中南大学电气工程训练元件认识报告

电气工程及自动化工程训练 元件认识报告

学 院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期

信息科学与工程学院

电气0903 0909091528 程芳锐 李志勇 黄挚雄

2012/9/4

电气工程训练是让我们实际接触理论知识涉及的东西，让我们了解自己所学的东西，是重要的实践教学环节。我们要把所学的知识用于实际首先就要认识元器件，在电气系统中，除了我们最常见的电阻、电感、电容外，还有一些仪器仪表，如示波器、万用表等。这次的实验就是认识这些器件。

一、 电阻

电阻是所有电路中使用最多的元件之一，通常用符号“R”表示。在物理学中，用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。电阻元件是对电流呈现阻碍作用的耗能元件。因为物质对电流产生的阻碍作用，所以称其该作用下的电阻物质。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。

电阻元件的电阻值大小一般与温度，材料，长度，还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。

电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。

1、 计算公式

电阻元件的电阻值大小一般与温度有关，还与导体长度、横截面积、材料有关。在温度一定的情况下，有公式

R=ρ *L/S

其中的ρ就是电阻率，L为材料的长度，单位为m，S为面积，单位为平方米。

2、 单位

导体的电阻通常用字母R表示，电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符号是Ω，1Ω=1V/A。比较大的单位有千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）。

1TΩ=1000GΩ；1GΩ=1000MΩ；1MΩ=1000KΩ；1KΩ=1000Ω。

3、阻值标式

3、1色环法 所谓色环法既是用不同颜色的色标来表示电阻参数。色环电阻有4个色环的，也有5个色环的，各个色环所代表的意义如下。

读取色环电阻的参数，首先要判断读数的方向。一般来说，表示公差的色环离开其他几个色环较远并且较宽一些。判断好方向后，就可以从左向右读数。

3、2、数字法

由于贴片电阻比较小，很少被标上阻值，即使有，一般也采用数字法，即：

101——表示10*10^1Ω即100欧的电阻； 102——表示10*10^2Ω即1KΩ的电阻； 103——表示10*10^3即10KΩ的电阻； 104——表示10*10^4即100KΩ的电阻； 503——表示50*10^3即50KΩ的电阻；

依次类推。如果一个电阻上标为22*103，则这个电阻为220KΩ。 3、2数码法

用三位数字表示元件的标称值。从左至右，前两位表示有效数位，第三位表示10n（n=0～8）。当n=9时为特例，表示10^（-1）。塑料电阻器的103表示10*10^3=10k。片状电阻多用数码法标示，如512表示5.1kΩ。

3、 电阻分类

按阻值特性 固定电阻、可调电阻、特种电阻 电 阻 按制造材料 分 碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻、无感电阻、薄膜电阻、金属玻璃铀电阻、无感电阻、贴片电阻SMT 插件电阻、贴片电阻 类按安装方式 按功能分 负载电阻，采样电阻，分流电阻，保护电阻等

二、电容

电容（或称电容量）是表现电容器容纳电荷本领的物理量。 电容从物

理学上讲，它是一种静态电荷存储介质，可能电荷会永久存在，这是它的特征，它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔直流等电路中。

在电路学里，给定电势差，电容器储存电荷的能力，称为电容（capacitance），标记为C。采用国际单位制，电容的单位是法拉（farad），标记为F。

C=εS/d=εS/4πkd（真空）=Q/U

在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法， 符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：

1法拉（F）= 1000毫法（mF）=1000000微法（μF） 1微法（μF）= 1000纳法（nF）= 1000000皮法（pF）。

在电子线路中，电容用来通过交流而阻隔直流，也用来存储和释放电荷以充当滤波器，平滑输出脉动信号。 2、1命名

国产电容器的型号一般由四部分组成 （不适用于压敏、可变、真空电容器）。依次分别代表名称、材料、分类和序号。

第一部分：名称，用字母表示，电容器用C； 第二部分：材料，用字母表示；

第三部分：分类，一般用数字表示，个别用字母表示；

第四部分：序号，用数字表示。

2、2主要种类

电解电容、陶瓷电容器、

三、 电感

电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感（self-inductance），是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感（mutual inductance）。

