第1章 晶闸管的串并联和保护
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电力电子技术(第4版)第3讲 电力电子器件
过程快，承受di/dt能力强 。
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
⑵ GTO的动态特性
iG
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t s ，使等效晶体退出饱 和 。 下降时间 t f ，
O t
尾部时间 t —残存载流子复
t
iA IA 90%合。
10%IA 0
电力电子器件
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 电力电子技术
A 强 G K O U AK 光强度 弱
a)
b)
因此目前在高压大功率 的场合。
图1-10 光控晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
1.6
典型全控型器件
1.6.0 引言
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。
20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时 代。
第1章：
电力电子器件
1.6.2
术语用法：
电力晶体管
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为 巨型晶体管） 。
耐 高 电 压 、 大 电 流 的 双 极 结 型 晶 体 管 （ Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称 为Power BJT。 应用:
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
⑵ GTO的动态特性
iG
开通过程：与普通晶闸管相同 关断过程：与普通晶闸管有所不同 储存时间 t s ，使等效晶体退出饱 和 。 下降时间 t f ，
O t
尾部时间 t —残存载流子复
t
iA IA 90%合。
10%IA 0
电力电子器件
③最大可关断阳极电流 I A T O ——GTO额定电流。 ④ 电流关断增益off ——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电 流最大值IGM 之比称为电流关断增益。
o ff
I ATO I GM
off一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。
1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A 。 电力电子技术
A 强 G K O U AK 光强度 弱
a)
b)
因此目前在高压大功率 的场合。
图1-10 光控晶闸管的电气 图形符号和伏安特性
a) 电气图形符号 b) 伏安特性
电力电子技术
第1章：
电力电子器件
1.6
典型全控型器件
1.6.0 引言
门极可关断晶闸管——在晶闸管问世后不久出现。
20世纪80年代以来，电力电子技术进入了一个崭新时 代。
第1章：
电力电子器件
1.6.2
术语用法：
电力晶体管
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为 巨型晶体管） 。
耐 高 电 压 、 大 电 流 的 双 极 结 型 晶 体 管 （ Bipolar Junction Transistor——BJT），英文有时候也称 为Power BJT。 应用:
电力电子技术(第3版)PPT 第一章 电力电子器件
采用硒堆保护的优点是它能吸收较大的浪涌能量；但存在体积大， 反向特点不陡，长期放置不用会发生“储存老化”，即正向电阻增大， 反向电阻降低而失效的缺点，所以使用前必须先加50%的额定电压 10min，再加额定电压2h，才能恢复性能.
Date:
2021-6-26
Page: 25
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
2） 非线性电阻保护
硒堆由成组串联的硒整流片构成，如图所示为硒堆保护几种接 法。(a)图为单相时的接法。单相时用两组对接后再与电源并联； (b)、(c)为三相的接法，三相时用三组对接成Y形或用六组结成D形。
硒堆保护几种接法 a）单相连接 b）三相Y型连接 c）三相△连接
（1）电阻均流 如图b)所示，在并联的各晶闸管中串入一小电阻R是最简便的均流方
法。均流电阻R由下式决定： R (0.5 ~ 2)UT () I Ta
串入均流电阻R后，电流分配不均匀度可大大地改善，但因电阻上有损耗， 并且对动态均流不起作用，只适用于小功率场合。对于大电流器件的并联，均 流可领先各并联支路的快熔电阻、电抗器电阻和连接导线电阻的总和来达到。
Date:
2021-6-26
Page: 31
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（1）静态均压（正反向阻断状态下的均压）
Date:
2021-6-26
Page: 32
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（2）动态均压（开通过程与关断过程的均压）
Date:
2021-6-26
Page: 33
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
IF
UROM URSM
+
_
Date:
2021-6-26
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
2） 非线性电阻保护
硒堆由成组串联的硒整流片构成，如图所示为硒堆保护几种接 法。(a)图为单相时的接法。单相时用两组对接后再与电源并联； (b)、(c)为三相的接法，三相时用三组对接成Y形或用六组结成D形。
