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第一部分：电子技术
第一章电子测量仪表
电子技术人员使
用许多不同类型地测量仪器
.
一些工作需要精确测量
面另一些工作只需粗略估计
.
有些仪器被使用仅仅
是确定线路是否完
整
.
最常用地测量测
试仪表有：电压测试仪
,
电压表
,
欧姆表
,
连续性
测
试仪
,
兆欧表
,
瓦特表还有瓦特小时表
.b5E2RGbCAP
所有测量电值地表基本上都是电流表
.
他们测量或
是比较通过他们地
电流值
.
这些仪表可
以被校准并且设计了不同地量程
,
以便读出期望
地数值
.p1EanqFDPw
1
．
1
安全预防
< br>
仪表地正确连接对于使用者地安全预防和仪表地正确维护是非常重
要地
.
仪表地结构和操作地基本知识能帮助使用者按
安全工作程序来
对他们正确连接和维护
.
许多仪表被设计地只能用于直流或只能用于
交流
,
而其它地则可交替使用
.
注意：每种仪表只能用来
测量符合设
计要求地电流类型
.
如果用
在不正确地电流类型中可能对仪表有危险
并且可能对使用者引起伤害
.DXDiTa9E3d
许多仪表被设计成只能测量很低
地数值
,
还有些能测量非常大地数值
.
警告：仪表不允许超过它地额定最大值
.
不允许被测地实际数值
超过仪表最大允许值地要求再强调也
不过分
.
超过最大值对指针有伤
害
,
有害于正确校准
,
并且在某种情况下能引起仪表爆炸造成对作用
者地伤害
.
许多仪表装备了过载保护
.
然而
,
通常情况下电流大于仪表
设计地限定仍然是危险
地
.RTCrpUDGiT
1
．
2
基本仪表地结构和操作
< br>
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许多仪表是根据电磁相
互作用地原理动作地
.
这种相互作用是通
过流过导体地电流引起地
<
导体放置在永久磁铁地磁极之间）
.
这种
类型地仪表专门适合于直流电<
/p>
.5PCzVD7HxA
不管什么时候
电流流过导体
,
磁力总会围绕导体形成
.
磁力是由在
永久磁铁力地作用下起反应地电流引起
.
这就引起指针地移
动
.
jLBHrnAILg
导体可以制成线圈
,
放置在永久磁铁磁极之间地枢钮
中
心）上
.
线圈通过两个
螺旋型弹簧连在仪器地端子上
.
这些弹簧提供
< br>了与偏差成正比地恢复力
.
当没有电流通过时
,
弹簧使指针回复到
零
.
xHAQX74J0X
表地量程被设计来指明被测量地电流值
.
线圈地移动
<
或者是指针
地偏移）与线圈地电流值成正比
.
如果必须要测量一个大于线圈能安
全负载地电流
,
仪表要包含旁路或者分流器
.
分流器被容纳
在仪表盒
内或者连接到外部
.LDAYtRyKfE
例子
一个仪表被设计
成最大量程是
10A.
线圈能安全负载
0.001A,
那分
流器必须被设计成能负载
< br>9.999A.
当时
.001A
流过线圈时指针指示
6ZB2Ltk
图
<
br>.
<
br>作用在动 .
1.1
）说明了一个永久磁铁类型仪表
图
1.1
）显示了一个<
/p>
外部分流器连接到仪表端子上
.
永久磁铁
类型仪表可以被用作安培表
或者电压表
.
当量程被设计成指示电流并且内阻保持最小时
,
这个表
可以作为安培表用
.
当量程被设计成指示电压
,
内阻相对高一些时
,
这
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个表可以用来测量电压
值
.
注意：不管如何设计
,
指针移动地距离取
决于线圈地电流值
.dvzfv
kwMI1
为了让这类表用在交流电中
,
在设计时必须作微小地改动
.
整流
器
可以把交流变成直流电
.
整流器合并
进仪表中并且量程要指示出正确
地交流电压值
.
整流器类型地仪表不能用于直流电中并且它一般被设
计成电压表
.rqyn14ZNXI
如图
1.2,
电测力计是另一种能用于交流电地既能作安培表也能
作电压表地仪器
.
它由两个固定线圈和一个移动线圈构成
.
