输入
交流 输出 直流 整流 斩波 直流
交流
移相
逆变
1.2变频技术的发展
随着电力电子技术的发展，变频技术的发展方向是：
① ② ③
交流变频向直流变频方向转化 控制技术由PWM（脉宽调制）向PAM（脉幅调制)方向发展 功率器件向高集成智能功率模块发展
总之，变频技术的发展趋势，是朝着高度集成化、高频化、模块化的方向发展
6
返回目录
第2章
本章要点
电力电子器件
晶闸管的特性参数及保护
门极关断晶闸管的特性参数
功率晶体管的特性参数及驱动电路 MOS器件的特性参数及保护 绝缘栅双极型晶体管IGBT的特性参数、驱动电路及其保护
集成门极换流晶闸管和功率集成电路简介
7
电力电子器件是电力电子技术的物质基础和技术关键，也是变频技术技术 发展的“龙头”。
（5）直流侧过电压及其保护
对这种过电压抑制的有效方法是：在直流负载两端并接压敏电阻或硒堆等来保护。
2.2 门极关断晶闸管
门极关断晶闸管GTO（gate turn off thyristor）。它与普通晶闸管相
比，属“全控型器件”或“自关断器件”，既可控制器件的开通，又可控制器件 的关断。因此，使用GTO的装置与使用普通型晶闸管的装置相比，具有主电路器
41
2．GTO的参数
（1）最大门极可关断阳极电流IATO 这是标称GTO额定电流容量的参数。 （2）电流关断增益β off β off是GTO的一个重要参数，其值愈大，说明门极电流对阳极 电流的控制能力愈强。
（3）擎住电流IL
GTO经门极触发刚从断态转入通态，撤除门极信号后GTO仍能维 持导通所需要的最小阳极电流。 （4）维持电流IH
2）交流侧浪涌过电压 由于发生雷击或从电网侵入的高电压干扰而造成的晶闸管过电压，称为浪涌过电压。
硒堆元件保护：
压敏电阻的主要特性参数有：
① 漏电流为1mA时的额定电压U1mA； ② 放电电流达到规定值IY时的电压UY，其数值由残电压比UY/U1mA所决定； ③ 允许的通流容量，即在规定波形下（冲击电流前沿8ms，波长20ms），允 许通过的浪涌峰值电流（kA）。
对于尖峰状的瞬时过电压，常用的保护方法是在晶闸管两端并接RC吸收元 件，如图2-16所示。
（4）交流侧过电压及其保护
1）交流侧操作过电压 ① 静电感应过电压：如图2-17a所示 由于一次、二次绕组之间存在分布电容C0，在Q合上的瞬间，一次高电压经C0 偶合到二次绕组出现瞬时过电压。通常可以在变压器二次或在三相变压器二次星 形中点与地之间，并联适当的电容（通常为0.5μ F），就可显著减小这种过电压， 也可在一次与二次之间附加屏蔽层 ② 断开相邻负载电流而引起的过电压：如图2-17b所示 由于相邻负载电流i2的突然断开，流过回路漏抗L的电流突然减小，感应电 动势与电源电压u2极性恰好是顺极性相加而引起过电压。 ③ 断开变压器一次绕组空载电流I0（励磁电流）引起的过电压：如图2-17c所 在变压器空载且电源电压过零（即励磁电流最大）时，断开一次Q开关，由 于i0突变，故在二次绕组感应出很高的瞬时过电压，这种尖峰过电压很可能达到 电源电压峰值的6倍以上，对管子极为不利。
4）利用反馈控制作过电流保护
这种保护的特点是控制系统本身的动作速度快，在一些容易发生短路的设备如逆
变器中，常采用这种保护方法，但内部发生短路时还得靠快速熔断器来保护。
5）直流快速开关电流保护
在大容量变流装置经常容易出现直流侧负载发生短路的场合，可以在直 流侧装直流快速开关，用作直流侧过载与短路保护动作时间非常短。
2．晶闸管的参数
晶闸管不能自关断，属半控型，在电路中起开关用。由于其开通与关断的时 间很短，为正常使用，必须认真研究其动态特性，定量地掌握其主要参数。
（1）晶闸管的电压定额
1）断态（正向）重复峰值电压UDRM：是门极断路，而晶闸管的结温为额定 值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压，重复频率为每秒50次，每次持续 时间不大于10ms。 2）反向重复峰值电压URRM：是门极断路，而结温为额定值时，允许重复加 在晶闸管上的反向峰值电压。重复频率为每秒50次，每次持续时间不大于10ms。 3）通态（峰值）电压UTM：是晶闸管通以π 倍或规定倍数额定通态平均电流 值时的瞬态峰值电压。
变频技术的主要类型 变频技术的发展

3
1.1 变频技术
变频技术是一门能够将电信号的频率,按照具体电路的要求，而进行变 换的应用型技术。其主要类型有以下几种：
（1）交—直变频技术（即整流技术） （2）直—直变频技术（即斩波技术） （3）直—交变频技术
（4）交—交变频技术（即移相技术）
4
变频技术的类型表
2.2.2 用万用表对晶闸管的检测
如图2-27所示，这里介绍利用万用表判定GTO电极、检查GTO的触发能力和关 断能力、估测关断增益β
