電力電子技術(shù)教案講稿

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：___________________________________

開課教研室：自控教研室

開課學(xué)期：20xx?20xx學(xué)年度第一學(xué)期

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案

課題名稱緒論、§1.1電力電子器件概述、§1.2電力二極管

課次第（1）次課課時2

課型理論（Y）；實(shí)驗(yàn)（）；實(shí)習(xí)（）；、實(shí)務(wù)（）；習(xí)題課（）；討論（）；其他（）

了解本課程的基本內(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

教學(xué)目標(biāo)發(fā)展、應(yīng)用和分類。了解電力二極管的工作原理、基本特性和主要參數(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)：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

重點(diǎn)、難點(diǎn)及

作特性

解決方法

難點(diǎn)：晶閘管的雙晶體管理論

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)的發(fā)展史

4、電力電子技術(shù)的應(yīng)用

二、電力電子器件概述

教學(xué)基本內(nèi)容1、電力電子器件

與教學(xué)設(shè)計2、電力電子器件的分類

三、電力二極管

1、工作原理；2、基本特性；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

參考資料電力電子技術(shù)浣喜明高等教育出版社2004.08

學(xué)習(xí)效果評測

課外學(xué)習(xí)

指導(dǎo)安排

教學(xué)后記

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教學(xué)內(nèi)容備注

一、緒論

1、本課程在專業(yè)課學(xué)習(xí)中的作用和地位組織上課（2

供電一變流一系統(tǒng)分鐘）

專業(yè)基礎(chǔ)課：電路原理、電子技術(shù)、電機(jī)拖動、變流、自控原理、PLC等

專業(yè)課：電力傳動控制系統(tǒng)、供電、DCS、檢測技術(shù)

2、電力電子技術(shù)的概念理論教學(xué)（43

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分鐘）

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。（ACfDC畬

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。（DC9AC，）

3）斬波器：把固定直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)直流電壓。（DCfDCQ

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玲AC⑦

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)的發(fā)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)晶體管（電力MOSFET）

3）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（PIC）

4、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、由力由千器件的分類

按照電力電子器件控制電路信號的程度分：

＞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）：

按照控制信號的性質(zhì)分：

＞電流驅(qū)動型：GTR、GTO

＞電壓驅(qū)動型：電力MOSFET、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

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教學(xué)內(nèi)容備注

三、電力二極管

1、工作原理：與普通二極管相同復(fù)習(xí)相關(guān)知識

2、基本特性：靜態(tài)特性和動態(tài)特性（5分鐘）

3、主要參數(shù)：

正向平均電流耳3，,、正向壓降區(qū)、反向重復(fù)峰值電壓UR1M等

四、晶閘管

1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：四層三端半導(dǎo)體器件理論教學(xué)（40

晶閘管是一種大功率的四層三端半導(dǎo)體器件。分鐘）

四層：由P、N、P、N四層半導(dǎo)體組成，依次構(gòu)成三個PN結(jié)。

三端：有三個接線端子（電極），即陽極A、陰極K、門極G

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和符號如圖所示

白

G—G

O—P2

符號

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、更換比較麻煩。

3、基本特性：

靜態(tài)特性：

＞“晶閘管導(dǎo)通條件：應(yīng)同時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：①陽極電壓減小到零或加反向電壓。

②增大回路負(fù)載電阻。

＞晶閘管導(dǎo)通以后門極失去作用。

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課題名稱§1.3晶閘管

課次第（2）次課課時2

課型理論（V）；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)、難點(diǎn)及

重點(diǎn)：晶閘管的工作原理、工作特性和主要參數(shù)

解決方法

晶閘管的伏安特性

晶閘管的主要參數(shù)

/額定電壓幾

/額定電流I.）

教學(xué)基本內(nèi)容一門極觸發(fā)電流珀和門極觸發(fā)電壓UCT

與教學(xué)設(shè)計/通態(tài)平均電壓UTGW）

/維持電流1“與掣住電流L.