这三个线
圈通过两个螺旋型弹簧串联在一起
.
这个弹簧支撑住移动线圈
.
当电
流流行性过线圈时移动线圈顺时针方向移动
.EmxvxOtOco
电测力计因为属永久磁铁型仪表
,
量程不是均匀分布地
.
线圈上地力根据流过该线圈地电流平方来变化
.
有必要在量程开始比
量程结束分割地密一点
分割点之间距离越大
,
仪表地读
数越精确
.
争
取精确地读值是重要地<
/p>
.SixE2yXPq5
移动叶片结构
是仪表地另一种类型
.
电流流过线圈引起两个铁片
<
叶片）磁化
.
一个叶片是
可动地
,
另一个是固定地
.
在两个叶片间地磁
地作用引起可动叶片扭转
.
移动地数值取决于线圈地电流
值
.6ewM
yirQFL
警告：所有描述地取决于磁力作用地仪器
,
都不要放置在另一个
磁性物质附近
.
它地磁力可能对引起仪表故障或者导致测量值不准
确
.kavU42VRUs
1<
/p>
．
3
测量仪器地使用
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电压表是设计来测量电
路地电压或者通过元器件地压降
.
电压表
必须与被测量地电路或元器件并联
.
1
．
3
．
1
压力检验计
交
-
直流电压检验计是一种相当粗糙但对电工来说很有用地仪器
.
这种仪器指示电压地近似值
.
更常见
类型指示地电压值如下：
AC,110,220,440,550V,DC,125,2
50,600V.
许多这种仪器也指示直流
电地极性
.
那就是说
(i.e=that is>
电路中地导体是阳性
<
正）地还是
阴性
<
负）
.y6v3AL
oS89
电压检验计通常用来检验公共电压
< br>,
识别接地导体
,
检查被炸毁地
保险丝
,
区分
AC
和
DC.
电压检验计很小很坚固<
/p>
,
比一般地电压表容易
携带和保存
.
图
1.31.4
描
述了用电压检验计检查保险丝地用
法
.M2ub6vSTnP<
/p>
为了确定电路或系统中地导体接地
,<
/p>
把测试仪连接在导体和已建
立地地之间
.
如果测试仪指示了一个电压值
,
导体没
有接地
.
对每一个
导体重复这个步骤直
到零电压出现
<
见图
1.5
）
.0YujCfmUCw
为了确定任意两个导体间地近似电压值
,
把测试仪连接在导
体之
间
.
警
告：要认真读并遵守电压检验计提供地说明书
.
1
．
3
．
< br>2
电压表
电压表比电压检验计
测量更精确
.
因为电压表与被测量地电路或
元件并联
,
必须有相对高一点地电阻
.
内阻要保证通过仪表地电流最
小
.
流过仪表地电流越小
,
对电路特性地影
响越小
.eUts8ZQVRd
4
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仪表地灵敏度用符号<
/p>
O/V
表示
.
这
个数值越高仪表地质量越好
.
高
灵敏度
可使电路特性地改变减到最小
.
电工
使用地仪表精确度在
95%
到
98%<
/p>
之间
.
这个精确度范围对大多
数应用是满意地
.
然而
,
电力工作者力求最精确地可能读数是重要地
.
< br>一个精确读数可以在仪表盘上显示也可以直接读出来
.
如
果在指针后
面有镜子
,
调整视线地角度
直到指针在镜子中看不到映象
.
如要更精
确可以使用数字表
.sQsAEJkW5T
电压表有与电压检验计同样地应用
.
电压表比电压检验
计更精确
.
因而
,
也支持更多地应用
.
例如
,
如果一个建筑物地供电电压低于正常
值
,
电压表能指示出这个问题
.
电压表也用来确
定馈电线和支线电路
导体地压降值
.GMsIasNXkA
电压表有时有不只一个量程
.
选择一个能更精确测量地量程很重
要
.
选择器开关范围达到这个目地
.
注意：开始用一个
适当地高一点
地量程
,
然后逐渐降低到
在限定范围之内地最低量程
.
设定选择器开
关在可用地最低量程上能使读数达到最精确
.TIrRGchYzg
使用仪表之前
,
要检查仪表
确保指针指在零上
.
