遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院教案

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

開課學期：20xx?20xx學年度第一學期

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院教案

課題名稱緒論、§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）；實驗（）；實習（）；、實務(wù)（）；習題課（）；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

教學目標發(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)，掌握晶閘管的導通條件、關(guān)斷條件及門極的作用；

重點：明確本課程在專業(yè)課學習中的作用和地位；晶閘管的工作原理、工

重點、難點及

作特性

解決方法

難點：晶閘管的雙晶體管理論

一、緒論

1、本課程在專業(yè)課學習中的作用和地位

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

教學基本內(nèi)容1、電力電子器件

與教學設(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

教學方法講授法

教學手段

課外學習安排復(fù)習電子技術(shù)課程中的二極管、三極管內(nèi)容；預(yù)習電力二極管

參考資料電力電子技術(shù)浣喜明高等教育出版社2004.08

學習效果評測

課外學習

指導安排

教學后記

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

--、

1、本課程在專業(yè)課學習中的作用和地位組織上課（2

供電-變流T系統(tǒng)分鐘）

專業(yè)基礎(chǔ)課：電路原理、電子技術(shù)、電機拖動、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（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。（AC9DC，）

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。（DCfACf）

3）斬波器：把固定直流電壓變?yōu)榭烧{(diào)直流電壓。（DC9DCJ）

4）交流調(diào)壓器：把固定交流電壓變?yōu)榭烧{(diào)的交流電壓。（AC9AC，）

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、由力由子器件的分類

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

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(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IF,AV＞、正向壓降UF、反向重復(fù)峰值電壓URRM等

四、晶閘管

1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：四層三端半導體器件理論教學（40

晶閘管是一種大功率的四層三端半導體器件。分鐘）

四層：由P、N、P、N四層半導體組成，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)和符號如圖所不

A

?K

_1_AP

K

Pl

G—

G

P2

-2

KA符'

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)缺點女］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：

＞晶閘管導通條件：應(yīng)同時具備正向陽極電壓和正向門上及電壓。

＞晶閘管關(guān)斷條件：陽極電流小于管子的維持電流。

＞具體實現(xiàn)方法：①陽極電壓減小到零或加反向電壓0

②增大回路負載電阻。

＞晶閘管導通以后門極失去作用。

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院教案

課題名稱§1.3晶閘管

課次第（2）次課課時2

課型理論3）；實驗（）；實習（）；、實務(wù)（）；習題課（）；討論（）；其他（）

教學目標掌握晶閘管的工作特性和主要參數(shù)

重點、難點及

重點：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UTn

/額定電流IT（AV）

教學基本內(nèi)容/門極觸發(fā)電流IGT和門極觸發(fā)電壓UGT

與教學設(shè)計/通態(tài)平均電壓UT（AV）

/維持電流IH與掣住電流匕

（平均值、有效值、波形系數(shù)的計算）

晶閘管的型號

教學方法講授法

教學手段實物

課外學習安排作業(yè)3道題

參考資料電力電子技術(shù)浣喜明高等教育出版社2004.08

學習效果評測主要內(nèi)容下次課以提問方式進行復(fù)習，要求通過作業(yè)掌握

課外學習

指導安排

教學后記

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

1、晶閘管的結(jié)構(gòu)：四層三端半導體器件

2、晶閘管的外形組織上課，點

3、基本特性：名（2分鐘）

復(fù)習（5分鐘）

卜

%正向特性

理論教學（33

心＞，G2>/GO=°

----------------—分鐘）

UROURRMH

/1

j___________________/"UB2%]UDRMt/（）

rB

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

UR（）——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Urn

DRM

＞晶閘管的額定電壓Um是取U和URRM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），即選實際工作時

最大電壓的2~3倍。

2）晶閘管的額定電流IT（AV）

晶閘管的額定電流用一定條件下的最大通態(tài)平均電流來標定。

平均值

波形在一個周期內(nèi)的平均值

1I*萬Tm

Id=——[Imsincotd（a）t）=一

2兀TC

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

有效值，即為“方均根”

