第三章常用元器件及功率元器件的驱动与保护
第3章 常用电动机的电子保护器
66 第三章 常用电动机的电子保护器第一节 电力电子常用模块现代的电力电子技术，无论是对改造的传统工业，还是对创建高科技产业都至关重要。
尤其对一些常用的电力电子模块和组件，更应该掌握，因为这是电动机保护电器和软起动电路的基础。
一、整流管-晶闸管臂对模块1、双臂整流管模块电力电子整流模块是由整流电流I T(A V)为数百安、耐压V ISOL 为数千伏的大功率整流二极管通过并联或串联后，封装在盒内形成的产品。
常见的双臂整流管模块如图3-1所示。
图3-1a 为双臂串联模块；图3-1b 为双臂负极并联模块；图Me 为双臂正极并联模块；图3-1d 为外形尺寸图。
图3-1d 中“＋”为接线端，示意是用“＋”字螺钉；3-M5 x 12示意为这3个接线端的螺钉直径为5mm ，长度为12mm ，双臂整流管就是通过这3个端子与外电路联接的，以实现各种电力电子技术功能。
双臂整流管模块型号颇多，其参数见附录A 。
例3-1 单相双臂全波整流电路利用双臂串联整流管模块组成的单相全波整流电路如图3-2所示。
不难看出，它与我们寻常所见的单相全波整流电路原理是一致的（参见《经典晶体管电子线路300例》，机械工业出版社），只不过本例所采用的是由大功整流二极管构成的双臂串联模块。
例3-2 单相双臂桥式整流电路 图3-1双臂整流管模块单相双臂桥式整流电路是由双臂阴极（负极）并联和双臂阳极（正极）并联整流管模块构成，电路接成一个电桥形式，所以称为桥式整流电路，如图3-3所示。
例3-3三相双臂桥式整流电路一用一个双臂串联模块和两个双臂整流管模块组成的桥式整流电路如图3-4所示。
例3-4双臂串联电路，在反向电压较高的情况下，可选耐压较高的双臂串联整流管模块，若是手头没有耐压较高的模块，可以将两个或两个以上的模块串联使用，使每个模块分别承受一半或几分之一最大反向电压、但因每茶整流管的反向；特性（即反一向电阻）不可‘能尧全一致，会造成电压分配不均匀，所以采用并联均压电阻RC的方法，如图3-5所示。
电力电子技术：第二章 功率半导体器件的驱动与保护
2.1晶闸管的驱动与保护 2.2电流型自关断器件的驱动 2.3电压型自关断器件的驱动 2.4自关断器件的保护
晶闸管的驱动与保护
晶闸管的触发电路
1、触发脉冲要求 1) 触发信号可以是交流，直流或者脉冲形式 2) 触发脉冲信号应有一定的功率和宽度 3) 为保证串、并联晶闸管元件同时导通，触发脉冲还应有足够的强度和陡度 4) 触发脉冲应与主电路电源同步，并具备一定的移相范围 5) 触发电路应与主电路隔离，并具有强抗干扰能力
3 R2的选择 单结晶体管的峰值电压为：
UP = UD+ηUbb = UD+(Rb1/Rbb)Ubb 而其UD具有负电阻系数、Rbb正温度系数，即温度t↑→Rbb↑→UP↓。加 R2(零温度系数) 后有
t↑→Rbb↑→UR2 ↓→ Ub1b2 （ =E- UR2 ） ↑，即补偿了UD↓
晶闸管的驱动与保护
从而改变等效二极管VD的工况：
a) 0 Ue Ubb时，VD反偏截止； b) Ubb Ue Ubb VD时，VD虽正偏，但小于导通压降VD，故仍截止； c) Ue Ubb VD时，VD正偏导通,P区空穴不断注入N区，从而导致
Rb1 UA Ubb VD管PN结正偏 Ie (Ue ) R b1 ...正反馈
ε：电压升高系数，取1.05~1.1； 0.8~0.9为允许过压系数。
UY ：取决于保护元件耐压值，应不超过元件允许电压最大值。
晶闸管的驱动与保护
二、过电流保护 原因：过载，直流侧短路，触发，控制电路故障，环流，逆变失败 保护：1）交流进线电抗器，限制短路电流
2）电流检测，用过流信号控制触发电路（关断信号）或接触器（分断） 3）直流快速开关 4）快熔
接法与阻容同。
电力电子技术第3章 晶闸管的触发驱动电路
3.3.1 锯齿波形成和脉冲移相控制环节 锯齿波同步触发电路的移相原理，是将锯齿波 电压与直流控制电压 UC叠加，使锯齿波可以垂直 上下移动，锯齿波形斜面对应的电压值能控制形成 脉冲的晶体管开通时刻，即改变对应控制角 α的大 小。