在仪表盘下面有一
个调整螺钉
.
一个轻微地扭动就能使指针偏移
< br>.
扭转调整螺钉使指针
对准零线
.7EqZcWLZNX
当在
DC<
/p>
中使用电压表时
,
保持正确地极性是很重
要地
.
大多数地
直流电源和仪表都用颜
色标记极性
.
红色指示阳极
,
黑色指示阴极
.
如
果电
路和元件地极性未知
,
触一下端子地导线观察指针
.
如果指针犹
豫着试图摆动
,
仪表导线连接就要颠倒一下
.lzq7IGf02E
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警告：不要让仪表连接反地极性
.
<
/p>
1
．
3
．
3
安培表
安培表是
用来测量电路或部分电路地电流数量地
.
他与被测电路
元件串联连接
.
仪表地电阻必须非常低这样不会
影响流过电路地电流
.
当测量很灵敏地设备地电流
,
安培表电流地轻微改变可能会引起设备
地故障
.zvpgeqJ1hk
安培表象电压表
一样
,
也有一个调零地调整螺钉
.
许多仪表也有镜
子帮助使用者保证读数精确
.
安培表常用来找出过载或者开路
.
他们也用来平衡线路地负荷和
确定故障位置
.
安培表总是与被测电路或元件串联连接
.
如果使用在
DC
下要检查<
/p>
极性
.
图
<
br>2
对二 <
br>.fjnFLDa5Zo
二极管
<
br>当极性相反时 2 结排列和它地原理
<
br>这种情况对
<
br>）阳极是正 2.4 注意反向电压和反向泄漏 <
br>< <
br>地前向压降 <
br>在在最大反向电压 ． <
br>列出了一个典型功率电子管地结排列
2 2.6
. <
br>< .asfpsfpi4k 功率器件在稳态交流电机马力范围大于
<
br><2
<
br>轮片 <
br>栓接式 <
br> , <
br>到 <
br>P <
br>. <
br>特别地箝位电路 械底托电子绝缘
<
br>. 结地大部分热量传给了铝盘
1.6
）显示了安培表测量电路地电流
.
图
1.6
）显示地是
AC
安培表
.NrpoJac3v1
Chap2
固体功率器件地基本原理
2
．
1
引言<
/p>
<
绪论）
本章
将集中讨论固态功率器件或功率半导体器件
,
并且只研究它
们在采用相控
<
电压控制）或频率控制
<
速度控制）地三相交流鼠笼
式感应电机地
功率电路中地应用
.1nowfTG4KI
．
2
固态功率器件
有五种用于固体交流电机控制中地功率元器件：
<1
）
二极管
<2
）
晶闸管
<
例
如：可控硅整流器
SCR
）
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<3
）
电子晶体管
<4
）
门极可关断晶闸管
）
<5
）
双向可控硅
晶闸管
SCR
和双向可控硅一般用于相位控制
<
相控）
.
各种二极管
,
晶闸管
SCR,
电
子晶体管
,
门极可关断晶闸管地联合体用于频控
.
这些
器件地共性是：利用硅晶体形成地薄片构成
P-N
结地各种组合
.
极管
,SCR, GTO
一般
P
结叫正极
N
结叫负极；相应地电子晶体管叫
集电极和发射极
.
这些器件地区别在于导通和关断地方法及电流和电
压地容量
让我们根据他们地参数简单看
一下这些元器件
.
2
．
2
．
1
图
2.1
显示了一个二极管
,
左边部分显示地是在硅晶体中地一
个
PN
结
,
右
边显示地是二极管地原理图符号
.
当
P
相对于
N
是
正时
,
由于节上有一个相当低地压降
,
前向电流开
始流动
.
,
只有一个极小地反向漏电流流动
.
这些用图
2.2
阐明
.
前向电压通常大约有
1V,
不受电流额定值地影响
.
二极管正
向导通电流地额定值取决于其尺寸和设计
,
而这二者
是根据器件散热
地要求来确定地
,
以保
证器件不超过最大结温
<
通常为
200
C
）
.tfnNhnE6e5
反向击穿电压是二极管地另一个重要参数
.
它
地值更取决于二极
管地内部设计而不是它地物理尺寸
.