硒堆保护几种接法 a）单相连接 b）三相Y型连接 c）三相△连接
（1）电阻均流 如图b)所示，在并联的各晶闸管中串入一小电阻R是最简便的均流方
法。均流电阻R由下式决定： R (0.5 ~ 2)UT () I Ta
串入均流电阻R后，电流分配不均匀度可大大地改善，但因电阻上有损耗， 并且对动态均流不起作用，只适用于小功率场合。对于大电流器件的并联，均 流可领先各并联支路的快熔电阻、电抗器电阻和连接导线电阻的总和来达到。
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2021-6-26
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（1）静态均压（正反向阻断状态下的均压）
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2021-6-26
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
（2）动态均压（开通过程与关断过程的均压）
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§1.3 晶闸管的保护、扩容和简单测试
IF
UROM URSM
+
_
(完整版)《电力电子技术》第1章课后习题答案
1.1 晶闸管导通的条件是什么？由导通变为关断的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：u AK>0且u GK>0。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
1.2晶闸管非正常导通方式有几种？（常见晶闸管导通方式有5种，见课本14页，正常导通方式有：门级加触发电压和光触发）答：非正常导通方式有：(1) Ig=0，阳极加较大电压。
此时漏电流急剧增大形成雪崩效应，又通过正反馈放大漏电流，最终使晶闸管导通；(2) 阳极电压上率du/dt过高；产生位移电流，最终使晶闸管导通(3) 结温过高；漏电流增大引起晶闸管导通。
1.3 试说明晶闸管有那些派生器件。
答：晶闸管派生器件有：（1）快速晶闸管，（2）双向晶闸管，（3）逆导晶闸管，（4）光控晶闸管1.4 GTO和普通晶闸管同为PNPN结构，为什么GTO能够自关断，而普通晶闸管不能？答:GTO和普通晶闸管同为PNPN 结构,由P1N1P2 和N1P2N2 构成两个晶体管V1、V2 分别具有共基极电流增益α1 和α２，由普通晶闸管的分析可得，α1 + α2 = 1 是器件临界导通的条件。
α1 + α2＞1 两个等效晶体管过饱和而导通；α1 + α2＜1 不能维持饱和导通而关断。
GTO 之所以能够自行关断,而普通晶闸管不能,是因为GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：1）GTO 在设计时α2 较大,这样晶体管T2 控制灵敏,易于GTO 关断;2)GTO 导通时α1 + α2 的更接近于l,普通晶闸管α1 + α2 ≥1.5 ,而GTO 则为α1 + α2 ≈1.05 ，GTO 的饱和程度不深,接近于临界饱和,这样为门极控制关断提供了有利条件;3)多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小, 门极和阴极间的距离大为缩短,使得P2 极区所谓的横向电阻很小, 从而使从门极抽出较大的电流成为可能。
电力电子题库(第一章第四章)
电力电子题库（第一章第四章）《电力电子技术》机械工业出版社命题人马宏松第一章功率二极管和晶闸管知识点：功率二极管的符号，特性，参数晶闸管的符号、特性、参数、工作原理双向晶闸管的符号、特性、参数、工作原理可关断晶闸管的符号、特性、参数、工作原理一、填空题1、自从_1956____年美国研制出第一只晶闸管。
2、晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等特点。
3、晶闸管的三个极分别为阳极、阴极、门极4、晶闸管导通的条件：在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的阴极和门极间也加正向电压，两者缺一不可。
5、晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用。
6、晶闸管的关断条件：使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流7、双向晶闸管的四种触发方式：I+触发方式I-触发方式Ⅲ+触发方式Ⅲ-触发方式。
8、GTO的开通时间由延迟时间和上升时间组成。
9、GTO的关断时间由存储时间、下降时间、和尾部时间10、功率二极管的导通条件：加正向电压导通，加反向电压截止。
11、对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL___>_____IH12、晶闸管断态不重复电压UDSM与转折电压UBO数值大小上应为，UDSM__<______ubo>13、普通晶闸管内部有两个PN结,，外部有三个电极，分别是阳极A极阴极K极和门极G极。
14、晶闸管在其阳极与阴极之间加上正向电压的同时，门极上加上触发电压，晶闸管就导通。
15、、晶闸管的工作状态有正向阻断状态，正向导通状态和反向阻断状态。
16、某半导体器件的型号为KP50—7的，其中KP表示该器件的名称为普通晶闸管，50表示额定电流50A，7表示额定电压700V17、只有当阳极电流小于维持电流电流时，晶闸管才会由导通转为截止。
18、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会减小二、判断题1、第一只晶闸管是1960年诞生的。
（错）2、1957年至1980年称为现代电力电子技术阶段。
电力电子技术课后习题-第一章