（平均值、有效值、波形系數(shù)的計算）

晶閘管的型號

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

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學(xué)習(xí)效果評測主要內(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

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教學(xué)內(nèi)容備注

1、晶閘管的結(jié)構(gòu):四層三端半導(dǎo)體器件

2、晶閘管的外形組織上課，點(diǎn)

3、基本特性：名（2分鐘）

復(fù)習(xí)（5分鐘）

.A

正向特性

理論教學(xué)（33

分鐘）

反向特性

晶閘管的伏安特性

圖中：

UBO---正向轉(zhuǎn)折電壓

uDSM一一正向阻斷不重復(fù)峰值電壓

UDRM---正向阻斷重復(fù)峰值電壓；等于90%UDSM

URO——反向擊穿電壓

URSM——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、動態(tài)參數(shù)；

（平均值、有效值、波形系數(shù)的計算）

1）晶閘管的額定電壓Uw

＞晶閘管的額定電壓如是取Ik”和URR”中較小的一個。

＞選擇晶閘管的額定電壓時應(yīng)考慮安全余量（2?3倍），即選實(shí)際工作時

最大電壓的2?3倍。

2）晶閘管的額定電流

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

波形在一個周期內(nèi)的平均值

1，兀Tm

Li=——[Imsincotd(a)t)=一

2兀TC

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教學(xué)內(nèi)容備注

有效值，即為“方均根”

JQ-j(Insin69/)?

波形系數(shù)：有效值與平均值之比為波形系數(shù)。

kf=—=1.51理論教學(xué)（50

Id分鐘）

注意：Id、LT>IT觸及I、IT、品的區(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

ITGW：晶閘管的額定電流ITH：晶閘管的額定電流有效值

（舉例）

3）門極觸發(fā)電流珀和門極觸發(fā)電壓UCT

在室溫下，晶閘管施加6V正相陽極電壓時，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，對應(yīng)于門極觸發(fā)電流時的門極（觸發(fā)）電

壓，稱為門極觸發(fā)電壓。

4）通態(tài)平均電壓小惻）

晶閘管通以額定電流時，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1“與掣住電流。

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I,.:晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)，并且移除觸發(fā)信號后能維持通態(tài)所

必須的最小電流。一般1產(chǎn)（2?4）必

5、型號

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課題名稱§1.4全控型電力電子器件

課次第（3）次課課時2

課型理論3）；實(shí)驗(yàn)（）；實(shí)習(xí)（）；、實(shí)務(wù)（）；習(xí)題課（）；討論（）；其他（）

認(rèn)識典型全控型器件，如GTO、GTR、IGBT等，重點(diǎn)掌握器件的工作特性

教學(xué)目標(biāo)

和主要參數(shù)

重點(diǎn)、難點(diǎn)及

重點(diǎn)：器件的工作原理、工作特性和主要參數(shù)。

解決方法

一、門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）

1、結(jié)構(gòu)和工作原理

2、GTO的動態(tài)特性

3、GTO的主要參數(shù)

二、電力晶體管（GTR）

1、結(jié)構(gòu)和工作原理

2、GTR的基本特性：靜態(tài)特性和動態(tài)特性

教學(xué)基本內(nèi)容3、GTR的主要參數(shù)

與教學(xué)設(shè)計三、IGBT

1、IGBT的結(jié)構(gòu)和工作原理

2、IGBT的基本特性：靜態(tài)特性和動態(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

參考資料電力電子技術(shù)浣喜明高等教育出版社2004.08

學(xué)習(xí)效果評測

課外學(xué)習(xí)

指導(dǎo)安排

教學(xué)后記

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教學(xué)內(nèi)容備注

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。組織上課，點(diǎn)

＞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)名（2分鐘）

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,三端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。人GTO（30分鐘）

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)信號后可使GTO觸發(fā)導(dǎo)通。G[內(nèi)容主要以自

學(xué)為主

因此，通過門極加正觸發(fā)信號使GTO觸發(fā)導(dǎo)通，通過門K

極加負(fù)觸發(fā)信號使GTO關(guān)斷。5GFOc的付號號

2.GTO的主要特性

GTO的陽極伏安特性與普通晶閘管相似

GTO的動態(tài)特性如圖所示，由圖可以看出，GTO的開通時間卻包括延遲

時間力和上升時間小其大小取決于器件特性、門極電流上升率以及門極信

號的幅值大小。GTO的關(guān)斷過程包含三個時間區(qū)間，即存儲時間（、下降時

間左和尾部時間小其中存儲時間小和下降時間"的和定義為關(guān)斷時間卻r。

3.GTO的主要參數(shù)

GTO的基本參數(shù)與普通晶閘管大多相同，不同的主要參數(shù)敘述如下：

（1）最大可關(guān)斷陽極電流“TO

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)斷增益凡

為最大可關(guān)斷陽極電流〃1n與門極最大負(fù)電流4M之比。4“表示GTO的

關(guān)斷能力，人.值越大，說明門極電流對陽極電流的控制能力愈強(qiáng)。

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教學(xué)內(nèi)容備注

二、電力晶體管(GTR)

