

快速晶閘管、逆導晶閘管、雙向晶閘管、可關斷晶閘管。8000V、6000A新型半導體器件：GTR（大功率晶體管）、GTO（可關斷晶閘管）、MOSFET功率場效應晶體管、IGBT（絕緣柵門極晶體管）、MCT（MOS晶閘管）電力電子技術2020年9月28日8電力電子技術的應用可控整流將交流電變?yōu)榭煽刂绷麟娊涣鳌绷?020年9月28日9電力電子技術的應用逆變高壓直流輸電不間斷電源逆變：將直流電變?yōu)榻涣麟?。有源逆變：將直流電逆變?yōu)榕c電網同頻率的交流電回送電網。主要用于直流高壓輸電及繞線式異步電動機的串級調速。無源逆變：將直流電逆變?yōu)榻涣麟娭苯庸┙o負載應用的過程。

直流→交流2020年9月28日10電力電子技術的應用交流調壓將固定的交流電變?yōu)榭烧{的交流電交流→交流2020年9月28日11電力電子技術的應用變頻將頻率固定的交流電變?yōu)轭l率可調的交流電2020年9月28日12電力電子技術的應用變頻交流→交流2020年9月28日13電力電子技術的應用直流斬波將固定的直流電變?yōu)榭烧{的直流電直流→直流2020年9月28日14小結電力電子技術電力電子技術的發(fā)展電力電子技術的應用2020年9月28日15第一章晶閘管2020年9月28日16晶閘管的外形小電流塑封式小電流螺旋式大電流螺旋式大電流平板式圖形符號2020年9月28日17晶閘管的外形KP螺旋式2020年9月28日18晶閘管的外形平板式2020年9月28日19晶閘管的散熱片自冷式風冷式水冷式2020年9月28日20晶閘管的散熱片水冷式風冷式自冷式2020年9月28日211.1晶閘管的結構與工作原理GP1N1N2N2P2AK2020年9月28日22晶閘管的結構P1N1P2N2AGKJ1J2J3GP1N1N2N2P2AK晶閘管是PNPN四層半導體結構。具有J1、J2、J3三個PN結。可用三個二極管或兩個三極管等效。2020年9月28日23晶閘管的等效電路(二極管等效電路)AKGJ1J2J32020年9月28日24晶閘管的等效電路(三極管等效電路)AP1N1P2N2GKJ1J2J32020年9月28日25晶閘管的等效電路(三極管等效電路)P2N2GKP1N1AJ1J2J3P2N1AKP1N1P2N1P2N2G2020年9月28日26晶閘管的表示符號KAGAAAKGG2020年9月28日27晶閘管的導通關斷條件實驗電路圖Ia:陽極電流Ig:門極電流Ua:陽極電壓Ug:門極電壓2020年9月28日28點擊進晶結構與工作原理.exe入仿真實驗電路圖2020年9月28日29晶閘管的導通實驗一實驗順序實驗時晶閘管條件實驗后燈的情況結論陽極電壓Ua門極電壓Ua1反向反向暗2反向零暗3反向正向暗晶閘管在反向陽極電壓作用下，不論門極為何種電壓，它都處于關斷狀態(tài)。2020年9月28日30晶閘管的導通實驗二實驗順序實驗時晶閘管條件實驗后燈的情況結論陽極電壓Ua門極電壓Ua1正向反向暗2正向零暗3正向正向亮晶閘管同時在正向陽極電壓與正向門極電壓作用下才能導通。2020年9月28日31晶閘管導通后的實驗（原來燈亮——關斷實驗）實驗順序實驗時晶閘管條件實驗后燈的情況結論陽極電壓Ua門極電壓Ua1正向反向亮2正向零亮3正向正向亮已導通的晶閘管在正向陽極電壓作用下，門極失去控制作用。2020年9月28日32晶閘管導通后的關斷實驗（原來燈亮）實驗順序實驗時晶閘管條件實驗后燈的情況結論陽極電壓Ua門極電壓Ua1正向（逐漸減小到接近于零）任意暗晶閘管在導通狀態(tài)時，當Ea減小到接近于零時，晶閘管關斷。2020年9月28日33晶閘管的導通關斷條件導通條件：