第1章电力电子器件填空题：1.电力电子器件一般工作在________状态。
2.在通常情况下，电力电子器件功率损耗主要为________，而当器件开关频率较高时，功率损耗主要为________。
3.电力电子器件组成的系统，一般由________、________、________三部分组成，由于电路中存在电压和电流的过冲，往往需添加________。
4.按内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况，电力电子器件可分为________、________、________三类。
5.电力二极管的工作特性可概括为________。
6.电力二极管的主要类型有________、________、________。
7.肖特基二极管的开关损耗________快恢复二极管的开关损耗。
8.晶闸管的基本工作特性可概括为____ 正向有触发则导通、反向截止____ 。
9.对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。
10.晶闸管断态不重复电压U DRM与转折电压U bo数值大小上应为，U DRM________Ubo。
11.逆导晶闸管是将________与晶闸管________（如何连接）在同一管芯上的功率集成器件。
12.GTO的________结构是为了便于实现门极控制关断而设计的。
13.功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为________。
14.MOSFET的漏极伏安特性中的三个区域与GTR共发射极接法时的输出特性中的三个区域有对应关系，其中前者的截止区对应后者的________、前者的饱和区对应后者的________、前者的非饱和区对应后者的________。
15.电力MOSFET的通态电阻具有________温度系数。
16.IGBT 的开启电压U GE（th）随温度升高而________，开关速度________电力MOSFET 。
17.功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。
第1章--电力晶体管和晶闸管
Ｉ，对应为0.4V～1.2V共九个组别。 2) 维持电流 IH ：使晶闸管维持导通所必需的最小电流
一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高， 则IH越小
3) 擎住电流 IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发 信号后， 能维持导通所需的最小电流。 对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
IG2 > IG1 > IG =0
UBO UA
雪崩 击穿
图1-5 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
16
IA
四、晶闸管的阳极伏安特性
正向 导通
1) 正向特性
URSM URRM -UA
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻
断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向
J1 J2 J3
K
a)
b)
图1-2 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
K G
A c)
11
晶闸管的管耗和散热：
管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压
管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超 过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热 和冷却。
冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风 扇）、水冷
雪崩 击穿
UDSM
电电压流超急过剧临增界大极，限器即件开正通向。转折电压Ubo，则漏
-IA
图1-5 晶闸管的伏安特性
随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降
IG2>IG1>IG
低。
导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相 仿。
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高， 则IH越小
3) 擎住电流 IL：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发 信号后， 能维持导通所需的最小电流。 对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
IG2 > IG1 > IG =0
UBO UA
雪崩 击穿
图1-5 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
16
IA
四、晶闸管的阳极伏安特性
正向 导通
1) 正向特性
URSM URRM -UA
IH
IG2
IG1 IG=0
O
UDRM Ubo +UA
IG=0时，器件两端施加正向电压，正向阻
断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向
J1 J2 J3
K
a)
b)
图1-2 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
K G
A c)
11
晶闸管的管耗和散热：
管耗＝流过器件的电流×器件两端的电压
管耗将产生热量，使管芯温度升高。如果超 过允许值，将损坏器件，所以必须进行散热 和冷却。
冷却方式：自然冷却（散热片）、风冷（风 扇）、水冷