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3.3.2 脉冲形成、整形和放大输出环节 当锯齿波电压ue3与控制电压Uc、偏置电压Ub 叠加在V4管基极进行并联叠加的电压ub4<0.7V时， V4管截止，电源分别经及R13与R14向V6管与V5管供 给足够大的基极电流，使V6，V5管饱和导通。
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3.2 单结晶体管触发电路 单结晶体管（Unijuncting Transistor）的结构 及图形符号、等效电路如图3.3所示。单结晶体管 是在一块高电阻率的N型硅片两端，用欧姆接触方 式引出第一基极b1和第二基极b2，b1和b2之间的 电阻为N硅片的体电阻，约为3～12kΩ，在硅片靠 近b2极渗入P型杂质，形成PN结，由P区引出发射 极 e。
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3.1.3 移相触发器的主要技术指标 （1）同步信号波形 同步信号有正弦波，方波和锯齿波，三者各有 特点，但集成模拟触发器多用锯齿波；数字式触发 器同步信号多用方波。 （2）同步信号幅值 同步信号的幅值随所应用触发器外接元件的不 同而有差别，一般为 6 ～ 30 V。 （3）移相范围 移相范围指当移相控制电压 UC，从零至最大 变化时，输出触发脉冲对于同步信号相位的变化量 。
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（4）脉冲幅值 脉冲幅值一般指电压幅值与电流幅值。当脉 冲触发器输出的脉冲电压幅值在不接晶闸管时可以 为 12 ～25 V。而电流幅值随被触发晶闸管容量的 不同有差异。 （5）脉冲宽度 为了保证触发的可靠性，触发脉冲常采用宽 脉冲、双窄脉冲，或宽脉冲列、双窄脉列。宽脉冲 宽度应大于 60°小于 120°，双窄脉冲每个脉冲 的宽度应大于 18°小于 30°。
3.4执行元件的功率驱动接口ppt课件
在机电一体化系统中，执行元件往往是功率较大的机电设备， 如电磁铁、电磁阀、各类电动机、液动机及气缸等。微机控 制系统后向通道输出的控制信号(数字量或模拟量)需要通过 与执行元件相关的功率放大器才能对执行元件进行驱动，进 而实现对机电系统的控制。在机电一体化系统中，功率放大 器被称为功率驱动接口，其主要功能是把微机系统后向通道 输出的弱电控制信号转换成能驱动执行元件动作的具有一定 电压和电流的强电功率信号或液压气动信号。
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4. 3执行元件功率驱动接口
根据控制方式，功率驱动接口分为锁相传动功率驱动接口、 脉冲宽度调制型功率驱动接口、交流电动机调差调速功率驱 动接口及变频调速功率驱动接口等。
根据负载的供电特性，功率驱动接口可分为直流输出和交 流输出两类，其中交流输出功率驱动接口又分为单相交流输 出和三相交流输出。
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4. 3执行元件功率驱动接口
3.继电器型驱动接口 由于固态继电器是通过改变金属触点的位置使动触点与定
触点闭合或分开，所以具有接触电阻小、流过电流大及耐高 压等优点，但在动作可靠性上不及晶闸管。 继电器有电压线圈与电流线圈两种工作类型，它们在本质 上是相同的，都是在电能的作用下产生一定的磁势，电压继 电器的电气参数包括线圈的电阻、电感或匝数、吸合电压、 释放电压和最大允许工作电压。电流继电器的电气参数包括 线圈匝数、吸合电流和最大允许工作电流。
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4. 3执行元件功率驱动接口
1.绝缘栅极双极型晶体管(IGBT ) IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是在CTR和