J萬~j(Insiniy?)~d(cot)—

I二

波形系數(shù)：有效值與平均值之比為波形系數(shù)。

理論教學（50

kf=—=1.51

Id分鐘）

注意：Id、IdT、IT（AV）及I、H、1Tn的區(qū)別

Id：負載電流平均值I：負載電流有效值

IdT：晶閘管平均電流IT：晶閘管有效電流

IT（AV）：晶閘管的額定電流ITn：晶閘管的額定電流有效值

（舉例）

3）口極觸發(fā)電流IGT和口極觸發(fā)電壓UGT

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UT（AV）

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IH與掣住電流匕

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h=（2~4）%。

5、型號

K國圈一屆國

「通態(tài)平均電壓組別

?_，額定電壓等級（乘100即為額定電壓）

>P：普通型；K：快速型；S：雙向型；N：逆導型；G：可關(guān)斷型

衣小1刊派付|土

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院教案

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）；實驗（）；實習（）；、實務(wù)（）；習題課（）；討論（）；其他（）

認識典型全控型器件，如GTO、GTR、IGBT等，重點掌握器件的工作特

教學目標

性和主要參數(shù)

重點、難點及

重點：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

教學基本內(nèi)容3、GTR的主要參數(shù)

與教學設(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)

教學方法講授法

教學手段

課外學習安排自學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

學習效果評測

課外學習

指導安排

教學后記

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(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體器件。組織上課，點

＞既具有普通晶閘管的耐壓高、電流大的優(yōu)點，又具有GTR的一些優(yōu)名（2分鐘）

點，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)導通原理與普通晶閘管相似，當陽極加

正向陽極電壓、門極加觸發(fā)信號后可使GTO觸發(fā)導通。G[內(nèi)容主要以自

學為主

因此，通過門極加正觸發(fā)信號使GTO觸發(fā)導通，通過長

門極加負觸發(fā)信號使GTO關(guān)斷。伯粹號

GFO的付號

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％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，即存儲時間小、下降

時間.和尾部時間小其中存儲時間4和下降時間〃的和定義為關(guān)斷時間卻『。

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〃照

即管子的銘牌電流，在實際應(yīng)用中，它受如下因素的影響：門極關(guān)斷負

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)斷增益亂.

為最大可關(guān)斷陽極電流心皿與門極最大負電流/GM之比。表示GTO的

關(guān)斷能力，聞H值越大，說明門極電流對陽極電流的控制能力愈強。

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(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

學為主

晶體管（BJT）O

＞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；

＞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、達林頓管和達林頓晶體管模塊三大系列。

1）單管GTR：結(jié)構(gòu)有PNP和NPNr隹由印「

兩種。要求有足夠大的容量（大電流、

高電壓）、適當?shù)脑鲆?、較高的開關(guān)速度—「—I

和較低的功率損耗等，因此在GTR的制基極BbBJ

造過程中采取了特殊的措施以保證功率E發(fā)射極L

應(yīng)用的需要，如擴大結(jié)片的面積、采用PNPNPN

特殊形狀的管芯圖形、精細結(jié)構(gòu)等制造咨口-曾囪

工藝。

2）達林頓結(jié)構(gòu)的GTR：解決單管

GTR的電流增益較低的問題。達林頓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。實用達

林頓電路是將達林頓結(jié)構(gòu)的GTR、穩(wěn)定電阻Ri、R2、加速二極管VDI和續(xù)

流二極管VD2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，A

集電極伏安特性，分為四個區(qū)域：截，///4

止區(qū)、放大區(qū)、臨界飽和區(qū)、飽和區(qū)。謂匆Z/”

GTR作為開關(guān)使用時，交替工作在區(qū)恒放大區(qū)―r1增加

飽和區(qū)和截止區(qū)，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中陽—---..........-

必須快速地通過放大區(qū)和臨界飽和“一"-----------

/B=o

性。GTR的開通時間q、關(guān)斷時間心

GTR共射極電路的輸出特性曲線

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〃/出對GTR的危害，使用時可在集-射極之間并聯(lián)阻容緩沖電路。

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(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、BU8s、BUg、BU^和BUg表

示，一般情況下：

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，實際應(yīng)用時必須考慮一

定的裕量，GTR的電壓額定應(yīng)滿足

BUg>(2~3)UM

式中UM為GTR實際承受的最高電壓。

(2)最大電流額定值

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

,CM>(2~3“0p

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。

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(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)點集于一身，既具有輸入阻抗高、工作學為主

速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動電流小等優(yōu)點，又具有

通態(tài)電壓低、耐壓高和承受電流大等優(yōu)點。

＞在電機控制、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土層發(fā)射極，形成PN結(jié)