雪崩 击穿
UDSM
电电压流超急过剧临增界大极，限器即件开正通向。转折电压Ubo，则漏
-IA
图1-5 晶闸管的伏安特性
随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降
IG2>IG1>IG
低。
导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相 仿。
晶闸管本身的压降很小，在1V左右。
电力电子技术试题及答案一
电力电子技术试题（第一章）一、填空题1、普通晶闸管内部有PN 结,，外部有三个电极，分别是极极和极。
1、两个、阳极A、阴极K、门极G。
2、晶闸管在其阳极与阴极之间加上电压的同时，门极上加上电压，晶闸管就导通。
2、正向、触发。
3、晶闸管的工作状态有正向状态，正向状态和反向状态。
3、阻断、导通、阻断。
4、某半导体器件的型号为KP50 —7 的，其中KP 表示该器件的名称为，50 表示，7 表示。
4、普通晶闸管、额定电流50A、额定电压100V。
5、只有当阳极电流小于电流时，晶闸管才会由导通转为截止。
5、维持电流。
6、当增大晶闸管可控整流的控制角α，负载上得到的直流电压平均值会。
6、减小。
7、按负载的性质不同，晶闸管可控整流电路的负载分为性负载，性负载和负载三大类。
7、电阻、电感、反电动势。
8、当晶闸管可控整流的负载为大电感负载时，负载两端的直流电压平均值会，解决的办法就是在负载的两端接一个。
8、减小、并接、续流二极管。
9、工作于反电动势负载的晶闸管在每一个周期中的导通角、电流波形不连续、呈状、电流的平均值。
要求管子的额定电流值要些。
9、小、脉冲、小、大。
10、单结晶体管的内部一共有个PN 结，外部一共有3 个电极，它们分别是极、极和极。
10、一个、发射极E、第一基极B1、第二基极B2。
11、当单结晶体管的发射极电压高于电压时就导通；低于电压时就截止。
11、峰点、谷点。
12、触发电路送出的触发脉冲信号必须与晶闸管阳极电压，保证在管子阳极电压每个正半周内以相同的被触发，才能得到稳定的直流电压。
12、同步、时刻。
13、晶体管触发电路的同步电压一般有同步电压和电压。
13、正弦波、锯齿波。
14、正弦波触发电路的同步移相一般都是采用与一个或几个的叠加，利用改变的大小，来实现移相控制。
14、正弦波同步电压、控制电压、控制电压。
15、在晶闸管两端并联的RC 回路是用来防止阳”接法。
（×）损坏晶闸管的。
9、晶闸管采用“共阴”接法或“共阳”接法都一样。
电力电子技术
VT4、VT5 —脉冲形成 VT7、VT8 — 脉冲放大 控制电压uK加在VT4基极上
脉冲前沿由VT4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时 间常数R11C3有关。 电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接 在VT8集电极电路中。
同步电压为锯齿波的触发电路
4) 双窄脉冲形成环节
内双脉冲电路
同步电压为锯齿波的触发电路
图2-7 同步电压为锯齿波的触发电路
同步电压为锯齿波的触发电路
1) 同步环节
同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相 同且相位关系确定。 锯齿波是由开关VT2管来控制的。
VT2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交 流电压决定。 VT2由导通变截止期间产生锯齿波——锯齿波起点基本就是同 步电压由正变负的过零点。 VT2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时
f 1 T 1 Re C ln 1 1
电路中R1上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。 R2是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。
三、具有同步环节的单结晶体管触发电路
图2-5 晶体管同步触发电路
注意：
每周期中电容C的充放电不 止一次，晶闸管由第一个脉 冲触发导通，后面的脉冲不 起作用。 改变Re的大小， 可改变电容 充电速度，达到调节α角的目 的。 削波的目的：增大移相范围， 使输出的触发脉冲的幅度基本 一样。不削波：UP≈ηUbb， 为正弦半波，移相范围小。
（二）过电流的产生及保护
1. 产生：短路、过载时会产生过电流 2. 保护：快速熔断器（1.57IT(AV)≥IFU≥ITM ）
银质 熔丝 石英沙
快速熔断器保护的接法 a)串于桥臂中 b)串于交流侧 c) 串于直流侧
脉冲前沿由VT4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时 间常数R11C3有关。 电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接 在VT8集电极电路中。
同步电压为锯齿波的触发电路
4) 双窄脉冲形成环节
内双脉冲电路
同步电压为锯齿波的触发电路
图2-7 同步电压为锯齿波的触发电路
同步电压为锯齿波的触发电路
1) 同步环节
同步——要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相 同且相位关系确定。 锯齿波是由开关VT2管来控制的。
VT2开关的频率就是锯齿波的频率——由同步变压器所接的交 流电压决定。 VT2由导通变截止期间产生锯齿波——锯齿波起点基本就是同 步电压由正变负的过零点。 VT2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度——取决于充电时
f 1 T 1 Re C ln 1 1
电路中R1上的脉冲电压宽度取决于电容放电时间常数。 R2是温度补偿电阻，作用是保持振荡频率的稳定。
三、具有同步环节的单结晶体管触发电路
图2-5 晶体管同步触发电路