MOSFET之间取其长、避其短而出现的新器件，它实际上是 用MOSFET驱动双极型晶体管，兼有MOSFET的高输入阻抗 和CTR的低导通压降两方面的优点。电力晶体管饱和压降低， 载流密度大，但驱动电流较大MOSFET驱动功率很小，开关 速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种 器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
IGBT模块驱动及保护技术
IGBT模块驱动及保护技术IGBT模块驱动及保护技术1. 引言IGBT 是MOSFET 和双极晶体管的复合器件。
它既有MOSFET 易驱动的特点，又具有功率晶体管高电压、电流大等优点。
其特性发挥出MOSFET 和功率晶体管各自的优点，正常情况下可工作于几十kHz 的频率范围内，故在较高频率应用范围中，其中中、大功率应用占据了主导地位。
IGBT 是电压控制型器件，在它的栅极发射极之间施加十几V的直流电压，只有μA级的电流流过，基本上不消耗功率。
但IGBT 的栅极发射极之间存在较大的寄生电容（几千至上万pF），在驱动脉冲的上升和下降沿需要提供数A级的充放电电流，才能满足开通和关断的动态要求，这使得它的驱动电路也必须输出一定的峰值电流。
IGBT 作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生闭锁现象而造成损坏的问题。
在过流时如采取一定的速度封锁栅极电压，过高的电流变化会引起过电压，需要采用软关断技术，因此掌握好IGBT 的驱动和保护特性对于设计人员来说是十分必要的。
2． IGBT的栅极特性IGBT 的栅极通过氧化膜和发射极实现电隔离。
由于氧化膜很薄，其击穿电压一般只能达到20 到30V，因此栅极击穿是IGBT 最常见的失效原因之一。
在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过最大额定栅极电压，但栅极连线的寄生电感和栅极-集电极之间的电容耦合，也会产生使氧化膜损坏的振荡电压。
为此，通常采用绞线来传送驱动信号，以减小寄生电感。
在栅极连线中串联小电阻可以抑制振动电压。
由于IGBT 的栅极-发射极之间和栅极-集电极之间存在着分布电容，以及发射极驱动电路中存在着分布电感，这些分布参数的影响，使IGBT 的实际驱动波形与理想驱动波形不完全相同，并且产生了不利于IGBT开通和关断的因素。
如图1所示。
在t0时刻，栅极驱动电压开始上升，此时影响栅极电压上升斜率的主要因素只有Rg和Cge，栅极电压上升较快。
在t1时刻达到IGBT 的栅极门槛值，集电极电流开始上升。
第4章 电力电子器件的驱动与保护
图4.11 门极驱动电路实例1
4.1.2 GTO驱动电路
2) 双电源光电耦合GTO门极驱动电路
图4.12 门极驱动电路实例2
4.1.3 GTR驱动电路
1. 对基极驱动电路的基本要求 ① 控制开通GTR时，驱动电流前沿要陡(小于1 μs )，并有一定的过冲 电流，以缩短开通时间，减小开通损耗。 ② GTR导通后，应相应减小驱动电流，使GTR处于准饱和导通状态， 且使之不进入放大区和深饱和区，以降低驱动功率，缩短储存时间。 ③ GTR关断时，应迅速加上足够大的反向基极电流，迅速抽取基区 的剩余载流子，确保GTR快速关断，并减小关断损耗。 ④ GTR的驱动电路要具有自动保护功能，以便在故障状态下能快速 自动切除基极驱动信号，避免GTR遭至损坏。
图4.13 理想的GTR基极驱动电流波形
4.1.3 GTR驱动电路
2. 贝克钳位电路 为了提高GTR的工作速度，都以抗饱和的贝克钳 位电路作为基本电路。它使GTR工作在准饱和状 态，提高了器件开关过程的快速性能，因此成为 一种被广泛采用的基本电路。电路的具体形式如 图4.14所示。
图4.14 贝克钳位电路
GE GE GE
GE
GE
GE
4.1.4 IGBT驱动电路