1、基本结构

电感可由电导材料盘绕磁芯制成，典型的如铜线， 也可把磁芯去掉或者用铁磁性材料代替。比空气的磁导率高的芯材料可以把磁场更紧密的约束在电感元件周围，因而增大了电感。电感有很多种，大多以外层瓷釉线圈（enamel coated wire ）环绕铁素体（ferrite）线轴制成，而有些防护电感把线圈完全置于铁素体内。一些电感元件的芯可以调节。由此可以改变电感大小。小电感能直接蚀刻在PCB板上，用一种铺设螺旋轨迹的方法。小值电感也可用以制造晶体管同样的工艺制造在集成电路中。在这些应用中，铝互连线被经常用做传导材料。不管用何种方法，基于实际的约束应用最多的还是一种叫做“旋转子”的电路，它用一个电容和主动元件表现出与电感元件相同的特性。用于隔高频的电感元件经常用一根穿过磁柱或磁珠的金属丝构成。

2、电感特性

电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。当线圈通入非稳态电流时，周围就会产生变化的磁场。通入线圈的功率越大，激励出来的磁场强度越高，反之则小（磁感应强度达到饱和之前）。 通过公式

L=μ×Ae*N2/ l·

进行分析。

L表示电感量、μ表示磁心的磁导率、Ae表示磁心的截面积、N表示线圈的匝数、lm表示磁心的磁路长度。

3、电感作用

电生磁、磁生电，两者相辅相成，总是随同显示。 当一根导线中拥有恒定电流流过时，总会在导线四周激起恒定的磁场。当把这根导线都弯曲

成为螺旋线圈时，应用电磁感应定律，就能断定，螺旋线圈中发生了磁场。将这个螺旋线圈放在某个电流回路中，当这个回路中的直流电变化时（如从小到大或许相反），电感中的磁场也应该会发生变化，变化的磁场会带来变化的“新电流”，由电磁感应定律，这个“新电流”一定和原来的直流电方向相反，从而在短时刻内关于直流电的变化构成一定的抵抗力。只是，一旦变化完成，电流稳固上去，磁场也不再变化，便不再有任何障碍发生。

从上面的过程来看，电感器的核心作用是阻止电流的变化。比如电流由小到大过程中，电感器都存在一种“滞后”作用，它能在一定时间内抵御这种变化。从另一个角度来说，正因为电感器拥有储存一定能量的作用，因此它才能在变化来临时试图维持原状，但需要说明的是，当能量耗尽后，则只能随波逐流。

电感的“通直阻交”特性，让其在电路中能够发挥巨大的作用。在板卡中，电感多被用在储能、滤波、延迟和振荡等几个方面，是保障板卡稳定、安全运行的重要元件。

另外，电感在变压器中应用很多。

四、继电器、接触器

继电器、接触器原理基本相同、只不过继电器用于控制电路，通小电流，低电压，可用来控制接触器。接触器则用在主电路，直接接通大电流，高电压。

1、继电器

继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

2、接触器

接触器（Contactor）狭义上是指能频繁关合、承载和开断正常电流及规定的过载电流的开断和关合装置。它应用于电力、配电与用电。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接

触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。如图：

在电工学上，因为可快速切断交流与直流主回路和 可频繁地接通与大电流控制（某些型别可达800安培）电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象﹐也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制。是自动控制系统中的重要元件之一。

在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，其用处相当广泛。

3、接触器的工作原理：

当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场， 产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。

3、1接触器结构：

交流接触器利用主接点来开闭电路， 用辅助接点来导通控制回路。 主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。 交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场，电磁铁芯由两个「山」字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定铁芯，套有线圈，工作电压可多种选择。为了使