注意：
每周期中电容C的充放电不 止一次，晶闸管由第一个脉 冲触发导通，后面的脉冲不 起作用。 改变Re的大小， 可改变电容 充电速度，达到调节α角的目 的。 削波的目的：增大移相范围， 使输出的触发脉冲的幅度基本 一样。不削波：UP≈ηUbb， 为正弦半波，移相范围小。
（二）过电流的产生及保护
1. 产生：短路、过载时会产生过电流 2. 保护：快速熔断器（1.57IT(AV)≥IFU≥ITM ）
银质 熔丝 石英沙
快速熔断器保护的接法 a)串于桥臂中 b)串于交流侧 c) 串于直流侧
电力电子器件的串联和并联使用
与MOSFET一样，通常IGBT不串联使用。
2. IGBT的并联连接
(1)并联时的注意事项
应考虑栅极电路、线路布线、电流不平衡和器件之间的温度不平衡等问题。
(2)并联时的接线方法
在各模块的栅极上分别接上各模块推荐值的栅极电阻RG。栅极到各模块驱动级的配线长短及引线电感要相等，否则会引起各模块电流的分配不均匀，并会造成工作过程中开关损耗的不均匀。
器件并联后，必须降低电流的额定值使用，
晶闸管并联连接时
1应尽可能选择参数比较接近的晶闸管进行并联；
2触发脉冲的前沿要陡，触发脉冲的电流要大，使并联的各晶闸管开通时间之差要小。
3在安装时使各并联支路铜线长短相同，使各支路的分布电感和导线电阻相近。布线尽可能对称,以减少磁场的影响。
在晶闸管装置需要同时采取串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法。
控制回路的接线应使用双芯线或屏蔽线。
主电路需采用低电感接线。使接线尽量靠近各模块的引出端，使用铜排或扁条线，以尽可能降低接线的电感量。
[归纳小结]
1、晶闸管的串并联注意事项。
2、双极型功率晶体管的串并联注意事项。
[布置作业]
为什么有的电力电子器件不采用串联连接？
[课后预习]
三相半波可控整流电路
湖南省技工学校
理论教学教案
教师姓名：
学
科
变频
调速
执行记录
日期
星期
检查
签字
班级
节次
课题
电力电子器件的串联和并联使用
课的
类型
复习
教
学
目
的
掌握电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
教
学
重
点
电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
2. IGBT的并联连接
(1)并联时的注意事项
应考虑栅极电路、线路布线、电流不平衡和器件之间的温度不平衡等问题。
(2)并联时的接线方法
在各模块的栅极上分别接上各模块推荐值的栅极电阻RG。栅极到各模块驱动级的配线长短及引线电感要相等，否则会引起各模块电流的分配不均匀，并会造成工作过程中开关损耗的不均匀。
器件并联后，必须降低电流的额定值使用，
晶闸管并联连接时
1应尽可能选择参数比较接近的晶闸管进行并联；
2触发脉冲的前沿要陡，触发脉冲的电流要大，使并联的各晶闸管开通时间之差要小。
3在安装时使各并联支路铜线长短相同，使各支路的分布电感和导线电阻相近。布线尽可能对称,以减少磁场的影响。
在晶闸管装置需要同时采取串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法。
控制回路的接线应使用双芯线或屏蔽线。
主电路需采用低电感接线。使接线尽量靠近各模块的引出端，使用铜排或扁条线，以尽可能降低接线的电感量。
[归纳小结]
1、晶闸管的串并联注意事项。
2、双极型功率晶体管的串并联注意事项。
[布置作业]
为什么有的电力电子器件不采用串联连接？
[课后预习]
三相半波可控整流电路
湖南省技工学校
理论教学教案
教师姓名：
学
科
变频
调速
执行记录
日期
星期
检查
签字
班级
节次
课题
电力电子器件的串联和并联使用
课的
类型
复习
教
学
目
的
掌握电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
教
学
重
点
电力电子器件的串联和并联原理与使用注意事项。
《电力电子技术》习题答案(第四版,
第1章电力电子器件1. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：uAK>0且uGK>0。
2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
第2章整流电路1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0和60时的负载电流Id，并画出ud与id波形。
解：α＝0时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。
在电源电压u2的负半周期，负载电感L 释放能量，晶闸管继续导通。
因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立：考虑到初始条件：当ωt＝0时id＝0可解方程得：==22.51(A)ud与id的波形如下图：当α＝60°时，在u2正半周期60~180期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180~300期间释放，因此在u2一个周期中60~300期间以下微分方程成立：考虑初始条件：当ωt＝60时id＝0可解方程得：其平均值为==11.25(A)此时ud与id的波形如下图：2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为2；②当负载是电阻或电感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。
答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。
因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。
以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。