＞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內(nèi)容主要以自

晶體管(BJT)o學(xué)為主

＞具有控制方便、開關(guān)時間短、通態(tài)壓降低、高頻特性好等優(yōu)點(diǎn)；

＞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。GTR（30分鐘）

1、結(jié)構(gòu)和工作原理

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。

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)脑鲆妗⑤^高的開關(guān)速度和

較低的功率損耗等，因此在GTR的制造基極B

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由兩個或多個晶體管復(fù)合而成，可以是

PNP型也可以是NPN型，其性質(zhì)由驅(qū)動管決定。與單管GTR相比，達(dá)林頓GTR

提高了電流增益，但飽和壓降增加，且開關(guān)時間增加。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R、Rz、加速二極管VDi和續(xù)流二極管VDz等制

作在一起。

3)GTR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，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的動態(tài)特性主要指開關(guān)特

性。GTR的開通時間心、關(guān)斷時間3

及集電極電壓上升率d“/df是動態(tài)過

程中的重要參數(shù)。一般開通時間比關(guān)

斷時間短，容量越大，開關(guān)時間也越

長，但仍比快速晶閘管短。為了抑制過高的d〃/df對GTR的危害，使用時可

在集-射極之間并聯(lián)阻容緩沖電路。

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教學(xué)內(nèi)容備注

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)最高電壓額定值

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。下圖所示為GTR的不同接線

方式，對應(yīng)的最高電壓額定值用BUg、B%、表示,

一般情況下：

BU皿>BUg>BUg>B%>BUg

BUCEOBUGS8〃CER^^CEX^^CBO

GTR的不同接線方式

在GTR產(chǎn)品目錄中BUg作為電壓額定值給出，實(shí)際應(yīng)用時必須考慮一

定的裕量，GTR的電壓額定應(yīng)滿足

>(2?3)4

式中U、,為GTR實(shí)際承受的最高電壓。

(2)最大電流額定值/a,

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，則要求基極注入

的電流大，這將會使GTR的電氣性能變差，甚至損壞器件。因此在實(shí)際應(yīng)用

電路中，為了確保使用的安全與穩(wěn)定，GTR的最大電流額定值應(yīng)滿足

7CM>(2?3)/(2，

式中G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《表示，通常取

/BM=(1/2~1/6)/CMO

(3)最大散耗功率

最大散耗功率是指GTR在最高允許結(jié)溫時所對應(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。

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教學(xué)內(nèi)容備注

三、IGBT

＞IGBT是一種復(fù)合型器件。內(nèi)容主要以自

＞它將MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)集于一身，既具有輸入阻抗高、工作速度學(xué)為主

快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動電流小等優(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GTRo

1.IGBT的結(jié)構(gòu)及工作原理

IGBT是在功率MOSFET的基礎(chǔ)上增加了一個P一層發(fā)射極，形成PN結(jié)J”

并由此引出集電極C,柵極G和發(fā)射極E。

IGBT（30分鐘）

IGBT示意圖

a）IGBT結(jié)構(gòu)剖面圖b）N-1GBT的等效電路c）圖形符號

IGBT的開通和關(guān)斷是由柵極電壓來控制的。

柵極施以正電壓時,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，從P區(qū)注入到N一區(qū)的空穴對V區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，

減小N區(qū)的電阻Rd”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，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4與集射極電壓Ue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)通時管壓降一般為2~5V。IGBT輸

出特性的特點(diǎn)是集電極電流4由柵射極電壓UGE控制，UGE越大4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對集電極電流的控制關(guān)系。在

