第2章 变频器常用电力电子器件.
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1、变频器原理与应用（第3版）第2章第二章 变频器常用电力电子器件 2.1 功率二极管（D） 功率二极管的内部是P-N或P-I-N结构 ，图示为功率二极管的电路符号和外形。 a) b) c) 图2-1 功率二极管的符号和外形 a) 功率二极管的符号 b) 螺旋式二极管的外形 c) 平板式二极管的外形变频器原理与应用（第3版）第2章 2. 伏安特性 功率二极管的阳极和阴极间的电压和流过管子的电流之间的关系称为伏安特性，其伏安特性曲线如图所示。 正向特性：当从零逐渐增大正向电压时，开始阳极电流很小，当正向电压大于0.5V时，正向阳极电流急剧上升，管子正向导通。 反向特性：当二极管加上反向电压 时，起始
2、段的反向漏电流也很小，而且 随着反向电压增加，反向漏电流只略有 增大，但当反向电压增加到反向不重复 峰值电压值时，反向漏电流开始急剧增 加。 变频器原理与应用（第3版）第2章 2.1.2 2.1.2 主要参数主要参数1. 额定正向平均电流IF 在规定的环境温度和标准散热条件下，元件所允许长时间连续流过50Hz正弦半波的电流平均值。 2. 反向重复峰值电压URRM 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URSM的80%称为反向重复峰值电压URRM。 3. 正向平均电压UF 在规定环境温度和标准散热条件下，元件通过50Hz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
3、变频器原理与应用（第3版）第2章 2.1.3 2.1.3 功率二极管的选用功率二极管的选用 1. 选择额定正向平均电流IF 的原则 IDn = 1.57 IF =(1.52) IDM 2. 选择额定电压URRM 的原则 URRM =（23）UDM 57. 1)25 . 1 (DMFII变频器原理与应用（第3版）第2章 2.1.2.1.4 4 功率二极管的分类功率二极管的分类 功率二极管一般分为三类： (1)标准或慢速恢复二极管； (2)快速恢复二极管； (3)自特基二极管。变频器原理与应用（第3版）第2章 2.2 2.2 晶闸管（晶闸管（SCRSCR） 2.2.1 2.2.1 晶闸管的结构晶闸
4、管的结构 晶闸管是四层（P1N1P2N2）三端（A、K、G）器件，其内部结构和等效电路如图所示。 a) b) c) 图2-3 晶闸管的内部结构及等效电路 a) 芯片内部结构 b) 以三个PN结等效 c) 以互补三极管等效变频器原理与应用（第3版）第2章晶闸管的外形及符号晶闸管的外形及符号 a) b) c) 图2-4 晶闸管的外形及符号 a) 晶闸管的符号 b）螺栓式外形 b）带有散热器平板式外形变频器原理与应用（第3版）第2章 2.2.2 晶闸管的导通和关断控制晶闸管的导通和关断控制 晶闸管的导通控制： 在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的门极和阴极间也加正向电压形成触发电流，即可使晶
5、闸管导通。导通的晶闸管的关断控制： 令门极电流为零，且将阳极电流降低到一个称为维持电流的临界极限值以下。 变频器原理与应用（第3版）第2章 2.2.3 晶闸管的阳极伏安特性晶闸管的阳极伏安特性 晶闸管的阳极与阴极间的电压和阳极电流之间的关系，称为阳极伏安特性。 图2-5 晶闸管的阳极伏安特性 变频器原理与应用（第3版）第2章 2.2.4 晶闸管的参数晶闸管的参数 1. 正向断态重复峰值电压DRM 2. 反向重复峰值电压RRM 3. 通态平均电压T(AV) 4. 晶闸管的额定电流T(v) 5. 维持电流H 6. 擎住电流L 变频器原理与应用（第3版）第2章2.2.5 晶闸管的门极伏安特性及主要参