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为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑 其时间电流特性。
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➢ 快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两 种
➢ 全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适 用于小功率装置或器件裕度较大的场合
➢ 短路保护方式：快熔只在短路电流较大的区 域起保护作用
➢ 对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控 型器件（很难用快熔保护），需采用电子电路 进行过电流保护
异，使器件电压分配不均匀。
➢ 静态不均压，串联的器件流过的漏电流相同，但 因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。
➢ 承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使 另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用。
➢ 反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一 个随之击穿。
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➢ 静态均压措施 ➢ 选用参数和特性尽量一致的器件 ➢ 采 正、用反电向阻电均阻压小，得Rp多的阻值应比器件阻断时的
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电阻均流
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均流变压器
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器件并联时，必须降低电流的额定值使用：
(0.8 ~ 0.9)np IT ( AV ) (1.5 ~ 2.0)I
式中：np 为并联支路数 IT（AV） 为晶闸管额定电流 I 为允许过载时晶闸管一组（桥臂）的
平均电流
IT ( AV )
(1.5 ~ 2.0)I (0.8 ~ 0.9)np
➢ 常在全控型器件的驱动电路中设置电子电路过 电流保护环节，响应最快
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（三）快速开关和过流继电器
快速开关都用在直流电路，全分断时间最快 为10ms。
过流继电器有直流和交流两种，动作时间一 般都是几百毫秒。
在容易发生过流的装置中，加设快速开关或 过流继电器。动作值整定得低些，当出现过流时， 总是快速开关或过流继电器首先动作，即使动作 速度不如快熔，也不致危及晶闸管。此后经过复 位，又可恢复正常工作。
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二. 过电流保护的一般方法
➢ 过电流——过载和短路两种情况 ➢ 常用措施：
快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器 ➢ 同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和
合理性
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➢ 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短 路时的部分区段的保护，直流快速断路器整 定在电子电路动作之后实现保护，过电流继 电器整定在过载时动作
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（二）快速熔断器的主要参数
1. 额定电压 根据熔断后快熔能实际承受的电压。 有250、500、750、1000、1500V五个等级。 2 . 额定电流 指快熔能能长期通过的电流有效值。 有10、50、100、200、350、500、750、1000A。
3 . 允通能量 通常用 i2dt表示。快熔的 i2dt值应 小于被保护器件的允许 i2dt值。
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器件串联时，必须降低电压的额定值使用：
(0.8 ~ 0.9)nsUTN (2 ~ 3)Um
式中：ns 为串联器件数 UTN 为晶闸管额定电压 Um 作用于串联器件上的正反向峰值电压
UTN
(2 ~ 3)Um (0.8 ~ 0.9)ns
(2.2 ~
3.8) Um ns
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第六章 晶闸管的串并联和保护
第一节 晶闸管的串联和并联
对较大型的整流装置，单个晶闸管的电压 和电流定额远不能满足要求。在高电压和大电流 的场合，必须把晶闸管的串联或并联起来应用， 或者晶闸管装置串联或并联起来应用。
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一. 晶闸管的串联
➢ 目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。 ➢ 问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差
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（一）快速熔断器（快熔）的过载特性与晶闸管的 配合