磁力稳定，铁芯的吸合面加上短路环。交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。

另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点

的闭合断开。

20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接点。

接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时﹐最高操作频率可达每小时1200次。

接触器的使用寿命很高，机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百万次。

3、2技术发展

交流接触器制作为一个整体，外形和性能也在不断提高，但是功能始终

不变。

无论技术的发展到什麼程度，普通的交流接触器还是有其重要的地位。 空气式电磁接触器（英文：Magnetic Contactor）：主要由接点系统、电磁操动系统、支架、辅助接点和外壳（或底架）组成。

因为交流电磁接触器的线圈一般采用交流电源供电，在接触器激磁之后，通常会有一声高分贝的“咯”的噪音，这也是电磁式接触器的特色。 80年代后，各国研究交流接触器电磁铁的无声和节电，基本的可行方案之一是将交流电源用变压器降压后，再经内部整流器转变成直流电源后供电，但此复杂控制方式并不多见。

真空接触器：真空接触器是接点系统采用真空消磁室的接触器。 半导体接触器：半导体接触器是一种通过改变电路回路的导通状态和断路状态而完成电流操作的接触器。

永磁接触器：永磁交流接触器是利用磁极的同性相斥、异性相吸的原理，用永磁驱动机构取代传统的电磁铁驱动机构而形成的一种微功耗接触器。

4、主要分类

4、1按主触点连接回路的形式分为：直流接触器、交流接触器。 4、2按操作机构分为：电磁式接触器、永磁式接触器。 永磁交流接触器是利用磁极的同性相斥、

异性相吸的原理，用永磁驱动机构取代传统的电磁铁驱动机构而形成的一种微功耗接触器。国内成熟的产品型号：CJ20J、NSFC1、NSFC2、NSFC3、NSFC4、NSFC5、NSFC12、NSFC19、CJ40J、NSFMR。

安装在接触器联动机构上极性固定不变的永磁铁，与固化在接触器底

座上的可变极性软磁铁相互作用，从而达到吸合、保持与释放的目的。软磁铁的可变极性是通过与其固化在一起的电子模块产生十几到二十几毫秒的正反向脉冲电流，而使其产生不同的极性。根据现场需要，用控制电子模块来控制设定的释放电压值，也可延迟一段时间再发出反向脉冲电流，以达到低电压延时释放或断电延时释放的目的，使其控制的电机免受电网晃电而跳停，从而保持生产系统的稳定。

按驱动方式分为：液压式接触器、气动式接触器、电磁式接触器。

按动作方式分为：直动式接触器、转动式接触器。

5、主要区别

接触器原理与电压继电器相同，只是接触器控制的负载功率较大，故体积也较大。 交流接触器广泛用作电力的开断和控制电路。

继电器是一种小信号控制电器，它用于电机保护或各种生产机械自动控制。

6、技术参数

1、额定电压

（1）接触器铭牌额定电压是指主触点上的额定电压。通常用的电压等级为：直流接触器：110V，220V，440V，660V等档次。交流接触器：127V，220V，380V，500V等档次。如某负载是380V的三相感应电动机，则应选380V的交流接触器。

（2）额定工作电压额定工作电压是与额定工作电流共同决定接触器使用条件的电压值，接触器的接通与分断能力、工作制种类以及使用类别等技术参数都与额定电压有关。对于多相电路来说，额定电压是指电源相间电压(即线电压)。另外，接触器可以根据不同的工作制和使用类别规定许多组额定工作电压和额定电流的数值。例如：CJ10-40型交流接触器，额定电压为220V时可控制电动机为11kW，额定电压为380V时可控制电动机为20kW。

（3）额定绝缘电压额定绝缘电压是与介电性能试验、电气间隙和爬电距离有关的一个名义电压值，除非另有规定，额定绝缘电压是接触器的最大额定工作电压。在任何情况下，额定工作电压不得超过额定绝缘电压。 2、额定电流

