1緒論-晶閘管總結(jié)

電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)一、分類工業(yè)控制大體分為三大類。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)以機(jī)械運(yùn)動(dòng)為主要生產(chǎn)方式，以電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)稱之為電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)以化學(xué)反應(yīng)或熱轉(zhuǎn)換為主要方式，以自動(dòng)化儀表與裝置為檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。稱之為過程控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)二、意義電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最普通的是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類，直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，直流調(diào)速系統(tǒng)仍是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、大型起重機(jī)、造紙機(jī)、金屬切削機(jī)床等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。換向問題是直流電動(dòng)機(jī)的主要弱點(diǎn)，其單機(jī)容量、過載能力、最高電壓和轉(zhuǎn)速等重要指標(biāo)都受到換向和由它引起的機(jī)械強(qiáng)度等問題的限制，換向器也給直流電機(jī)的制造和維護(hù)帶來很多麻煩，而交流電動(dòng)機(jī)則恰沒有這個(gè)缺點(diǎn)。因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜、制造方便、維護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)。得到了越來越廣泛的應(yīng)用。三、發(fā)展方向1、直流調(diào)速系統(tǒng)——可關(guān)斷的電力電子器件及其實(shí)現(xiàn)的斬波及PWM（脈寬調(diào)制式變換器）。2、交流調(diào)速系統(tǒng)——變頻調(diào)速系統(tǒng)。3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)——四、課程性質(zhì)

工企自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課（綜合性）；非工企自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課。本課將遵循理論與實(shí)際相結(jié)合的原則，從滿足不同生產(chǎn)工藝的要求出發(fā)，應(yīng)用自動(dòng)控制理論，將電力拖動(dòng)系統(tǒng)控制由簡入繁，由低到高的進(jìn)行分析，并介紹各種系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能及設(shè)計(jì)方案。五、課程內(nèi)容

變流內(nèi)容晶閘管單相可控整流三相可控整流逆變電路

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

六、前續(xù)課：電路、模電、數(shù)電、自動(dòng)控制原理、電機(jī)與電力拖動(dòng)七、課程要求：1上課認(rèn)真聽講，要求記筆記2課后認(rèn)真完成作業(yè)八、考試方式：卷面70分、平時(shí)30分（出勤10分+作業(yè)及小考10分+課堂表現(xiàn)10分）九、參考教材：

晶閘管變流技術(shù)西安交通大學(xué)黃俊主編晶閘管變流技術(shù)莫正康編電機(jī)與電力拖動(dòng)林瑞光主編理論40學(xué)時(shí)2.5學(xué)分實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)0.5學(xué)分緒論什么是電力電子技術(shù)？應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。利用電力電子器件把電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。目前工業(yè)應(yīng)用中還是以晶閘管為主。主要研究功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用技術(shù)。橫跨電力、電子、控制三門領(lǐng)域，使電子進(jìn)入強(qiáng)電領(lǐng)域，是強(qiáng)電、弱電的橋梁。電子技術(shù)分為：信息電子技術(shù)—弱電即電子領(lǐng)域。屬信息處理電力電子技術(shù)—應(yīng)用于電力領(lǐng)域?qū)購?qiáng)電，屬電能的控制電力電子技術(shù)包括電力電子器件制造技術(shù)和電力電子應(yīng)用技術(shù)（變流技術(shù)）。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)晶閘管、雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管。8000V、6000A新型半導(dǎo)體器件：GTR（大功率晶體管）、GTO（可關(guān)斷晶閘管）、MOSFET功率場效應(yīng)晶體管、IGBT（絕緣柵門極晶體管）、MCT（MOS晶閘管）電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的應(yīng)用可控整流將交流電變?yōu)榭煽刂绷麟娊涣鳌绷麟娏﹄娮蛹夹g(shù)的應(yīng)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(wǎng)同頻率的交流電回送電網(wǎng)。主要用于直流高壓輸電及繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級調(diào)速。無源逆變：將直流電逆變?yōu)榻涣麟娭苯庸┙o負(fù)載應(yīng)用的過程。

直流→交流電力電子技術(shù)的應(yīng)用交流調(diào)壓將固定的交流電變?yōu)榭烧{(diào)的交流電交流→交流電力電子技術(shù)的應(yīng)用變頻將頻率固定的交流電變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電電力電子技術(shù)的應(yīng)用變頻交流→交流電力電子技術(shù)的應(yīng)用直流斬波將固定的直流電變?yōu)榭烧{(diào)的直流電直流→直流小結(jié)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)的發(fā)展電力電子技術(shù)的應(yīng)用第一章晶閘管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晶閘管的外形KP螺旋式晶閘管的外形平板式晶閘管的散熱片自冷式風(fēng)冷式水冷式晶閘管的散熱片水冷式風(fēng)冷式自冷式1.1晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理GP1N1N2N2P2AK晶閘管的結(jié)構(gòu)P1N1P2N2AGKJ1J2J3GP1N1N2N2P2AK晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。具有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)?？捎萌齻€(gè)二極管或兩個(gè)三極管等效。晶閘管的等效電路(二極管等效電路)AKGJ1J2J3晶閘管的等效電路(三極管等效電路)AP1N1P2N2GKJ1J2J3晶閘管的等效電路(三極管等效電路)P2N2GKP1N1AJ1J2J3P2N1AKP1N1P2N1P2N2G晶閘管的表示符號KAGAAAKGG晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷條件實(shí)驗(yàn)電路圖Ia:陽極電流Ig:門極電流Ua:陽極電壓Ug:門極電壓點(diǎn)擊進(jìn)晶結(jié)構(gòu)與工作原理.exe入仿真實(shí)驗(yàn)電路圖晶閘管的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)順序?qū)嶒?yàn)時(shí)晶閘管條件實(shí)驗(yàn)后燈的情況結(jié)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(guān)斷狀態(tài)。晶閘管的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)順序?qū)嶒?yàn)時(shí)晶閘管條件實(shí)驗(yàn)后燈的情況結(jié)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(shí)在正向陽極電壓與正向門極電壓作用下才能導(dǎo)通。晶閘管導(dǎo)通后的實(shí)驗(yàn)（原來燈亮——關(guān)斷實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)順序?qū)嶒?yàn)時(shí)晶閘管條件實(shí)驗(yàn)后燈的情況結(jié)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(dǎo)通的晶閘管在正向陽極電壓作用下，門極失去控制作用。晶閘管導(dǎo)通后的關(guān)斷實(shí)驗(yàn)（原來燈亮）實(shí)驗(yàn)順序?qū)嶒?yàn)時(shí)晶閘管條件實(shí)驗(yàn)后燈的情況結(jié)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(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，當(dāng)Ea減小到接近于零時(shí)，晶閘管關(guān)斷。晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷條件導(dǎo)通條件：