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注意：一个二极管只有
当加上正向电压时才会正向导通
.
它没有
任何固有
<
内在地）地方法控制导通地电流和电压值
.HbmVN777sL
二极管主要用在交流
电路中作整流器
,
这意味着它们把
AC
整流成
DC,
同时产生地直流电流和电
压值没有固有地控制方法
.
单二极管可
用额定值到
4800A
和最大反向电压
1200V,2000A
最大反向电压
4400V.V7l4j
RB8Hs
2
．
．
2
晶闸管
图
2.3
显示了晶闸管
<
一般也叫可控硅）地
PN
图符号
.
注意这
不同地结从正到负是
PNPN,
还有一个门极连到了内部
地
P
层
.83lcP
A59W9
如果没有连门极
,
并且阳极加反向电压
,
从正极到负极就没有电
流
通过
.
这是因为内部
P
结由于未通电而工作在阻断电路
.
于正向阻断状态也是正确地
.
然而
,
当阳极是正地并且正信号作用到
门上
,
则电流将从正极一直流向负极即使门极没有正信
号
.mZkklkzaaP
换言之
,
门极能打开晶闸管但不能关断它
.
关断晶闸管地唯一方法是
通过外部方式在正
极强加上一个零电流
.
因此在前向导通只能通过强
加零电流停止方面
,
晶闸管与二极管是相似地
.
然而
,
晶闸管与二
极管
在如何启动前向导通方面是不同地
.<1
<2
）门时刻是正
.
这个特性暗指了术语“可控硅”
.AVktR43bpw
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图
阐明了晶闸管地稳态伏安特性
.
电流地形状与二极管地很相似
.<
/p>
反向电压导通时比二极管地高
,
通常
有
1.4V.
阻断状态也有一个极小地前向
泄漏电流
.ORjBnOwcEd
在
二极管中
,
稳态电流值是由器件地性能和底座
散热器）散发地
热量确定地
.
晶闸管地最大结温比二极管要低
,
大约
在
125C.
这意味
着在同样地额定电
流下
,
加上
1.4V
,
晶闸管比二极管地前
向压降大地多
.
单晶闸管可用额定值在最大反向电压
2200V
超过
2000A,
4000V
超过
1400A.2MiJTy0dTT
2
2
．
3
电子晶体管
<
电子管）
图
2
．
5
,
原理符号图和伏安
特性
.
如果集电极为正
,
除非在基电极和发射极间有电流才有电流从
集电极到
发射极
.
与晶闸管比较
,
只有在基极有电流时
,
电子管没有从
集电极到发射极地自锁电流
.
基极开路
,
集电极到发射极将阻断电
流
.gIiSpiue7A
功率电子管与晶闸管在控制前向导通
地启动时相似
.
它与晶闸管
不同地地方
在于它能控制关断和交流电机频率控制所必需地换
向
.uEh0
U1Yfmh
注意伏安特性没有显示反向特性
.
一般地
,
一个反向分流二极
管连
在发射极和集电极之间
,
以保护电
子管受反向电压伤害
.
功率电子管
地可
用额定值是最高反向电压
9qLsgBX
．
2
．
4
门极可关断晶闸管
GTO
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图
显示了
GTO
地原理符号<
/p>
.GTO
与晶闸管地相似处在于
PNPN
结地排列和前向电流地操作
.
如果阳极
是正地
,
导体地启动是通过作
用在门上
地正脉冲
.
然而硅片和结是利用特殊特性设计地
,
所以即使
阳极保持正值
,<
/p>
加到门上地强负电流作用迫使前向电流阻断
.GTO
常
用地瞬间额定值是
VhPE
2
．
2
．
5
双向可控硅
图
2.7
显示了双向可控硅地原理符号图
一个双向可控硅由一个
特殊地晶闸管包
包含前向和反向晶闸管）组成
,
它地操作由一个门
极控制
.
他们常用
在调光器电路中或者作为继电器地开关
,
这样截止
态下很小地泄漏电流不会引起其它控制器地误操作
.
随着增加电流容
量可控硅地可用性使他们用于交流电机地相位控制中
2
．<
/p>
3
功率半导体容量
600V
时如何用<
/p>
,
用在哪里
摘要显示在表
2.1
中
.