off的方法。
图2-27 GTO的检测
44
1．判定GTO的电极
将万用表拨至R×1档，测量任意两脚间的电阻，仅当黑表笔接G极，红表笔 接K极时，电阻呈低阻值，对其它情况电阻值均为无穷大。由此可判定G、K极， 剩下的就是A极。 2．检查触发能力 如图2-27(a)所示，首先将表Ⅰ的黑表笔接A极，红表笔接K极，电阻为无 穷大；然后用黑表笔尖也同时接触G极，加上正向触发信号，表针向右偏转到低 阻值即表明GTO已经导通；最后脱开G极，只要GTO维持通态，就说明被测管具有 触发能力。 3．检查关断能力 现采用双表法检查GTO的关断能力，如图2-27(b)所示，表Ⅰ的档位及接法 保持不变。将表Ⅱ拨至R×10档，红表笔接G极，黑表笔接K极，施以负向触发
（5） 额定结温 额定结温Tjm：器件在正常工作时所允许的最高结温。在此温度下，一切有关的 额定值和特性都能得到保证。
2.1.2晶闸管的串并联与保护
1．晶闸管的串联与并联
（1）晶闸管的串联 当晶闸管的额定电压小于实际要求时，可以采用两个或两个以上同型号器 件相串联。 图2-5a）是两个晶闸管串联的伏安特性图
KM失电切断主电路交流电源，
以达到过电流保护的目的。过 电流故障排除后，想要恢复供 电，先按下复位按钮SB，KA失
电，其KA常闭触点闭合，按下
主电路起动按钮SB2，KM 得电 接通主电路交流电源，恢复正 常供电。调节电位器RP，可以 很方便地调节过电流跳闸动作 电流的大小。
3）限流与脉冲移相保护
工作原理：与电子过电流跳闸电路相似，当主电路出现过电流时，电流反馈信号 电压Ufi增大，稳压管V1被击穿，V2晶体管注入基极电流，使晶体管V2输出电压U0降低， 于是触发电路的触发脉冲迅速右移(即移相角α 增大)，使主电路输出整流电压迅速减 小，负载电流也迅速减小，达到限流目的。
9
（1）晶闸管的阳极伏安特性
晶闸管有三个引线端子：阳极（anode）A、阴极(cathode)K和门极(gate)G， 有三个PN结。
晶闸管的结构见图2-1
晶闸管阳极与阴极间的电压和它的阳极电流之间的关系，称为晶闸管的伏安特 性，如图2-2所示。位于第Ⅰ象限的是正向特性，第Ⅲ象限的是反向特性。
19
（2）晶闸管的并联 1）主回路对并联晶闸管电流分配的影响 晶闸管的正向压降等于与正向电流无关的恒定压降与内阻压降之和。由于晶 闸管内阻很小，并联晶闸管各回路的阻抗又不相同，因此，各支路电流分配也不 均衡。当负载电流很大时，各并联支路的电阻和自感必须相等，互感也应尽量相 等。 2）正向压降对并联晶闸管电流分配的影响 常用的均流电路有： ①串联电阻均流电路 ②串联电抗器均流电路
可以说，电力电子技术起步于晶闸管，普及于GTR，提高于IGBT。新型电 力电子器件的涌现与发展，促进了电力电子电路的结构、控制方式、装置性 能的提高。本章从应用的角度出发，对电力电子器件的种类、性能及应用等 加以介绍。
8
2.1 半控型电力电子器件
2.1.1晶闸管（SCR）的特性及参数
1. 晶闸管的特性
件少，结构简单；装置小巧；无噪声；装置效率高；易实现脉宽调制，可改善输
出波形等优点。其结构见图2-25所示，也属于PNPN四层三端器件。
39
2.2.1门极关断晶闸管的特性及参数
1．GTO的特性 下图为GTO的工作电路简图。A、K和G分别为GTO的阳极、阴极和门极，EA和RK 分别为工作电压和负载电阻；EG1和RG1分别为正向触发电压和限流电阻；EG2和RG2 分别为反向关断电压和限流电阻。当S置于“1”时，GTO导通，阴极电流IK＝IA十 IG。当S置于“2”时，GTO关断。
16
（2）晶闸管的电流定额 1）通态额定平均电流IT（AV）： IT（AV）=（1.5～2） 2）维持电流IH： 3）擎住电流IL 4）断态（正向）重复峰值电流IDRM和反向重复峰值电流IRRM 5）浪涌电流ITSM （3） 晶闸管的门极定额 1）门极触发电流IGT：是在室温下，通态电压直流6V时使晶闸管由断态转入
变频技术原理与应用
(第二版)
吕汀 石红梅编著
机械工业出版社
目
第1章 概 述
录
第2章 电力电子器件
第3章 交-直-交变频技术 第4章 脉宽调制技术 第5章 交-交变频技术 第6章 变频器的选择和容量计算
第7章 变频器的安装接线、调试与维修
第8章 变频技术综合应用
2
返回目录
第一章 概 述
本章要点
变频技术的概念
23
1）快速熔断器保护
熔断器是最简单有效的过电流保护元件快速熔断器的接法一般有三种：
① 接入桥臂与晶闸管串联
② 接在交流侧输入端 ③ 接在直流侧
2）过电流继电器保护
工作原理：当主电路过电 流时，电流反馈信号电压Ufi增 大，稳压管VS被击穿，晶体管 V导通，直流快速灵敏继电器 KA得电并自锁，并断开了电源 接触器KM 吸引线圈电压，使