第11章变流技术

D2
u2 > 0的导通路径：
u
2
(A)
T1 RL
B
u
2
(B)
D2
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
u2 < 0的导通路径：
u2 (B)
T2
R
L
-
A
uL
T1 T2 RL D1 D2
u
2
u2 (A)
D1
+
B
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
（2）工作波形 u2
t
uG t uL t
晶闸管导通的两个必备条件： ①阳极加正向电压，控制极加正向触 发脉冲信号； ②阳极电流不小于维持电流。
3、晶闸管的伏安特性 （1）IG=0时： 导通后 器件两端施加正 向电压，晶闸管处于 导通前 正向阻断状态，只有 反向 正向 很小的正向漏电流流 过；正向电压超过临 界极限即正向转折电 压Ubo，则漏电流急 剧增大，器件硬开 （2） 随IG增大，正向 通； 转折电压降低；
A A P1 N1 G P2 N2 N1 P2 G IA V1 IG S EG K a) b) K Ic1 NPN V2 IK EA PNP Ic2 R
A A P1 N1 G P2 N2 N1 P2 G IA V1 IG S EG K K b) Ic1 NPN V2 IK EA PNP Ic2 R
Tr
T
iL
u1
u u2
R L
T
u
L
D
D：续流二极管，加入D的目的就是消除 反电动势的影响。当u<0时，晶闸管及时关 断，负载上不出现负电压。（使平均电压升 高）
（2）工作波形（不加续流二极管）
u2
t
uG t uL t uT

t

工作波形（加续流二极管后）
u2
t
uG t
iLAV
uL t t
4）当UAK>0， 且UGK>0时，晶闸管才能够导通， 导通后管压降UAK为1V左右。
5）晶闸管导通以后控制极就失去了控制作用， 无论UGK为正还是为负，晶闸管仍保持导通， 所以控制信号只需触发脉冲即可 6）要使晶闸管关断，必须去掉阳极正向电 压，或给阳极加反向电压，或降低阳极正向 电压使流过晶闸管的电流降低到维持电流IH 以下。 7）当控制极未加触发电压时，晶闸管具有正 向（ UAK>0 ）及反向（ UAK<0 ）阻断能力
uT1
t
输出电压及电流的平均值 ULAV =
1
1


u dt
2



Hale Waihona Puke 2u 2 sin td t
1cos 0.9U 2 2
ILAV =
ULAV RL
2.电感性负载
A
R
u
T1
T2
uL
D
L
2
B
D1
D2
T1、T2 --晶闸管 D1、D2 --晶体管
该电路加续流二极管D后的电路工作情况以及
一、晶闸管的结构 二、晶闸管的工作原理 三、晶闸管的伏安特性 四、晶闸管的主要参数
1、晶闸管的结构
A（阳极）
四 层 半 导 体
P N P
三 个 结 PN
N
K（阴极）
G（控制极 或门极）
螺栓型
平面型
晶闸管的结构
晶闸管的符号和外形
2、 工作原理 （1）晶闸管的双晶体管模型： 在分析晶闸管的工作原理时，常将其等效为两个 晶体管V1和V2串级而成。
负载上的电流、电压和电阻性负载电路相类似。
小
结
承受反向电压时，不论门极是否有触发电流， 晶闸管都不会导通； 承受正向电压时，在有门极触发电流时，晶闸 管才能开通； 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；
要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到维 持电流IH以下 。
从这个角度可以看出，晶闸管是一种电流控制型 的电力电子器件。
11.2 单相可控整流电路
IA 正向 导通 U RS M U RRM IH O IG 2 IG 1 -U A 雪崩 击穿 - IA
IG = 0 U bo +UA
U D RM
U DSM
3. 导通后的晶闸管 特性和二极管的正 向特性相似；
-U A
IA 正向 导通
导通后
U RS M U RRM IH O IG 2 IG 1 U D RM IG = 0 U bo +UA
变 流 器 的 分 类
逆变器 斩波器
一种电压等级的直流电压 另一电压等级的直流电压
交流调压器 固定的交流电压
频率不变大小可调的交流 电压
11.1
电力电子器件简介
普通整流二极管
快恢复二极管 肖特基整流二极管
非可控器件
整流二极管
电 力 电 子 器 件
可 控 器 件
普通晶闸管TH
非自关断器件 （半控型）
通过晶闸管的电流由R确定为EA/R。UAK之间的 压降相当于一个PN结加上三极管的饱和压降约为 1V。此后，即使将IG调整为0，即UGK<0，也不能 解除正反馈，G极失去控制作用。
（2）晶闸管导通与断开的规律： 1）当UAK<0时，无论UGK如何，晶闸管处于关 断状态(反向阻断） 2）当UGK<0时，无论UAK如何，晶闸管处于关 断状态 3）当UAK>0时，如果控制极开路，晶闸管处 于关断状态(正向阻断）
工作波形
u
2
：控制角
：导通角
0
t
u
G
0
t
t t
u u
L
0
T
0