6、数晶闸管的门极伏安特性及主要参数 1. 门极伏安特性 门极伏安特性是指门极电压与电流的关系，晶闸管的门极和阴极之间只有一个PN结，所以电压与电流的关系和普通二极管的伏安特性相似。门极伏安特性曲线如图2-6所示。 图2-6变频器原理与应用（第3版）第2章 2. 门极主要参数门极主要参数 （1）门极不触发电压）门极不触发电压GD和门极不触发电流和门极不触发电流GD （2）门极触发电压）门极触发电压GT和门极触发电流和门极触发电流GT （3）门极正向峰值电压）门极正向峰值电压GM、门极正向峰值电流、门极正向峰值电流 GM和门极峰值功率和门极峰值功率GM变频器原理与应用（第3版）第2章 2.2.6 2
7、.2.6 晶闸管触发电路晶闸管触发电路1.1.晶闸管对触发电路的要求晶闸管对触发电路的要求 触发脉冲应具有足够的功率和一定的宽度；触发脉冲应具有足够的功率和一定的宽度； 触发脉冲与主电路电源电压必须同步；触发脉冲与主电路电源电压必须同步； 触发脉冲的移相范围应满足变流装置提出的要求。触发脉冲的移相范围应满足变流装置提出的要求。2. 触发电路的分类触发电路的分类 依控制方式可分为相控式、斩控式触发电路；依控制方式可分为相控式、斩控式触发电路； 依控制信号性质可分为模拟式、数字式触发电路；依控制信号性质可分为模拟式、数字式触发电路； 依同步电压形成可分为正弦波同步、锯齿波同步触发电路等。依同步电压
8、形成可分为正弦波同步、锯齿波同步触发电路等。 变频器原理与应用（第3版）第2章 2. 2. 触发电路的分类触发电路的分类 触发电路可按不同的方式分类，依控制方式可分为相控式、斩控式触发电路；依控制信号性质可分为模拟式、数字式触发电路；依同步电压形成可分为正弦波同步、锯齿波同步触发电路等。 变频器原理与应用（第3版）第2章 2.2.7 2.2.7 晶闸管的保护晶闸管的保护 1.晶闸管的过电流保护 1) 快速熔断器保护 (见下图） 2）过电流继电器保护。过电流继电器可安装在交流侧或直流侧。 3）限流与脉冲移相保护。变频器原理与应用（第3版）第2章2. 2. 晶闸管过电压保护晶闸管过电压保护 晶闸管
9、过电压产生的原因主要有：关断过电压、操作过电压和浪涌过电压等。对过电压的保护方式主要是接入阻容吸收电路、硒堆或压敏电阻等。图2-8为交流侧接入阻容吸收电路的几种方法。硒堆或压敏电阻的联结方法与此相同。变频器原理与应用（第3版）第2章交流侧接入阻容吸收电路的几种方法交流侧接入阻容吸收电路的几种方法 图图2-82-8 变频器原理与应用（第3版）第2章 2.3 2.3 门极可关断晶闸管（门极可关断晶闸管（GTOGTO） 2.3.1 GTO的结构的结构 GTO的结构也是四层三端器件 a) b) 图2-9 GTO的结构与符号 a) GTO的结构剖面 b) 图形符号变频器原理与应用（第3版）第2章2.3.
10、2 2.3.2 GTOGTO的主要参数的主要参数 1. 1. 最大可关断阳极电流最大可关断阳极电流TOTO 通常将最大可关断阳极电流通常将最大可关断阳极电流TO作为作为GTOGTO的额定电流。的额定电流。2. 2. 关断增益关断增益off 关断增益关断增益off为最大可关断阳极电流为最大可关断阳极电流ATOATO与门极负电流与门极负电流最大值最大值GMGM之比，其表达式为之比，其表达式为 off ATO/GM offoff比晶体管的电流放大系数比晶体管的电流放大系数小得多，一般只有左小得多，一般只有左右。右。 变频器原理与应用（第3版）第2章 2.3.3 2.3.3 GTOGTO的门极控制的门
11、极控制 GTO桥式门极驱动电路的工作原理是：当V1与V2饱和导通时，形成门极正向触发电流，使GTO导通；当触发VT1、VT2这两只普通晶闸管导通时，形成较大的门极反向电流，使GTO关断。 GTO桥式门极驱动电路 变频器原理与应用（第3版）第2章 2.3.4 GTO的缓冲电路的缓冲电路 图2-13 GTO斩波器及其保护电路 图中R、L为负载，VD为续流二极管， LA是GTO导通瞬间限制didt的电感。RsCs和VDs组成了缓冲电路。 GTO的阳极电路串联一定数值的电感L来限制didt 。变频器原理与应用（第3版）第2章 2.4 2.4 功率晶体管（功率晶体管（GTRGTR） 2.4.1 2.4.