➢ 快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最 广的一种过电流保护措施
➢ 曲线1是300A快熔的保 护特性，表明流过快 熔的电流越大，其熔 断时间越短。当短路 电流通过时，熔断时 间可缩短到5ms以下。 在额定电流下工作时， 熔断时间为无穷大， 可长期工作。
(1.7
~
2.5) I np
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电力MOSFET和IGBT并联运行的特点
➢ 电力MOSFET并联运行的特点
➢ Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容 易并联
➢ 注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联 ➢ 电路走线和布局应尽量对称 ➢ 可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用
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➢ 动 态 不 均 压 —— 由 于 器 件 动态参数和特性的差异造 成的不均压。
➢ 动态均压措施：
➢选 择 动 态 参 数 和 特 性 尽 量一致的器件。
➢用RC并联支路作动态均 压。
➢采 用 门 极 强 脉 冲 触 发 可 以显著减小器件开通时 间上的差异。
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二. 晶闸管的并联
➢ 目的：多个器件并联来承担较大的电流
➢ 问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流 分配不均匀
➢ 均流措施 ➢挑选特性参数尽量一致的器件 ➢采用均流电抗器 ➢用门极强脉冲触发也有助于动态均流
➢当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串 后并的方法联接
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➢ 曲 线 2 是 额 定 电 流 200A 晶闸管的过载特性。在 交点A的左侧，快溶的 熔断时间小于晶闸管达 到额定结温所需时间， 快熔起到保护作用。在 A点的右侧快熔不起保 护作用。
➢ 再考虑到快熔和晶闸管的特性都有分散性，而且还 随温度而变化，所以快熔用作短路保护是合适的， 但不宜作过载保护。
➢ IGBT并联运行的特点
➢ 在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负的 温度系数
➢ 在以上的区段则具有正温度系数 ➢ 并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联
202 晶闸管的保护
一. 晶闸管的过电流及其保护
晶闸管在规定的冷却条件下， 通过两倍通态平均电流时，可经受的时间为0.5s； 通过三倍通态平均电流时，可经受的时间为60ms； 通过六倍通态平均电流时，可经受的时间为20ms； 通过二十倍通态平均电流时，可经受的时间为10ms。
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➢ 快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两 种
➢ 全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适 用于小功率装置或器件裕度较大的场合
➢ 短路保护方式：快熔只在短路电流较大的区 域起保护作用
➢ 对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控 型器件（很难用快熔保护），需采用电子电路 进行过电流保护
异，使器件电压分配不均匀。
➢ 静态不均压，串联的器件流过的漏电流相同，但 因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。
➢ 承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使 另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用。
➢ 反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一 个随之击穿。
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➢ 静态均压措施 ➢ 选用参数和特性尽量一致的器件 ➢ 采 正、用反电向阻电均阻压小，得Rp多的阻值应比器件阻断时的
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器件并联时，必须降低电流的额定值使用：
(0.8 ~ 0.9)np IT ( AV ) (1.5 ~ 2.0)I
式中：np 为并联支路数 IT（AV） 为晶闸管额定电流 I 为允许过载时晶闸管一组（桥臂）的
平均电流
IT ( AV )
(1.5 ~ 2.0)I (0.8 ~ 0.9)np
➢ 常在全控型器件的驱动电路中设置电子电路过 电流保护环节，响应最快
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（三）快速开关和过流继电器
快速开关都用在直流电路，全分断时间最快 为10ms。
过流继电器有直流和交流两种，动作时间一 般都是几百毫秒。
在容易发生过流的装置中，加设快速开关或 过流继电器。动作值整定得低些，当出现过流时， 总是快速开关或过流继电器首先动作，即使动作 速度不如快熔，也不致危及晶闸管。此后经过复 位，又可恢复正常工作。