大部分范圍內(nèi)，L與UCE呈線性關(guān)系，只有當(dāng)UGE接近開啟電壓。加田）時才呈

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/.得限制，最佳值

為4E=15V。

2）IGBT的動態(tài)特性也稱開關(guān)特性，包括開通和關(guān)斷兩個部分。

IGBT的的開通時間g由開通延遲時間乙岫和電流上升時間f,兩部分組

成，通常開通時間為（0.5?1.2）距。

開通延遲時間小/是指從驅(qū)動電壓上正上升到其幅值電壓的10%的時刻

起，到集電極電流升到其幅值的10%的時刻止的這段區(qū)間；

上升時間。：集電極電流從其幅值的10%升高到其幅值的90%所需的時間

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

間卻丁也是由關(guān)斷延遲時間心血和電流下降時間"兩部分組成。

關(guān)斷延遲時間4的：是指從驅(qū)動電壓UGE下降到其幅值電壓的90%的時刻

起，到集電極電流降到其幅值的90%的時刻為止的這段區(qū)間；

下降時間.：是指集電極電流從其幅值的90%降低到其幅值的10張所需的

時間。

在下降時間.內(nèi)，集電極電流的波形分為小和t位兩段，5對應(yīng)于IGBT

內(nèi)部MOSFET的關(guān)斷過程，在這段時間內(nèi)集電極電流下降較快；幾對應(yīng)于IGBT

內(nèi)PNP晶體管的關(guān)斷過程。通常關(guān)斷時間為（0.551.5）*。

3.IGBT的主要參數(shù)

（1）集射極擊穿電壓8。?是由器件內(nèi)部的PNP晶體管所能承受的擊

穿電壓確定的，它決定了IGBT的

最高工作電壓。

（2）開啟電壓/則是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)壓降皿通態(tài)壓

降"BM決定了通態(tài)損耗，通常

IGBT的通態(tài)壓降為2?3V。

（4）最大柵射極電壓.

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)電流人和峰

值電流G集電極流過的最大連

續(xù)電流（即為IGBT的額定電流，

在不超過額定結(jié)溫的情況下，通常

峰值電流大為額定電流的2倍左

右。

4.IGBT的鎖定效應(yīng)

當(dāng)集電極電流L大到一定程度時，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)。因人過大而產(chǎn)生的鎖定效應(yīng)稱為靜態(tài)鎖定。止匕外，在關(guān)斷過

程中由于版3/也過大而產(chǎn)生的鎖定效應(yīng)稱為動態(tài)鎖定，這種現(xiàn)象在負(fù)載為電

感性時更容易發(fā)生。

為了避免IGBT發(fā)生鎖定現(xiàn)象，必須規(guī)定集電極最大電流/6，由于動態(tài)

鎖定所允許的集電極電流比靜態(tài)鎖定時要小，所以廠家所規(guī)定的幾值是根

據(jù)避免動態(tài)鎖定而確定的。在設(shè)計時要考慮一定的安全裕量，以保證電流不

超過小。

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案

課題名稱單相可控整流電路

課次第（4、6、9）次課課時6

課型理論（Y）；實(shí)驗(yàn)（）；實(shí)習(xí)（）；、實(shí)務(wù)（）；習(xí)題課（）；討論（）；其他（）

熟悉各種單相可控整流電路，明白負(fù)載性質(zhì)對整流電路性能的影響；掌握

教學(xué)目標(biāo)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、平均值的計算；

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

重點(diǎn)、難點(diǎn)及

的計算；

解決方法

難點(diǎn)：不同負(fù)載整流電路波形分析

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、電壓電流計算）

三、單相全控整流電路

教學(xué)基本內(nèi)容

電阻性負(fù)載、大電感性負(fù)載、反電動勢負(fù)載

與教學(xué)設(shè)計

（電路圖、工作原理、波形分析、電壓電流計算）

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

參考資料電力電子技術(shù)浣喜明高等教育出版社2004.08

學(xué)習(xí)效果評測作業(yè)、上課提問、測驗(yàn)方式

課外學(xué)習(xí)

晚自習(xí)輔導(dǎo)答疑

指導(dǎo)安排

教學(xué)后記

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院講稿

教學(xué)內(nèi)容備注

一、單相半波可控整流電路

（-）電阻性負(fù)載組織上課，點(diǎn)名

1、電路圖（2分鐘）

理論教學(xué)（45分

鐘）

機(jī)動（3分鐘）

2、整流原理

（1）晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)

此時必須滿足：a..為正半波（正向陽極電壓）。

b.有觸發(fā)脈沖（正向門極電壓）。

晶閘管導(dǎo)通時有如下關(guān)系:Ud=u2,uT=0,id=Ud/Rd

（2）晶閘管截止?fàn)顟B(tài)

共有以下兩種情況：

a.*為正但無觸發(fā)脈沖。

b./為負(fù)。

此時有如下關(guān)系：比=0,

id=ujRd=O,uT=u2

3、波形分析：根據(jù)如上分

析，可畫出波形如圖所示

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院講稿

教學(xué)內(nèi)容備注

4、兩個重要角度a和。

a：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a表示，稱

為控制角(或移相角)。

0：晶閘管在一個周期內(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U及Ud/U?與a的關(guān)系

Ud=—J'V2t/2sincotd(cot)=0.45”

.手2

6、有效電壓

2

U=V2t/2sinat)d(cot)=t/2^^-sin2?+^y^

7、平均電流、有效電流及波形系數(shù)

平均電流L：

,Ud?1+cos?Ui

Id-——=0.45-----------

Rd2Rd

有效電流I:,----------------

,Ut/21a

I=—=——、——sin2a+----

波形系數(shù)L：8RN4兀2/

心IJ;rsin2a+2;r(〃-a)

IdV2(l+cos?)

