SCR操作资料

条件 寿 机种 № 控制
方式 感应电压
控制回路
负 荷
控制 № 控制 范围 方式
控制回路
控制 范围
接触器 电抗器 可控硅 调整器
有 短 大 无 长 大 无 长 小 有 中 大
1
驱动部点检 命
单相 反并 半控 1臂 控制 单相 反并 2臂 控制
50 ～
100 % 0
5
3相 6线式 6臂 控制 3相 3线式 6臂 控制
可控硅 简介 可控硅工作原理 可控硅的几个主要参数 可控硅 应用 触发回路 THYRISTOR TYPE POWER CONTROL UNIT （可控硅电力调整器） 1 概要 ⑴ 可控硅电力调整器的特性 ⑵ 电力控制回路 ⑶ 电力调整器的控制方法 a ON-OFF控制方式 b 连续控制方式 c 定电压（电流） 控制方式 d 定功率 控制方式 ⑷ 输出特性 2 异常检出机能 ⑴ 检出机能 ⑵ 单元温度特性 ⑶ 斜率特性 ⑷ 软起动软下降功能 3 SPU 系列 ⑴ 型式记号 ⑵ 共同规格 4 接线方法 5 运转调整 ⑴试运转 ⑵控制PCB板上电位器用途及调整法 ⑶ PCB板的安装使用法 ⑷可控硅检查及交换 ⑸点检、保养 6 操作面板说明 七 思考题
5Leabharlann 610 1114 14
一 可控硅简介 硅可控整流元件，一种半导体器件，简称可控硅，与硅整流元件相比，增加了“可控”这 一性质。 普通可控硅用SCR表示。可控硅的派生元件有多种：工作频率高达数十千赫以上的称高频 可控硅；导通后能用控制极关断的，称可关断可控硅；控制极能接收光信号的，称光控可控硅 ；按导通电流方向区分，有单向可控硅和双向可控硅 ......。可控硅的家族还在不断扩大。 自从有了可控硅，就开创了半导体器件的弱电控制强电的先河。可控硅整流元件及以其为 主的设备已逐步取代了大功率晶体管、闸流管、水银整流器、磁放大器、电动机 - 发电机组等 元器件及各种老式设备。使用了可控硅，就具有体积小、重量轻、高效低耗、寿命相对较长、 无噪音、耐振动等优点，在可控整流、交直流调压、无触点开关、逆变等领域有着广泛的用途。 二 可控硅工作原理 普通单向可控硅是一个四层三端元件，图1、图2表示其符号及内部结构。
反向阻断峰值电压 600V 额定正向平均电流 50A 可控硅 N型半导体材料 3端元件
国产可控硅型号中表 示了可控硅最主要参数。
四 可控硅应用 可控硅用途很多，试举三例：大电流开关、可控整流、调压，分述如下。 1 大电流开关 可控硅作为大电流开关，固态继电器是其典型 SCR 1 例子（另有教材），现另举一简例。 参看右图。当继电器接点未吸合时，SCR1、 J D1 D2 SCR2无法得到触发电流，不导通。接点吸合后， R 在交流的正半周和负半周，分别为SCR1经D2、 交流电源 SCR2经D1得到触发电流，负载通过交流电流。 SCR 2 继电器接点通过的仅数十毫安至百余毫安的 RL 电流，而流过负载的电流可高达数百，甚至数千 图 4 简易可控硅大电流开关 安，而且主回路无火花。缺点是可控硅需散热， 大电流时需强迫风冷或水冷。 2 可控整流 电解、电镀行业需低压大电流可调直流电源，因此，可控整流在这些行业得到广泛应用。 如图5所示（图中省略了触发电路），变压器初级 的两个可控硅反向并接，在触发脉冲作用下，分别 通过交流电流的正负两个半周，变压器次级的D1、 接触发电路 D2对低压交流电进行整流，从而得到低压直流电。 D1 SCR1 触发脉冲出现的时刻决定了SCR1、SCR2的导通 0 - 8.5V 角，导通得早，变压器初级得到近似完整的正弦波 380V SCR1 次级输出相对高的直流电压；导通得晚，变压器初 ～ 接触发电路 输出直流低压 级得到的是正弦波形的一部分，次级输出较低的直 D2 流电压，从而达到了调整输出直流电压的目的。 可控硅接在变压器次级时，同样达到调压的目的， 图 5 可控整流电路 只是较本例中所用可控硅耐压低，电流大。 P2