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二. 过电流保护的一般方法
➢ 过电流——过载和短路两种情况 ➢ 常用措施：
快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器 ➢ 同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和
合理性
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➢ 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短 路时的部分区段的保护，直流快速断路器整 定在电子电路动作之后实现保护，过电流继 电器整定在过载时动作
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（二）快速熔断器的主要参数
1. 额定电压 根据熔断后快熔能实际承受的电压。 有250、500、750、1000、1500V五个等级。 2 . 额定电流 指快熔能能长期通过的电流有效值。 有10、50、100、200、350、500、750、1000A。
3 . 允通能量 通常用 i2dt表示。快熔的 i2dt值应 小于被保护器件的允许 i2dt值。
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器件串联时，必须降低电压的额定值使用：
(0.8 ~ 0.9)nsUTN (2 ~ 3)Um
式中：ns 为串联器件数 UTN 为晶闸管额定电压 Um 作用于串联器件上的正反向峰值电压
UTN
(2 ~ 3)Um (0.8 ~ 0.9)ns
(2.2 ~
3.8) Um ns
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第六章 晶闸管的串并联和保护
第一节 晶闸管的串联和并联
对较大型的整流装置，单个晶闸管的电压 和电流定额远不能满足要求。在高电压和大电流 的场合，必须把晶闸管的串联或并联起来应用， 或者晶闸管装置串联或并联起来应用。
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一. 晶闸管的串联
➢ 目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。 ➢ 问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差
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（一）快速熔断器（快熔）的过载特性与晶闸管的 配合
➢ 快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最 广的一种过电流保护措施
➢ 曲线1是300A快熔的保 护特性，表明流过快 熔的电流越大，其熔 断时间越短。当短路 电流通过时，熔断时 间可缩短到5ms以下。 在额定电流下工作时， 熔断时间为无穷大， 可长期工作。
(1.7
~
2.5) I np
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电力MOSFET和IGBT并联运行的特点
➢ 电力MOSFET并联运行的特点
➢ Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容 易并联
➢ 注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件并联 ➢ 电路走线和布局应尽量对称 ➢ 可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用
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➢ 动 态 不 均 压 —— 由 于 器 件 动态参数和特性的差异造 成的不均压。
➢ 动态均压措施：
➢选 择 动 态 参 数 和 特 性 尽 量一致的器件。
➢用RC并联支路作动态均 压。
➢采 用 门 极 强 脉 冲 触 发 可 以显著减小器件开通时 间上的差异。
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二. 晶闸管的并联
➢ 目的：多个器件并联来承担较大的电流
➢ 问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流 分配不均匀
➢ 均流措施 ➢挑选特性参数尽量一致的器件 ➢采用均流电抗器 ➢用门极强脉冲触发也有助于动态均流
➢当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串 后并的方法联接
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➢ 曲 线 2 是 额 定 电 流 200A 晶闸管的过载特性。在 交点A的左侧，快溶的 熔断时间小于晶闸管达 到额定结温所需时间， 快熔起到保护作用。在 A点的右侧快熔不起保 护作用。
➢ 再考虑到快熔和晶闸管的特性都有分散性，而且还 随温度而变化，所以快熔用作短路保护是合适的， 但不宜作过载保护。
➢ IGBT并联运行的特点
➢ 在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负的 温度系数
➢ 在以上的区段则具有正温度系数 ➢ 并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联
202 晶闸管的保护
一. 晶闸管的过电流及其保护
晶闸管在规定的冷却条件下， 通过两倍通态平均电流时，可经受的时间为0.5s； 通过三倍通态平均电流时，可经受的时间为60ms； 通过六倍通态平均电流时，可经受的时间为20ms； 通过二十倍通态平均电流时，可经受的时间为10ms。