除陽極加正向電壓，必須同時在門極與陰極之間加一定的門極正向電壓，有足夠的門極電流。維持導通條件：陽極電流大于維持電流IH關斷條件：

陽極電流小于維持電流IH如何關斷導通的晶閘管減小外電路的電源，或是增大電路中的負載。2020年9月28日34AGKP1N1P2N1P2N2晶閘管的觸發(fā)原理2020年9月28日35有關晶閘管的幾個名詞觸發(fā)：當晶閘管加上正向陽極電壓后，門極加上適當的正向門極電壓，使晶閘管導通的過程稱為觸發(fā)。維持電流IH：維持晶閘管導通所需的最小陽極電流。正向阻斷：晶閘管加正向電壓未超過其額定電壓，門極未加電壓的情況下，晶閘管關斷。硬開通：給晶閘管加足夠的正向陽極電壓，即使晶閘管未加門極電壓也會導通的現象叫硬開通。反向阻斷：當晶閘管加反向陽極電壓時，晶閘管不會導通。2020年9月28日361.2晶閘管陽極伏安特性2020年9月28日37結論晶閘管門極斷開時，陽極電壓升到足夠高時，會使晶閘管導通稱作“硬開通”多次會損壞管子，晶閘管不充許這樣工作。晶閘管是一種理想的無觸點功率開關。只能穩(wěn)定地工作在“導通”和“關斷”兩個狀態(tài)，沒有中間狀態(tài)。用很少的門極電流控制很大的陽極電流。阻斷時漏電流小，導通時壓降小。要關斷已經導通的晶閘管，必須使陽極電流小于維持電流。測量（1）陽極與陰極、陽極與門極間的正反向電阻都應在數百千歐以上。（2）門極與陰極間的電阻通常為幾十到幾百歐，因元件內部有旁路電阻，通常正反向阻值相差很小。（3）測門極與陰極間的電阻不能用萬用表的高阻檔，以防表內高壓電池擊穿門極的PN結。（4）元件能否可靠觸發(fā)導通，用電源、電燈，晶閘管串聯，當門極和陽極接觸一下燈亮，則管子是可觸發(fā)導通的。晶閘管陽極伏安特性2020年9月28日381.額定電壓1.3晶閘管的主要參數通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。1)

斷態(tài)重復峰值電壓UDRM——正向折轉電壓的80%2)

反向重復峰值電壓URRM——反向折轉電壓的80%3)

通態(tài)（峰值）電壓UTM——額定電流管壓降峰值2020年9月28日39晶閘管的主要參數2晶閘管的額定通態(tài)平均電流（額定電流）IT(AV)

在規(guī)定的條件下,工頻正弦半波的通態(tài)電流在一個整周期的平均值。額定電流的平均值為：額定電流的有效值為:

電流的有效值是從電流的熱效應來考慮的，是電流的平方在時間積累效應上的平均效果2020年9月28日40負載電流波形系數為流過晶閘管的電流波形系數為在額定情況下波形系數為3門極觸發(fā)電流和門極觸發(fā)電壓4通態(tài)平均電壓5維持電流和掣住電流

使晶閘管維持導通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安，與結溫有關。結溫越高，則IH越小。2020年9月28日41有關晶閘管的幾個特性總結晶閘管是一種大功率器件.只有導通和關斷兩種狀態(tài).晶閘管具有可控單向導電性。晶閘管正向導通壓降為1V左右。晶閘管一旦導通，門極將失去控制作用。導通后流過晶閘管的電流由主電路電源和負載來決定。晶閘管導通和關斷的條件2020年9月28日42例題如圖，陽極電流為交流電壓，門極在t1瞬間合上開關Q，t4時刻開關Q斷開，求電阻上的電壓波形ud。QEgUgIaUaU2RdUd2020年9月28日43QEgUgIaUaU2RdUdU2UgUdtttt1t2t3t42020年9月28日44總結1、晶閘管有哪些應用？2、晶閘管的結構和等效電路？3、晶閘管的導通關斷條件？4、晶閘管的特性及特點2020年9月28日45絕緣門極晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor)IGBT1982年研制，第一代于1985年生產，主要特點是低損耗，導通壓降為3V，下降時間0.5us，耐壓500—600V，電流25A。第二代于1989年生產，有高速開關型和低通態(tài)壓降型，容量為400A/500—1400V，工作頻率達20KHZ。目前第三代正在發(fā)展，仍然分為兩個方向，一是追求損耗更低和速度更高；另一方面是發(fā)展更大容量，采用平板壓接工藝，容量達1000A/4500V；命名為IEGT（InjectionEnhancedGateTransistor)2020年9月28日46工作頻率：20KHZ應用廣泛2020年9月28日47絕緣門極雙極型晶體管IGBT

圖2.18IGBT符號、電路及特性ICVCEVGE=0VGE1VGE2VGE3VRM0(c)輸出特性正向阻斷區(qū)VGE增加VBRIcVGEVGEth(d)轉移特性(a)符號ICGECGCEVgVSR(b)電路RdrRbrT2T1IC