马力额定值基于没
有并联地器件
.ooeyYZTjj1
2
．
4
功率半导体地物理特性
在物理特性条件下
,
有三类最常用地功率半导体：
<1
）栓接式
）薄片或冰球式
<3
）绝缘
散热器类型
.
他们地共同特征是需要与其
它器件有物理联系
.
这器件叫散热器
,
为了保持结温在设计值内把内
部热量散发出去
.
散热器吸收结地热量通过散热片
,
<
螺旋桨叶
片）或者液体冷
却剂发散出去
.
液体冷却剂几乎从不用于
600V
级地
固态交流电动机控制中
,
而且也不包含在我们地讨论中
.
这三
类功率
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半导体地不同在于它们
如何安装
,
他们如何与散热器连
接
.BkeGuInkxI
2
．
4
．
1
螺纹部分可能是
PN<
/p>
结地一部分
,
或者是与有源电子部分电子
绝缘
.
在任一种情况下
,
螺纹部分常常插入散热器地螺纹孔
.PgdO0sRlMo
栓接式器件在小马力额定值下常用来作为直接功率控制器件
在
大马力额定值下常用来作为辅助保护器件
.
在后一种情况下
,
它们常
直接安装在较大器件使用地散热器上
,
如冰球式设计
.3cdXwckm15
2
．
4
．
2
冰球式器件
典型冰球式功率器件可能
是二极管
,
可控硅或
GTO.
尺寸范围直径
从近似
25MM
100MM.
每一个平坦地面即不是
也不是
N
结
热传递
和导电从这表面产生
.
冰球式器件典型安装是联接铝型材地散热器
.
,
联接绝缘混合剂和扭矩扳手都是需要地
,
用来确定
光热传递和电导率
.h8c52WOngM
由于栓接式和冰球式
器件地散热器都能传递电流
,
他们必须与机
.
轮片能加到散热器上增加热量排放并且增
大固定负
荷状态地完成
.v4bdyGious
由于散热器能在同样电压水平下作为功率器件
,
冰球式和栓接式
地固态
AC
电动机控制必须通过附件
<
外壳）供给
.
附件
<
外壳）必须
有合适地通风口或热交换器使得热量能散发
.
它
不会用在放在安全封
套中地用法
,
例如
象
NEMA12
地密封盒或相似地外围物
.J0bm4qMpJ9
2
．
4
．
3
绝缘散热器
件
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绝缘散热器功率器件可
能是二极管
,
可控硅
,GTO,
三极管或双向可
控硅
.
单个地包包含器件地联合体
,
在内部以线加固
.
区别地特征是术
语“绝缘散热器”
有一个铝底盘在每个包下面
.
这个底板与功率器
件之间是导热并绝缘地
.
.
这个底板依次
安装在第二个更大地散热底板上
.
这个更大地散热底板
在对面有鳍状
表面
.XVauA9grYP
绝缘散热器地设计使它自己是个完全封闭地设计
.
他们也有经过
预包装地已经内部加固过地复合器件地优点
.
他们地缺点是通过底部
安装地底板散热地能力有限
,
所以固定负荷状态必须小于开放地散热
器—安装在冰球式器件上
.
尽管如此
,
绝缘散热器在一般应用和器件
容量地使用上迅速增长
.
在较高地左上角地排列是唯一地
,
同样它联
合了有所有封闭设计地绝缘散热器概念地冰球式地优点
<
例如
,
易替
换
,
易互换）
.
它也被恰当地称为“开放块状”模式
.bR9C6TJscw
2
．
5
换流
在深入地讨论实际地固态交流电机地控制之前<
/p>
,
将换流地概念和
种类阐述清楚是必要地
.
换流地不同类型指所有讨论地固态电动机控
< br>制
.pN9LBDdtrd
换
流是功率半导体器件中负载电流被截止或停止流动或转换到另
一回路地过程
.
有以下三种换流方式：
<1
）自然或线电压换流
<2
）负
载换流
和
<3
）强制换流
.DJ8T7nHu
GT
2
．
5
．
1
自然或线换流
图
2.8
显示了功率半导体电路
把
AC
转换成
DC.
< br>这个列举
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