（1）额定电流接触器铭牌额定电流是指主触点的额定电流。通常用的电流等级为：直流接触器：25A，40A，60A，100A，250A，400A，600A。交流接触器：5A，10A，20A，40A，60A，100A，150A，250A，400A，600A。

上述电流是指接触器安装在敞开式控制屏上，触点工作不超过额定温升，负载为间断—长期工作制时的电流值。所谓间断—长期工作制是指接触器连续通电时间不超过8h。若超过8h，必须空载开闭三次以上，以消除表面氧化膜。如果上述诸条件改变了，就要相应修正其电流值。具体如下： 当接触器安装在箱柜内，由于冷却条件变差，电流要降低10~20使用； 当接触器工作于长期工作制，而且通电持续率不超过40；敞开安装，电流允许提高10~25；箱柜安装，允许提高5~10。介于上述情况之间者，可酌情增减。 3、额定工作电流

（1）主触头额定工作电流根据额定工作电压、额定功率、额定工作制、使用类别以及外壳防护型式等所决定的保证接触器正常工作的电流值。 （2）辅助触头额定工作电流辅助触头额定工作电流是考虑到额定工作电压、额定操作频率、使用类别以及电寿命而规定的辅助触头的电流值，一般不大于5A。

（3）使用类别使用类别是根据接触器的不同控制对象在运行过程中各自不同的特点而规定的。不同使用类别的接触器对接通、分断能力以及电寿命的要求是不一样的。

五、仪器仪表

1、指针式万用表 数字式万用表

万用表又叫多用表、三用表、复用表，万用表分为指针式万用表和数字万用表引。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数（如β）。

万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。 万用表是电子测试领域最基本的工具，也是一种使用广泛的测试仪器。万用表又叫多用表、三用表(A,V,Ω也即电流，电压，电阻三用）、复用表、万能表，万用表分为指针式万用表和数字万用表，现在还多了一种带示波器功能的示波万用表。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量，温度及半导体的一些参数。万用表由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成。数字式万

用表已成为主流，已经取代模拟式仪表。与模拟式仪表相比，数字式仪表灵敏度高，精确度高，显示清晰，过载能力强，便于携带，使用更简单。 2、示波器

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

现在，还有数字式示波器、模拟示波器等、

3、电能质量监测仪

在电气设计中我们要注意电能的质量，如谐波、功率因数等，计算较麻烦，美国FLUKE公司的电能质量监测仪能方便的监测出这些数据。 其特点和作用为：

应用

       

电参数波形数据捕获– 捕捉快速的 RMS 数值以查看每个波形，从而可以确定电压、电流和频率的数值如何相互作用

功率逆变器效率– 功率逆变器效率

电能量货币化 – 计算因电能质量差而产生的财务成本 电能量评估 – 量化判断节能设备安装前后能耗的改善情况 一线故障排除 – 快速诊断屏显问题以恢复在线运行状态 预防性维护 – 在电能质量问题引起停机前进行监测和预测 长期分析 – 发现难以察觉的问题或间歇性问题 负载研究 – 增加负载前验证电气系统的容量



功率逆变器效率: 同时测量电力电子系统的交流输出功率和直流输入功率（使用可选的直流电流钳）。

         

电参数波形数据捕获: 捕获快速变化的 RMS 数据，显示半周期和波形来描述电气系统动态特性（发电机起动、UPS 切换等等）。

电能量损失分析器: 通过对标准的有功和无功功率测量、不平衡和谐波功率进行量化，以确定电能损失造成的财务成本。

实时故障排除: 使用光标和缩放工具分析趋势。

业内最高安全级别: 进户线额定使用 600 V CAT IV/1000 V CAT III。

测量所有三相和中性线: 内置 4 个柔性电流探头，增强的细柔性设计以适合最紧密的位置。 自动趋势分析: 每次测量都会自动记录，无需进行任何设置。

系统监测器: 根据 EN50160 电能质量标准，在一个屏幕上显示 10 个电能质量参数。 记录仪功能: 可配置任何测试条件，可按用户定义的间隔记录最多 600 个参数。 查看图形和生成报告: 附带分析软件。