L，并由此引出集電極C,柵極G和發(fā)射極E。

IGBT（30分鐘）

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導通。此時，從P+區(qū)注入到N-區(qū)的空穴對N-區(qū)進行電

導調(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。

輸出特性表達了集電極電流及與集射極電壓UCE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))。飽和導通時管壓降一般為2~5V。IGBT

輸出特性的特點是集電極電流心由柵射極電壓UGE控制，UGE越大及越大。

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對集電極電流L的控制關(guān)系。在

大部分范圍內(nèi)，心與UGE呈線性關(guān)系，只有當UGE接近開啟電壓UGE刖時才呈

非線性關(guān)系。所以最大柵射極電壓應(yīng)受最大集電極電流如得限制，最佳值

為UGE=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5M和電流上升時間.兩部分組

成，通常開通時間為(0.5-1.2)侑。

開通延遲時間功皿：是指從驅(qū)動電壓UGE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；

上升時間小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

時間喘也是由關(guān)斷延遲時間。（昕和電流下降時間"兩部分組成。

關(guān)斷延遲時間4。亦是指從驅(qū)動電壓。5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；

下降時間小是指集電極電流從其幅值的90%降低到其幅值的10%所需

的時間。

在下降時間.內(nèi)，集電極電流的波形分為之和t兩段，端對應(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；兀對應(yīng)于

IGBT內(nèi)PNP晶體管的關(guān)斷過程。通常關(guān)斷時間為（0.55~1.5）加。

3.IGBT的主要參數(shù)

（1）集射極擊穿電壓BUg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UCfW是

IGBT導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U6g通態(tài)壓

降決定了通態(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)電流心和峰

值電流/皿集電極流過的最大連

續(xù)電流4即為IGBT的額定電流，

在不超過額定結(jié)溫的情況下，通常圖420IGBT的動態(tài)特性

峰值電流小為額定電流的2倍左

右。

4.IGBT的鎖定效應(yīng)

當集電極電流（大到一定程度時，NPN晶體管因過高的正偏置而導通,

造成寄生晶閘管開通，導致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)。因心過大而產(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d"^/dr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)定集電極最大電流公,，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)定的小值是根

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

超過八。

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院教案

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）；實驗（）；實習（）；、實務(wù)（）；習題課（）；討論（）；其他（）

熟悉各種單相可控整流電路，明白負載性質(zhì)對整流電路性能的影響；掌握

教學目標單相相控整流電路在不同性質(zhì)負載下的工作原理，控制角移相范圍，電流

有效值、平均值的計算；

重點：單相相控整流電路在不同性質(zhì)負載下的工作原理；有效值、平均值

重點、難點及

的計算；

解決方法

難點：不同負載整流電路波形分析

一、單相半波可控整流電路

電阻性負載、電感性負載、大電感性負載（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

電阻性負載、電感性負載、大電感性負載（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

教學基本內(nèi)容

電阻性負載、大電感性負載、反電動勢負載

與教學設(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

大電感性負載、大電感性負載（接續(xù)流二極管）

（電路圖、工作原理、波形分析、電壓電流計算）

教學方法講授法

教學手段

課外學習安排作業(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

學習效果評測作業(yè)、上課提問、測驗方式

課外學習

晚自習輔導答疑

指導安排

教學后記

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

一、單相半波可控整流電路

（-）電阻性負載組織上課，點名

1、電路圖（2分鐘）

理論教學（45分

鐘）

機動（3分鐘）

2、整流原理

（1）晶閘管導通狀態(tài)

此時必須滿足：a.U2為正半波（正向陽極電壓）。

b.看觸發(fā)脈沖（正向門極電壓）。

晶閘管導通時有如下關(guān)系：Ud=U2,UT=O,id=ud/Rd

（2）晶閘管截止狀態(tài)

共有以下兩種情況：

a.U2為正但無觸發(fā)脈沖。

b.U2為負。

此時有如下關(guān)系：ud=0,

id=ud/Rd=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)學院講稿

教學內(nèi)容備注

4、兩個重要角度和

：從晶閘管承受正向陽極電壓開始到晶閘管導通之間的電角度用表示，

稱為控制角(或移相角)。

：晶閘管在一個周期內(nèi)導通的電角度用表示，稱為晶閘管的導通角。

5、平均電壓Ud及U/U2與的關(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Id：

,Ud?1+cos?Ui

Id-——=0.45-----------

Rd2Rd

有效電流I：usI1「…

波形系數(shù)kf：R＜，2n

心I《Jrsin2a+27r(兀-a)

IdV2(l+cos?)

