电力牵引变流技术GTO、GTR的原理与结构.pptVIP

直流牵引电动机，特别是直流串励牵引电动机，由于具有适合牵引需要的“牛马”特性、起动性能好、调速范围宽、过载能力强、功率利用充分、控制简单等优点，因此多年来一直作为各种车辆的主要牵引动力。应用大功率可关断晶闸管(GTO)等元件构成斩波调速系统，进一步改善了直流传动城市轨道交通车辆的运行性能，在中国早期的地铁车辆上都采用这种传动方式，如上海地铁一号线、北京地铁一号线等地铁线路的部分车型上就采用的直流牵引传动方式。 【项目描述】 1、熟悉电力晶体管、可关断晶闸管的结构，熟练掌握其工作原理、检测方法及触发电路。 2、熟练掌握直流斩波电路的工作原理。 3、熟练掌握城轨车辆直-直型调速主电路工作原理及基本控制方式。 4、掌握城轨车辆直流牵引供电系统的结构及电气原理。 5、能熟练分析城轨车辆的直流牵引传动系统主电路的电气原理。 6、能熟练使用相关仪器、设备对城轨车辆直流牵引传动系统进行维护、简单调试及常见故障分析与检修。 【学习目标】 【项目导入】 （a）串联电阻调速 (b)直流斩波调速 图2-1 城轨直流牵引传动系统示意图 早期的城轨车辆，由于交流变频调速技术的不成熟，大多采用直流牵引传动。图2-1是城轨车辆直流牵引传动系统示意图。采用直流750V与1500V供电制式，第三轨或者接触网受流，第三轨一般采用750V供电，接触网采用750V与1500V。电源引入城轨车辆后，经过滤波、电阻调速、斩波调速（包括斩波调阻、斩波调压）得到大小可调的直流供给直流牵引电动机，从而控制直流牵引电动机的转速，实现对城轨车辆速度的控制与调速。 【学习任务】 可关断（GTO）的内部结构 2.1、GTO的结构及工作原理 GTO的驱动电路 理想的门极驱动信号（电流、电压）波形如图所示，其中实线为电流波形，虚线为电压波形。 2.1、GTO的结构及工作原理 GTO的驱动电路 GTO门极驱动电路包括开通电路、关断电路和反偏电路。下图为双电源供电的门极驱动电路，由门极导通电路、门极关断电路和门极反偏电路组成。 门极反偏电路 门极关断电路 门极导通电路 2.1、GTO的结构及工作原理 【相关知识点】： 开关器件 开关器件有许多，经常使用的是场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT，在小功率开关电源上也使用大功率晶体管GTR，本实例中使用的是GTR。 2.2、GTR的结构及工作原理 1 基本结构 通常把集电极最大允许耗散功率在1W以上，或最大集电极电流在1A以上的三极管称为大功率晶体管，其结构和工作原理都和小功率晶体管非常相似。由三层半导体、两个PN结组成，有PNP和NPN两种结构，其电流由两种载流子（电子和空穴）的运动形成，所以称为双极型晶体管。(共射极接法） 2.2、GTR的结构及工作原理 大功率晶体管通常采用共发射极接法，图4-4（c)给出了共发射极接法时的功率晶体管内部主要载流子流动示意图。图中，1为从基极注入的越过正向偏置发射结的空穴，2为与电子复合的空穴，3为因热骚动产生的载流子构成的集电结漏电流，4为越过集电极电流的电子，5为发射极电子流在基极中因复合而失去的电子。 2.2、GTR的结构及工作原理 对大功率三极管来讲，单靠外壳散热是远远不够的。例如， 50W的硅低频大功率晶体三极管，如果不加散热器工作， 其最大允许耗散功率仅为2—3W 2.2、GTR的结构及工作原理 2 工作原理 在电力电子技术中，GTR与其它的电力电子器件一般工作于开关状态，在电子技术中，一般工作于放大状态。晶体管通常连接成共射极电路，NPN型GTR一般工作于正偏（Ib0)时大电流导通，反偏时(Ib0)时处于截止状态。因此，我们通过控制基极信号，施加足够大功率的脉冲驱动信号，晶体管将工作于导通与截止状态，这时的GTR与我们前面学过的全控晶闸管一样，相当于可控制导通也可控制关断的一个开关。 2.2、GTR的结构及工作原理 GTR共发射极接法的输出特性 3 基本特性 ①输出特性 共发射极接法时，GTR的典型输出特性如图4-6，可分为3个工作区： 截止区。在截止区内，Ib≤0，Ube≤0，Ubc＜0，集电极只有漏电流流过。 放大区。Ib＞0，Ube＞0，Ubc＜0，Ic =βIb。 饱和区。，Ube＞0，Ubc＞0。Ics是集电极饱和电流，其值由外电路决定。 2.2、GTR的结构及工作原理 ②动态特性 动态特性描述GTR开关过程的瞬态性能，又称开关特性。GTR在电力电子技术中，主要工作于饱和区，通常工作在频繁开关状态。图4-7表明了GTR开关特性的基极、集电极电流波形。 整个工作过程