电池寿命: 锂离子电池组每次充电可运行 7 小时。

电参数波形数据捕获

对一些用户而言，负载切换是引起电能质量问题的原因之一。 负载开启时，大电流消耗有时会引起电压降，使其他设备无法正常工作。 435和 437 II 系列型号的电参数波形功能使用户可以同时高速捕获电压、电流和频率信号，从而查找出现问题的原因。 电参数波形超出标准电能质量测量范围；电参数波形的快速数据捕捉模式描绘了系统动态。

特定时间下电压和电流波形将持续捕获，并在屏幕上细致呈现；电力波形从该数据中得出。 此外，还可存储和检索电压、电流和频率的半周波 RMS 值以进行分析。 此功能对于备用发电系统和不间断电源系统的可靠性测试来说尤为重要。

功率逆变器效率

功率逆变器负责将直流电流转换成交流电流或将交流电流转换成直流电流。 太阳能发电系统通常具有一个能从太阳能电池中吸收能量并将其转换为有用交流电能的逆变器。 逆变器会随时间而老化，需定期检查。 通过比较输入和输出功率，可以得出系统效率。 435 和 437 II 型号可通过同时测量系统的直流和交流功率，测定逆变器效率，从而确定在转换过程中损失了多少功率。

统一功率分析

以前，只有专家能够计算出因电能质量问题损失的电能量；电力公司可以计算出成本，但必要的测算流程超出了普通电工的能力范围。 借助 430 II 系列新的专利的统一功率分析功能，您可以使用手持式工具来确定电能的损失量，精确计算额外的消耗成本。 Fluke 的―统一功率分析专利系统提供最全面的电能量视图，测量内容包括:

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传统功率 (Steinmetz 1897) 和 IEEE 1459-2000 的参数 详细的电能量损失分析 不平衡分析

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不平衡分析 这些统一功率分析计算用于量化因电能质量问题引起的电能量损失成本。 计算内容还包括具体的设施信息，―电能量损失分析器最终确定设施因电能量浪费而造成的成本损失。

自动趋势分析 - 快速查看趋势

独特的自动趋势分析能让您快速发现不同时间出现的变化。 每个显示的读数都会自动而连续地进行记录，无需设置阈值或间隔时间，也无需手动启动该流程。 您可以快速查看三相线及中性线上的电压、电流、频率、功率、谐波或闪变的变化趋势。 而且您可以利用光标和缩放功能来分析变化趋势，即使背景记录仍在进行中。

系统监测器 － 易于按照 EN50160 来检查性能

只需借助一个按钮，这种独特的系统监测器便能让您总览电力系统的性能，并能检查输入的电能是否符合 EN50160 限值或是您自己的定制规格。 总览信息显示在单个屏幕上，并有颜色标记条清楚地标出哪些参数超出了限值。