當(dāng)a=0時kf=l.57

8、變壓器二次側(cè)供給的有功功率、視在功率及功率因數(shù)

2

有功功率：P=IRd=UI

視在功率：S=U2I

功率因數(shù)：pin11n-----------h

a=0時，cos(|)最大為cos^=—=----=——=」——sin2a+―—―0.707

5U2IUiV4%2兀

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教學(xué)內(nèi)容備注

(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

出二UT+UCJ=UT+UL+UR

①當(dāng)O^cot<cot1

VT截止，ud=0,uT=u2,id=0

②當(dāng)cot=o)ti時

晶閘管開始導(dǎo)通；

③COti^CDt<COt2

VT導(dǎo)通,此時有：ud=U2,uT=0,

貓=‘仙+€”工(皿-必當(dāng)從零上升;

RdRddt

④st=o)t2時，id達(dá)到最大

@(Ot2<(Ot<(Ot3此時：U,i=u2，

ur==0,id逐漸下降

@(ot3<CDt<(ot1此時由于的作

用，繼續(xù)維持晶閘管導(dǎo)通，之正的

在減少，比負(fù)的在增大.ud=u2

⑦(Ot=(Otq此時6/=〃2晶閘管

關(guān)斷，id=0

⑧oot4VcotVcots晶閘管截止,Ud=0

uT=u2id=0

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院講稿

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教學(xué)內(nèi)容備注

二、單相全波可控整流電路

(-)電阻性負(fù)載組織上課，點(diǎn)

1、電路圖名(2分鐘)

VT1

理論教學(xué)(48

分鐘)

2、整流原理及波形分析

出正半波時可觸發(fā)導(dǎo)通

出負(fù)半波時可觸發(fā)VT2導(dǎo)通

波形如右圖所示cot

3、計算電壓、電流值

〃If”_//x八八〃1+8sa

Ud=-u2d(cof)=0.9(72-------------------

兀'a2

cot

〃TTn兀一a

U=UzJ——sin2a+-----

V2TT7T

cot

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教學(xué)內(nèi)容備注

（二）電感性負(fù)載

1、電路圖

2、整流原理及波形分析

①當(dāng)0。<aW90°時，每一個晶閘管導(dǎo)通半個周期。

②當(dāng)a=90°時（電感較大），此時山=0理論教學(xué)（48

③當(dāng)90°<?時，負(fù)載上得到斷續(xù)的電流波形，每個晶閘管的導(dǎo)通角為分鐘）

（2n-2a）,此時,Ud=0

結(jié)論：①單相全波可控整流電路負(fù)載為電感性負(fù)載時,移相范圍為（0。?90。）

②U“計算公式為

Ud=—「"V^C/2sincotd（a）t）=0.9U2cosa

7TJa

布置作業(yè)（2

分鐘）

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教學(xué)內(nèi)容備注

三、單相全控橋式整流電路

（-）電阻性負(fù)載組織上課，點(diǎn)名

1、電路圖（2分鐘）

_EVT1-XVT2

XZ3

U-

rVT44

§VT3Z理論教學(xué)（48分

鐘）

2、工作原理及波形分析.