當=0時kf=1.57

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)：P“n--------------

?g曰一,PUIU11.cJT-a班

=0時，cos取大cos0=—=---=——=』——sin2aH------為

0707SUilUiV4%21

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

（二）電感性負載

1、電路圖

-?UT

理論教學（47分

鐘）

2、整流原理及波形分析

U2=UT+Ud=UT+UL+UR

①當OWt<tl

VT截止，Ud=O,UT=U2，id=O

②當t=tl時

晶閘管開始導通；

③twt<t2

VT導通，此時有：Ud=U2，UT=O,

從零上升;

id=—(U2+ei.)=—(U2-Ld—)

R(iRddt

④t=t2時，id達到最大

⑤t2<tWt3此時：Ud=U2，

uT==0,id逐漸下降

⑥t3<t<t4此時由于eL的

作用，繼續(xù)維持晶閘管導通，eL正

的在減少，U2負的在增大.Ud=U2

⑦t=t4此時,=\ui晶閘

管關(guān)斷，id=O

⑧14Vt<t5晶閘管截止，

u,i=OUT=U2id=O

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

二、單相全波可控整流電路

（-）電阻性負載組織上課，點

1、電路圖名（2分鐘）

理論教學（48

分鐘）

2、整流原理及波形分析

U2正半波時可觸發(fā)VT1導通

U2負半波時可觸發(fā)VT2導通

波形如右圖所示

3、計算電壓、電流值

〃If*1/、八八〃1+8Sa

Ud=-uid（cot）=0.9U2------------------

nJa2

T71.C冗一a

U=。21——sin2aH-----

,247T

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

（二）電感性負載

1、電路圖

2、整流原理及波形分析

①當0°Wa<90°時，每一個晶閘管導通半個周期。

②當a=90°時（電感較大），此時Ud=0理論教學（48

③當90°<a時,負載上得到斷續(xù)的電流波形，每個晶閘管的導通角為分鐘）

（2n-2a）,此時,“=0

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

②Ud計算公式為

Ud=—[T°y/2U2sincotd（cot）=0.9U2cosa

71%

布置作業(yè)（2

分鐘）

>cot

電感性負載大電感性負載加續(xù)流二極管

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

三、單相全控橋式整流電路

（-）電阻性負載組織上課，點名

1、電路圖（2分鐘）

JZVT1——弋VT2

\Z

FVT44

理論教學（48分

fmz

鐘）

2、工作原理及波形分析.

VT1VT4同時加脈沖

VT2VT3同時加脈沖

V]VT2共陰極連接

VT\VT4共陽極連接

3、計算公式

Ud=0.9S1+

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

（二）大電感性負載

1、電路圖

2、波形分析

理論教學（45分

鐘）

作業(yè)（5分鐘）

（三）反電動勢負載

1、電路圖

2、工作原理及波形

⑴只有WW>E時，觸發(fā)對應(yīng)的晶閘管才能使之導通，此時有％=k|

.\UJ[-E

-d=

Rd

⑵當時晶閘管截止，此時有

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

四、單相半控橋式整流電路

(-)大電感性負載

1、電路圖

2、工作原理及波形分析

(1)U2為正半波時，VT|承受正壓

組織上課，點

a.VTi無脈沖時，ud=0

名(2分鐘)

b.VTi有脈沖時,uTi=O

(2)U2為負半波時，VT2承受正壓

由于負載是大電感性負載，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

晶閘管在觸發(fā)時刻換流理論教學(48

二極管則在電源過零時刻換流分鐘)

遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學院講稿

教學內(nèi)容備注

（-）大電感性負載接續(xù)流二極管時

1、電路圖

2、工作原理及波形分析J

/1\/

3電流值計算公式9/?\/

/?\/

晶閘管導通角0T=71-（X(i\/理論教學（45

i

由波形圖可以得到分鐘）

LIT=史?Id=-Id,

2萬27r川氯

作業(yè)（5分鐘）

r歷,優(yōu)一--A______Wt

aJ::1;/

，21v2711t/

IDD=^'ID=^ID=^IDUTJ

/

令?cot

無工=歷

11I

k111

續(xù)流二極管承受的最大反向電壓..，111

1T11D2111

^<4;

為痣5,cot

iii

k:::

111

111