系统监测器总览屏幕可以即时查看电压、谐波、闪变、频率及电压骤降和骤升的数量是否超出设置限值。 并有一个详细列表列出了超出设置限值的所有事件。

记录功能可让您定制测量选择，并测量和记录功率 (W)、VA 和 能即时分析用户可选的参数。

可跟踪谐波数达 50 次，并按照 IEC61000-4-7 的要求测量和记VAR。 434 新增了能耗记录功能。

录 THD

技术指标： 产品技术指标 伏特 Vrms（交流 + 直流 435-II Vpk 1 V 至 1000 V 相电压 1 Vpk 至 1400 Vpk 1.0 > 2.8 0.01 V 1 V 0.01 0.1 V 0.1 V ± 0.1% 额定电压**** 5% 额定电压 ± 5 % ± 0.2% 额定电压 ± 0.1% 额定电压 模式 量程 分辨率 精度 电压峰值因数 (CF) Vrms½ Vfund 435-II 435-II 电流（精度不包括电流钳精度) Amps（交流 + 直i430-Flex 1x 流） i430-Flex 10x 1mV/A 1x 1mV/A 10x Apk i430-Flex 1mV/A 电流峰值因数 (CF) Amps½ i430-Flex 1x i430-Flex 10x 1mV/A 1x 1mV/A 10x Afund i430-Flex 1x i430-Flex 10x 1mV/A 1x 1mV/A 10x Hz Hz Fluke 435 @ 50 42.500 Hz 至 57.500 Hz 0.001 Hz ± 0.001 Hz 5 A 至 6000 A 0.5 A 至 600 A 5 A 至 2000 A 0.5 A 至 200 A（仅交流电） 8400 Apk 5500 Apk 1 至 10 5 A 至 6000 A 0.5 A 至 600 A 5 A 至 2000 A 0.5 A 至 200 A（仅交流电） 5 A 至 6000 A 0.5 A 至 600 A 5 A 至 2000 A 0.5 A 至 200 A（仅交流电） 1 A 0.1 A 1A 0.1 A 1 Arms 1 Arms 0.01 1 A 0.1 A 1A 0.1 A 1A 0.1 A 1A 0.1 A ± 0.5% ± 5 个计数点 ± 0.5% ± 5 个计数点 ± 0.5% ± 5 个计数点 ± 0.5% ± 5 个计数点 ± 5 % ± 5 % ± 5 % ± 1% ± 10 个计数点 ± 1% ± 10 个计数点 ± 1% ± 10 个计数点 ± 1% ± 10 个计数点 ± 0.5% ± 5 个计数点 ± 0.5% ± 5 个计数点 ± 0.5% ± 5 个计数点 ± 0.5% ± 5 个计数点 Hz 额定 Fluke 435 @ 60 51.000 Hz 至 69.000 Hz Hz 额定 电源 瓦特 (VA，var) 1 mV/A 最大 2000 MW i430-Flex 最大 6000 MW 0.1 W 至 1 ± 1% ± 10 个计数点 MW 0.1 W 至 1 ± 1% ± 10 个计数点 MW 功率因数 (Cos j/DPF) 能量 kWh (kVAh，kvarh) 能量损失 i430-Flex 10x 取决于电流钳变比和额定电压 ± 1% ± 10 位数 不含线电阻精度 谐波 谐波次数 (n) 间谐波次数 (n) 电压 (V) %f %r 绝对 THD 电流 (A) %f %r 绝对 THD 功率 %f 或 %r 绝对 直流，1 至 50 次分组： 谐波分组，根据 IEC 61000-4-7 而定 关闭，1 至 50 次分组： 谐波和间谐波子组，根据 IEC 61000-4-7 而定 0.0 % 至 100 % 0.0 % 至 100 % 0.0 至 1000 V 0.0 % 至 100 % 0.0 % 至 100 % 0.0 % 至 100 % 0.0 至 600 A 0.0 % 至 100 % 0.0 % 至 100 % 取决于电流钳变比和额定电压 0.10% 0.10% 0.1 V 0.10% 0.10% 0.10% 0.1 A 0.10% 0.10% — ± 0.1% ± n x 0.1 % ± 0.1% ± n x 0.4 % ± 5% * ± 2.5% ± 0.1% ± n x 0.1% ± 0.1% ± n x 0.4 % ± 5% ± 5 个计数点 ± 2. 5% ± n x 2% ± 5% ± n x 2 % ± 10 个计数点 THD 相角 闪变 Plt、Pst、Pst(1min) 0.00 至 20.00 0.01 ± 5 % 0.0 % 至 100 % -360° 至 +0° 0.10% 1° ± 5% ± n x 1° i430-Flex 10x 取决于电流钳变比和额定电压 ± 1% ± 10 个计数点 0 至 1 0.001 ± 0.1% @ 额定负载状态 0.001 Hz ± 0.001 Hz Pinst 不平衡 电压 电流 电源信号 电源信号 在两个独立的频率下，阈值、限值和控— 制信号持续时间可编程 信号频率 相对 V% ±绝对 V3s (3 秒平均值) 60 Hz 至 3000 Hz 0 % 至 100 % 0.0 V 至 1000 V 0.1 Hz 0.10% 0.1 V ± 0.4 % ± 5 % 额定电压 — % % 0.0 % 至 20.0 % 0.0 % 至 20.0 % 0.10% 0.10% ± 0.1 % ± 1 % 绝缘栅双极晶体管 GTR和GTO是双极型电流驱动元件，由于具有电导调制效应，所以其流通能力很强，但开关速度较低，所需驱动大，驱动电路复杂。而电力MOSFET是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好所需驱动功率小且电路简单。绝缘栅型双极晶体管（IGBT）综合了GTR和MOSFET的特点。兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR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。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。 结构 下图所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。P+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区（包括P+ 和P 一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（ Subchannel region ）。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区（ Drain injector ），它是IGBT 特有的作用区，和漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。