VTNT,同時力口脈沖

VT2VT3同時力口脈沖

VT,VT,共陰極連接

VT；SVT,共陽極連接

3、計算公式

5=0.9/21+?"a

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教學(xué)內(nèi)容備注

（―）大電感性負(fù)載

1、電路圖

2、波形分析

理論教學(xué)（45分

鐘）

作業(yè)（5分鐘）

（三）反電動勢負(fù)載

1、電路圖

2、工作原理及波形

⑴只有|叫〉E時，觸發(fā)對應(yīng)的晶閘管才能使之導(dǎo)通，此時有與=旭|

_陷-E

d--------

Rd

⑵當(dāng)時晶閘管截止，此時

有s=E，Z）=0

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教學(xué)內(nèi)容備注

四、單相半控橋式整流電路

(-)大電感性負(fù)載

1、電路圖

2、工作原理及波形分析

(1)3為正半波時，V?承受正壓

a.VTi無脈沖時,ud=0組織上課，點(diǎn)

b.V7有脈沖時，uT1=0名(2分鐘)

(2)*為負(fù)半波時，VT?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

形如圖所示

3、電路的工作特點(diǎn)

晶閘管在觸發(fā)時刻換流理論教學(xué)(48

二極管則在電源過零時刻換流分鐘)

IIIIII

.Gt

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教學(xué)內(nèi)容備注

（二）大電感性負(fù)載接續(xù)流二極管時

1、電路圖

2、工作原理及波形分析

3電流值計算公式

晶閘管導(dǎo)通角&=兀-。理論教學(xué)（45

由波形圖可以得到分鐘）

9r,7i-a.

LIT=------Id—-----------Id

2萬2〃

作業(yè)（5分鐘）

J------Id'\7i—a,

IT=i=、-----Id

V21

OD2aa

IdD二—■Id=-Id=-Id

272萬71

ID=.l——=J一?Id

丫2萬V7C

續(xù)流二極管承受的最大反向電壓

為近5

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案

課題名稱三相半波可控整流電路

課次第（8）次課課時2

課型理論3）；實(shí)驗(yàn)（）；實(shí)習(xí)（）；、實(shí)務(wù)（）；習(xí)題課（）；討論（）；其他（）

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

教學(xué)目標(biāo)

角時的工作情況分析；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；

解決方法難點(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)基本內(nèi)容

與教學(xué)設(shè)計

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

參考資料電力電子技術(shù)浣喜明高等教育出版社2004.08

學(xué)習(xí)效果評測作業(yè)、上課提問、測驗(yàn)方式

課外學(xué)習(xí)

晚自習(xí)輔導(dǎo)答疑

指導(dǎo)安排

教學(xué)后記

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院講稿

教學(xué)內(nèi)容備注

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=■\Flu24incot

Z1L____

<UD=Cu24in(a>t—\26)

ts

U-回j2</)SiM3t+12(1)

UAUliUc畫法理論教學(xué)（45分

UABUBCUCAUBAUCBUACffll法鐘）

(一)電阻性負(fù)載

1、電路圖

晶閘管共陰極連接

2、工作原理及波形分析

（1）a=0的點(diǎn)是對應(yīng)的自然換流點(diǎn)

（2）波形分析如下

a.0°<aW30°時

Ud=l.17U4cosa

b.30°<aW150°時

口=1.17"木。哈+3。)

.?.移相范圍（0°,150°）

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教學(xué)內(nèi)容備注

(二)大電感性負(fù)載

當(dāng)a〈30"時，U波形與純電阻時一樣。

當(dāng)a>30"時

1、電路圖

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

(1)Ud=l.17U2+cosaId=lVR”

(2)IdT=I/3

(3)"=A'移相范圍：0Wa<90°

(4)晶閘管承受的最大電壓為:

UTM-yf6U2.fi

cot

3t

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案

課題名稱三相橋式可控整流電路

課次第（9-10）次課課時4

課型理論3）；實(shí)驗(yàn)（）；實(shí)習(xí)（）；、實(shí)務(wù)（）；習(xí)題課（）；討論（）；其他（）

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

教學(xué)目標(biāo)

角時的工作情況分析；

重點(diǎn)、難點(diǎn)及重點(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；

解決方法難點(diǎn)：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、對觸發(fā)脈沖的要求

教學(xué)基本內(nèi)容

與教學(xué)設(shè)計

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；

參考資料電力電子技術(shù)浣喜明高等教育出版社2004.08

學(xué)習(xí)效果評測作業(yè)、上課提問、測驗(yàn)方式

課外學(xué)習(xí)

晚自習(xí)輔導(dǎo)答疑

指導(dǎo)安排

教學(xué)后記

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院講稿

教學(xué)內(nèi)容備注

一、三相橋式全控整流電路

1、電路圖組織上課，點(diǎn)名

(1)晶閘管接法有兩組：共(2分鐘)

陰極組(1,3,5),共陽極組

(4,6,2)o

(2)要使負(fù)載上有電流流過,

則必須使共陰極組和共陽極

組中分別有一個(不在同一

組)導(dǎo)通。