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1、第二章第二章常用电力电子器件原理及选择教学目的与要求教学目的与要求：了解了解变频器中使用的功率半导体器件的种变频器中使用的功率半导体器件的种类类掌握掌握各类半导体器件的结构和工作原各类半导体器件的结构和工作原理理了解了解它们的应用特点它们的应用特点本章重点本章重点：1各类半导体器件的工作特点各类半导体器件的工作特点2智能电力模块的结构与工作特点智能电力模块的结构与工作特点2.1 变频器的主电路结构 变频器输出电路变频器输出电路-三相逆变器的工作过程三相逆变器的工作过程 逆变器中的关键问题逆变器中的关键问题换流换流实现方法实现方法电力电子器件电力电子器件基本要求：基本要求：能够承受足够大的电压和
2、电流 允许频繁地开关，且控制方便2.2 常用的电力电子器件常用的电力电子器件1.SCR可控硅（晶闸管)2.GT0门极可关断晶闸管3.GTR大功率晶体管4.IGBT绝缘栅双极型晶体管5.IGCT集成门极换流晶闸管6.MOSFET金属氧化物场效应管7.SIT静电感应晶体管8.SITH静电感应晶闸管9.MCT控制晶闸管10.IPM智能电力模块一、晶闸管1.一般晶闸管 电路1.串联电感式电压型逆变器L换流电感C换流电容VD回馈二 极管R换流衰减 电阻VT主晶闸管电路2.带辅助晶闸管换流的电压型逆变器VT1一VT6-辅助晶闸管 CACC-换流电容器L1L6-换流电感 LALC-di/dt抑制电感 2.门
3、极可关断晶闸管(GTO)门极可关断晶闸管(GTO)具有普通晶闸管(SCR)的全部优点，如耐压高，电流大，控制功率小等。但它具有自关断能力，属于全控器件。GT0的外形和SCR一样，内部也是四层三端器件；但制作工艺和SCR不同，因而具有灵敏度较高的自关断能力。缺点：开关频率不高，一在2 kHz以下。二、功率晶体管(GTR) 三、功率场效应管功率场效应晶体管的工作特点控制方便，驱动电路简单。自关断能力强，因而开关频率高(20 MHz)。输入阻抗极高，可以用TTL器件或CMOS器件直接驱动。 (a)直接驱动 (b)变压器隔离驱动 (c)光隔离驱动四、绝缘栅双极晶体管(IGBT) 结构：由场效应晶体管(
4、MOSFET)和功率晶体管(GTR)模块组合而成工作特点与场效应晶体管类同，属于电压控制型输入阻抗高，开关速度快(开关频率高20 kHz； 电流波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大；驱动电路简单，已经集成化。 五、集成门极换流晶闸管(IGCT)集成门极换流晶闸管(IGCT)将门极驱动电路与门极换流晶闸管(GCT)集成于一体，门极换流晶闸管(GCT)是在可关断晶闸管(GTO)的基础上开发出来的一种新的电力半号器件。六、 MOS控制晶闸管MOS控制晶闸管(MCT)是将MOSFET与晶闸管复合而得到的器件七、电力半导体器件的应用特点七、电力半导体器件的应用特点 名称名称 文字符号文字
5、符号控制方式控制方式 最高电压、电流及开关频率最高电压、电流及开关频率 晶闸管晶闸管TH(SCR)TH(SCR)电流电流 最高最高电压电压l 0004000 V 最大最大电流电流l 0003000 A 最高最高频率频率l10 kHz 功率功率晶体管晶体管 GTR GTR 电流电流 最高电压最高电压4501400 V 最大电流最大电流30800 A 最高频率最高频率l050 kHz 电力场效应管电力场效应管 MOSMOSFET 电压电压 最高电压最高电压501000 V 最大电流最大电流l00200 A 最高频率最高频率500 kHz200 MHz 绝缘栅双极晶体管绝缘栅双极晶体管 IGBT I
6、GBT 电压电压 最高电压最高电压l 8003300 V 最大电流最大电流8001200 A 最高频率最高频率l050 kHz 集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管 IGCr IGCr 电压电压 最高电压最高电压45006000 V 最大电流最大电流40006000 A 最高频率最高频率2050 kHz MOS MOS控制晶闸管控制晶闸管 MCT MCT 电压电压 最高电压最高电压4503300V 最大电流最大电流4001200 A 最高频率最高频率l00 kHz1 MHz八、智能电力模块(IPM)智能电力模块(IPM)是将用于逆变的半导体器件(目前，多用IGBT)和其配套的驱动电路、保护电路、检测电路以及某些接口电路集成在一起的电路模块，是电力集成电路PIC的一种。智能电力模块中含过电流、短路、欠压和过热等保护电路。这些保护电路起作用时，输出故障信号，并处于关断状态。