2.输出电压及电流的平均值
Uo 1 2


u dt
2
1 2


2U sin tdt
2
U o
1cos 0.45U 2 2
Io Uo RL

2
3.输出电流io的有效值I
I 1 2
快速晶闸管FST 双向晶闸管TRIAC 逆导晶闸管RCT 光控晶闸管LATT 大功率晶体管GTR
晶 体 管
自关断器件 （全控型）
功率场效应管Power MOSFET 绝缘栅功率晶体管IGBT 静电感应晶体管SIT
晶 闸 管
可关断晶闸管GTO
MOS控制晶闸管MCT 静电感应晶闸管SITH
11.1.1 晶闸管（Thyristor）：又称可控硅（SCR) 是实现大容量功率变换和控制的半导体器 件，在整流、逆变、变频、调压和开关等方 面得到广泛的应用。
第11章
11.1 11.2
变流技术
电力电子器件简介 单相可控整流电路
变流技术的产生和分类
自1957年世界上第一只晶闸管诞生后，半导体 器件的应用从弱电领域进入了强电领域，电能的 变换和控制也进入了以电力半导体组成的变流器 时代，标志着电力电子变流技术的诞生。
整流器
交流电 直流电 电压固定或可调的直流电 不同频率不同大小的交流电
4. 晶闸管本身的导 通压降很小，在 1V左右；
导通前
雪崩 击穿
U DSM
反向
正向
- IA
5. 导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电 流降至电流IH值以下，则晶闸管又回到正向阻 断状态。IH称为维持电流。
四、主要参数 UBO：IG=0时的正向转折电压，具有破坏性 UDRM：断态正向重复峰值电压（低于断 态不重复峰值电压UDSM) URRM：反向重复峰值电压，允许重复加在器件上 的反向峰值电压（低于反向不重复峰值电压URSM） IT(AV)：通态平均电流（为计算电流的1.5~2倍） IH：维持电流（从通态到断态能维持导通的最小电流 IL：擎住电流（从断态到通态能维持导通的最小电流
i dt
2

1 2
(

2U RL
sin t ) dt
2
U RL
1 4
sin 2
二、电感性负载 1.工作原理 u1 u2正半周时： 晶闸管导通；
Tr
T
iL
u u2
R
L
T
u
L
u2过零后，由于电感反电动势（阻碍原磁通的 变化）的存在，晶闸管继续承受正向电压，在一 定时间内仍维持导通。 仅当电流小于维持电流时，晶闸管关断。
工作过程：
a)
UGK>0 → 产生IG → V2导通→产生IC2 （ β2IG ） → V1导通→ IC1 （β 1IC2）↗ → IC2 ↗ → 强烈的正反馈：G极失去控制作用，V1 和V2完全饱和，晶闸管饱和导通。
A A P1 N1 G P2 N2 N1 P2 G IA V1 IG S EG K a) b) K Ic1 NPN V2 IK EA PNP Ic2 R
11.2.1 单相半波可控整流电路
一、电阻性负载
1.工作原理 u1
Tr
T
iL
u u2
T
RL
u
L
在单相半波整流电路中，用晶闸管T取 代二极管D，实现可控整流。
Tr
T
iL
u1
u
u2
T
RL
u
L
可控整流：
u2 > 0 时，加上触发电压 uG ，晶闸管导通 。且 uL 的波形随 uG 加入的早晚而变化； u2 < 0 时，晶闸管阻断，uL = 0 。
uT
负载电压与电流的计算（加入续流二极管后）
U LAV 1 2


u
2
dt
0.45U 2
1 COS 2
Ｉ LAV
ULAV RL
当 L >> R时， ILAV在整个周期中可近 似看做直流。