④ 要提供大小合适的反向驱动电压。IGBT关断时，在栅 极和发射极间施加反向电压(－U )可防止因关断时浪涌电 流过大而使IGBT误导通，并使IGBT快速关断。但反向驱 动电压也不能过高，否则会造成栅-射极反向击穿。一般 取反向电压数值为－5～－10V。 ⑤ 要提供合适的开关时间。快速开通和关断有利于提高 工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载情况下，开关 时间过短会产生很高的尖峰电压，造成元器件击穿。因此 提供合适的开关时间，才能保证IGBT正常工作并不致损 坏。 ⑥ 要有较强的抗干扰能力及对IGBT的保护功能。驱动电 路与信号控制电路要严格进行电气隔离，防止相互间的干 扰；还要有完整的自保护功能。同时，信号控制电路到驱 动电路IGBT模块的引线要尽量短，且采用双绞线或同轴 电缆屏蔽线，以免引起干扰。
八大电路保护元器件的具体作用
八大电路保护元器件的具体作用电器设备在运行时，由于电路中存在着电压和电流的变化，当这些变化超出了设备所能承受的范围时，设备就会受到损坏，甚至可能导致火灾等事故的发生。
为了保障设备的正常运行，提高设备的安全性和可靠性，常见的电路保护元器件有八种，它们分别是熔断器、保险丝、过压保护器、过流保护器、过温保护器、电压稳压器、电流稳定器和电磁继电器。
下面我们来一一了解它们的具体作用。
1. 熔断器熔断器是一种保护设备的保护元器件，它可以在电路电流超过设定值时自动切断电路，以保护设备不受过载电流的损害。
熔断器通常适用于需要长时间工作的设备，比如电动机等。
当电流超过额定值时，熔断器内部的金属丝或铅丝就会热化，最终熔断，以达到切断电流的目的。
2. 保险丝保险丝与熔断器类似，也是一种电路保护元器件，适用于电路短时间超载或电路故障时。
保险丝通常由铅丝或铜丝制成，当电路中的电流超过保险丝额定的电流时，保险丝就会熔断，以达到切断电流的目的，保护设备。
保险丝通常用于电子设备中，比如家用电器。
3. 过压保护器过压保护器是一种常用的过压保护元器件，它可以保护设备免受电路电压过高的损坏。
当电路中的电压超过过压保护器的额定电压时，过压保护器会自动切断电路，以避免设备受到损坏。
过压保护器通常用于工业控制系统和计算机等高端设备。
4. 过流保护器过流保护器也是一种电路保护元器件，它可以在电路中的电流超过正常值时自动切断电路，以保护设备不受电流过大的损害。
过流保护器通常分为电子式和电磁式两种类型，电子式过流保护器适用于小电流，而电磁式过流保护器适用于大电流和电力系统。
5. 过温保护器过温保护器可以保护设备免受过热的损坏。
当设备内部温度过高时，过温保护器会自动切断电路，以避免设备发生过热的现象。
过温保护器通常用于电机、变压器等高功率设备中。
6. 电压稳压器电压稳压器可以在电压不稳定的环境下保持电路中的电压恒定。
它可以通过增加电路的阻抗或自然反馈来修正电路中电压的波动。
常用电子元器件基础知识课件
态碳氢化合物在高温和真空中分解，碳沉
积在瓷棒或 者瓷管上，形成一层结晶碳膜。
改变碳膜厚度和用刻槽 的方法变更碳膜的
长度，可以得到不同的阻值。
优点 ：制作简单，成本低；
缺点 ：稳定性差，噪音大、误差大。
碳膜电阻器
金属氧化膜电阻器 （RJ）
随着电子设备的发展其构成的零件
亦趋向小 型化、轻型化及耐用化等趋
势。在真空中加热合金，合金蒸发，
使瓷棒表面形成一层导电金属膜。刻
槽和改变金属膜厚度可以控制阻值。
优点：体积小、精度高、稳定性好、
噪音小、电感量小；
缺点：成本高。
金属氧化膜电阻器
绕线电阻器
把碳黑、树脂、粘土等混合物压制后经
过热处理制成。在电阻上用色环表示它的
阻值。这种电阻成本低，阻值范围宽，但
（RJ）、线绕电阻（RX）、电位器（RP）
其它还有合成碳膜电阻（RH） 、有机实芯电阻
（RS） 、无机实芯电阻（RN） 、氧化膜电阻、
沉积膜电阻、敏感电阻（光敏和热敏）等。
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按安装方式分：贴片式和插接式
❖
按功能分：负载电阻，采样电阻，分流电阻，保
护电阻等
碳膜电阻器（RT）
碳膜电阻器是一种应用最早、最广泛的
电位器的阻值变化连续、分辨率高、 阻值范围宽、
成本低。但对温度和湿度的适应性差，使用寿命
短。
4．多圈电位器
多圈电位器属于精密电位器。它分有带指针、
不带指针等形式，调整圈数有5圈、10圈等数种。
该电位器除具有线绕电位器的相同特点外，还具
有线性优良，能进行精细调整等优点，可广泛应
用于对电阻实行精密调整的场合。