除陽極加正向電壓，必須同時(shí)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(dǎo)通條件：陽極電流大于維持電流IH關(guān)斷條件：

陽極電流小于維持電流IH如何關(guān)斷導(dǎo)通的晶閘管減小外電路的電源，或是增大電路中的負(fù)載。AGKP1N1P2N1P2N2晶閘管的觸發(fā)原理有關(guān)晶閘管的幾個(gè)名詞觸發(fā)：當(dāng)晶閘管加上正向陽極電壓后，門極加上適當(dāng)?shù)恼蜷T極電壓，使晶閘管導(dǎo)通的過程稱為觸發(fā)。維持電流IH：維持晶閘管導(dǎo)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(guān)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(huì)導(dǎo)通的現(xiàn)象叫硬開通。反向阻斷：當(dāng)晶閘管加反向陽極電壓時(shí)，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通。1.2晶閘管陽極伏安特性結(jié)論晶閘管門極斷開時(shí)，陽極電壓升到足夠高時(shí)，會(huì)使晶閘管導(dǎo)通稱作“硬開通”多次會(huì)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(diǎn)功率開關(guān)。只能穩(wěn)定地工作在“導(dǎo)通”和“關(guān)斷”兩個(gè)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(shí)漏電流小，導(dǎo)通時(shí)壓降小。要關(guān)斷已經(jīng)導(dǎo)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(yīng)在數(shù)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(nèi)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(nèi)高壓電池?fù)舸╅T極的PN結(jié)。（4）元件能否可靠觸發(fā)導(dǎo)通，用電源、電燈，晶閘管串聯(lián)，當(dāng)門極和陽極接觸一下燈亮，則管子是可觸發(fā)導(dǎo)通的。晶閘管陽極伏安特性1.額定電壓1.3晶閘管的主要參數(shù)通常取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。選用時(shí)，額定電壓要留有一定裕量,一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓2~3倍。1)

斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM——正向折轉(zhuǎn)電壓的80%2)

反向重復(fù)峰值電壓URRM——反向折轉(zhuǎn)電壓的80%3)

通態(tài)（峰值）電壓UTM——額定電流管壓降峰值晶閘管的主要參數(shù)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(gè)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(yīng)來考慮的，是電流的平方在時(shí)間積累效應(yīng)上的平均效果負(fù)載電流波形系數(shù)為流過晶閘管的電流波形系數(shù)為在額定情況下波形系數(shù)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(dǎo)通所必需的最小電流，一般為幾十到幾百毫安，與結(jié)溫有關(guān)。結(jié)溫越高，則IH越小。有關(guān)晶閘管的幾個(gè)特性總結(jié)晶閘管是一種大功率器件.只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài).晶閘管具有可控單向?qū)щ娦?。晶閘管正向?qū)▔航禐?V左右。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極將失去控制作用。導(dǎo)通后流過晶閘管的電流由主電路電源和負(fù)載來決定。晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷的條件例題如圖，陽極電流為交流電壓，門極在t1瞬間合上開關(guān)Q，t4時(shí)刻開關(guān)Q斷開，求電阻上的電壓波形ud。QEgUgIaUaU2RdUdQEgUgIaUaU2RdUdU2UgUdtttt1t2t3t4總結(jié)1、晶閘管有哪些應(yīng)用？2、晶閘管的結(jié)構(gòu)和等效電路？3、晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷條件？4、晶閘管的特性及特點(diǎn)絕緣門極晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor)IGBT1982年研制，第一代于1985年生產(chǎn)，主要特點(diǎn)是低損耗，導(dǎo)通壓降為3V，下降時(shí)間0.5us，耐壓500—600V，電流25A。第二代于1989年生產(chǎn)，有高速開關(guān)型和低通態(tài)壓降型，容量為400A/500—1400V，工作頻率達(dá)20KHZ。目前第三代正在發(fā)展，仍然分為兩個(gè)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(dá)1000A/4500V；命名為IEGT（InjectionEnhancedGateTransistor)工作頻率：20KHZ應(yīng)用廣泛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(zhuǎn)移特性(a)符號ICGECGCEVgVSR(b)電路RdrRbrT2T1ICABRg符號、電路及靜態(tài)特性

48絕緣門極雙極型晶體管IGBT主要特點(diǎn)電壓控制開通和關(guān)斷，控制功率??；雙極性導(dǎo)電，開關(guān)速度介于MOSFET和BJT之