变频调速技术与应用第2章.ppt

第2章常用电力电子器件介绍及选择 内容提要与学习要求 掌握晶闸管的结构、工作原理及测试方法。了解各种常用电力电子器件的原理及应用特点。了解智能电力模块及其应用。 2．1晶闸管的结构原理及测试 晶闸管是硅晶体闸流管的简称，包括普通晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管和快速晶闸管等。普通晶闸管又叫可控硅，常用SCR表示，国际通用名称为Thyristor，简称为TY。 1．普通晶闸管的结构 晶闸管是一种4层（P1、N1、P2、N2）3端（A、G、K）大功率半导体器件，它有3个PN结：J1、J2、J3其外形有平板形和螺栓形，3个引出端分别叫做阳极A阴极K和门极G，门极又叫控制极。晶闸管的图形符号见图2．l（C）所示。 2．晶闸管的工作原理 晶闸管是4层3端器件，有J1、J2、J33个PN结，如果把中间的N1和P2分为两部分，就构成一个NPN型晶体管和一个PNP型晶体管的复合管，见图所示。 晶闸管具有单向导电特性和正向导通的可控性。需要导通时必须同时具备以下两个条件： （1）晶闸管的阳极一阴极之间加正向电压。 （2）晶闸管的门极一阴极之间加正向触发电压，且有足够的门极电流。 晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管从关断变为导通，必须使承受反向电压的PN给失去阻断作用。 见图22（C），每个晶体管的集电极电流是另一个晶体管的基极电流。两个晶体管相互复合，当有足够的门极电流入时，就会形成强烈的正反馈，即 两个晶体管迅速饱和导通，即晶闸管他和导通。 若使晶闸管关断，应设法使晶闸管的阳极电流减小到维持电流以下。 3．晶闸管的主要参数 （1）额定电压UTn在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM，一般规定此电压为正向不重复峰值电压UDSM的80％；在控制极断路时，可以重复加在品闸管两端的反向峰值电压称为反向重复峰值电压URRM，此电压取反向不重复峰值电压URSM的80％。 晶闸管的额定电压UTn取UDRM（正向重复峰值电压）和URRM（反向重复峰值电压）的较小值且靠近标准电压等级所对应的电压值。 （2）额定电流IT（AV） 晶闸管的额定电流IT（AV）是指在环境温度为十40℃和规定的散热条件下，晶闸管在电阻性负载的单相、工频（ 50H幻、正弦半波（导通角不小于170°的电路中，结温稳定在额定值 125℃时所允许的通态平均电流。 （3）通态平均电压UT(AV)；。通态平均电压UT(AV)是指在额定通态平均电流和稳定结温下，晶闸管阳、阴极间电压的平均值，一般称为管压降。其范围在0.6－1.2V之间。 （4）维持电流IH；和擎住电流IL 在室温且控制极开路时，能维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流IH。维持电流大的晶闸管容易关断。给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转为导通状态时就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为擎住电流IL。对同一晶闸管来说，擎住电流入要比维持电流人大2－4倍。 （5）门极触发电流IGT。门板触发电流IGT ，是指在室温且阳极电压为6V直流电压时，使品闸管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。 （6）门极触发电压UGT。门极触发电压UGT是指对应于门极触发电流时的门极触发电压。对于晶闸管的使用者来说，为使触发器适用于所有同型号的晶闸管，触发器送给门极的电压和电流应适当地大于所规定的UGT和IGT上限，但不应超过其峰值IGFM和UGFM。门极平均功率Pc和峰值功率（允许的最大瞬时功率）PGM也不应超过规定值。 （7）断态电压临界上升率du／dt。把在额定给温和门极断路条件下，使器件从断态转人通态的最低电压上升率称为断态电压临界上升率du／dt。 （8）通态电流临界上升率di／dt。把在规定条件下，由门板触发晶闸管使其导通时，晶闸管能够承受而不导致损坏的通态电流的最大上升率称为通态电流临界上升率di／dt。晶闸管所允许的最大电流上升率应小于此值。 4.普通晶闸管的型号 按国家标准 JB1144－1975规定，国产普通晶闸管型号中各部分的含义如下： 例如，KP100-12G表示额定电流为100A，额定电压为1200V，管压降为1V的普通晶闸管。 5．普通晶闸管的选择原则 （1）选择额定电流IT(AV)的原则。在规定的室温和冷却条件下，只要所选管子的额定电流有效值大于等于管子在电路中实际通过的最大电流有效值IT即可。考虑元件的过载能力，实际选择时应有l．5－2倍的安全裕量。其计算公式为： 式中， IT为电路中实际可能流过的最大电流有效值。然后取