IGBT结构图

IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴（少子），对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。 工作原理：

IGBT的等效电路如图 1 所示。由图 1 可知 知,若在IGBT的栅极和发射极之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若 IGBT 的栅极和发射极之间电压为 0V,则 MOSFET截止,切断PNP 晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。

IGBT 的工作特性包括静态和动态两类： 1 ．静态特性:IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。

IGBT 的伏安特性是指以栅源电压 Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。输出漏极电流比受栅源电压 Ugs的控制，Ugs越高，Id越大。它与 GTR 的输出特性相似．也可分为饱和区 1 、放大区 2 和击穿特性 3 部分。在截止状态下的 IGBT ，正向电压由 J2 结承担，反向电压由 J1结承担。如果无N+缓冲区，则正反向阻断电

压可以做到同样水平，加入 N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了 IGBT 的某些应用范围。

IGBT 的转移特性是指输出漏极电流 Id与栅源电压 Ugs之间的关系曲线。它与 MOSFET的转移特性 相同，当栅源电压小于开启电压 Ugs(th) 时，IGBT 处于关断状态。在 IGBT 导通后的大部分漏极电流 范围内，Id与 Ugs呈线性关系。最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为 15V 左右。

IGBT 的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时，由于它的 PNP晶体 管为宽基区晶体管，所以其 B值极低。尽管等效电路为达林顿结构，但流过 MOSFET 的电流成为 IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压 Uds(on) 可用下式表示

Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh 式中 Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为 0.7 ～ IV ； Udr ——扩展电阻 Rdr 上的压降；

Roh ——沟道电阻。 通态电流 Ids 可用下式表示：

Ids=(1+Bpnp)Imos 式中 Imos ——流过 MOSFET 的电流。

由于 N+区存在电导调制效应，所以 IGBT 的通态压降小，耐压 1000V 的 IGBT 通态压降为 2～3V 。 IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。

2 ．动态特性 IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为 MOSFET 来运行的，只是在漏源电压 Uds 下降过程后期， PNP晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on)为开通延迟时间，tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间 ton 即为 td(on)tri 之和。漏源电压的下降时间由tfe1 和 tfe2 组成，如图 2 － 58 所示

IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因

为 MOSFET 关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间， td(off)为关断延迟时间， trv为电压 Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间 Tf由图 2 － 59 中的 t(f1)和 t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间

t(off)=td(off)+trv 十 t(f) （ 2 － 16 ） 式中， td(off) 与 trv 之和又称为存储时间。

认识电气元件是我们学习，运用所学知识进行设计的重要前提，只有在熟悉各元件特性、用法之后才能更好、更顺畅的完成设计。在此次的训

练中，学长给我们详细介绍了常用元器件组成，原理，标示等，让我们更好的认识这些常用元器件，为以后的学习做了准备。