三 可控硅的几个主要参数 1 正向阻断峰值电压（PFV） 如图3的电路中，可控硅关断条件下，不断提高阳极电压， 则流过A、K之间的漏电流亦不断增加，正向电压提高到某一数值时，可控硅便会突然转化为导 通状态，这是非正常的状态。这个阳极电压的最大值，称正向阻断峰值电压或称正向转折电压 （UBO）。 2 维持电流 （IH） 可控硅从导通转化为关断的电流，如果负载变化范围很大，其电阻或 阻抗数值大到使流过负载的电流小于维持电流时，则可控硅无法导通，在选择负载时要注意。 3 反向阻断峰值电压（PRV） 如图3的电路中，将电源电压反接，不断提高阳极反向电 压，则流过A、K之间的反向漏电流亦不断增加，电压提高到某一数值时，可控硅便会发生反向 击穿，这个反向电压的最大值，称反向最高测试电压（URB），（URB）减去100V即 反向阻断峰 值电压（PRV） 4 额定正向平均电流（IF） 可控硅能安全、连续通过正弦半波电流平均值的最大值。 此外还有： 控制极最大触发电流、 控制极最大触发电压、最大正向平均压降、额定工作温 度、平均漏电流等等多项参数指标。 国产可控硅型号举例 3 C T 50 / 600
2000 . 03 . 29
学习目标 1 2 3 4 5 6 能够说明可控硅元件的工作原理和用途 能够分析电路工作原理（高级班） 能够说明SPU系列可控硅单元的的指示灯、开关、旋钮功能 能够正确接线 能够处理常见故障 正确调整PCB板微调电位器（高级班） 目 一 二 三 四 五 六 录 1 1 2 2 3 4 4
可
控
硅
整
流
器
Silicon Controlled Rectifier
（THYRISTOR TYPE POWER CONTROL UNIT 可控硅电力调整器单元）
（THYRISTOR TYPE POWER CONTROL UNIT部分 根据韩文 KONICS CO., LTD 说明书编译）
LG 曙光
生产技术课
0
～
～
100 % 0
控制电力
～
～
输出调整范围 0或100% 10-90% 0-100% 0-100% 负荷结合难易 容易
A
阳极
A
P N
N P
P
N P N P N
P N P G
G
控制极 （门极）
P
K 阴极
Vak Vgk
K
N
N
图1 可控硅符号
图2 可控硅内部结构
符号中的A表示阳极，接正电压，K表示阴极，接负电压，被控制负载的电流流过 A、K。 G是控制极，给G、K之间通以G正K负的相对弱小的电流，则A、K 之间导通。 从内部结构模拟图不难看出，当Vgk给下方npn三极管提供基极偏流时，npn管发射结正偏 而导通，为上方pnp三极管提供基极电流通路，又使得pnp管导通，电流途径是 A pnp管发射 极琻 npn管基极 K，形成通路，即可控硅导通。欲使可控硅导通给G提供电流称触发。 当撤去npn管的Vgk 后，由于上方pnp管的发射极电流源源不断地注入下方npn管的基极，仍 然维持两管导通。 因此，一旦可控硅导通，即使控制极 G 没有信号电流，可控硅依然导通。换 言之，可控硅导通后，控制极就失去了作用。
六 THYRISTOR TYPE POWER CONTROL UNIT ⑵ 电力控制回路 （可控硅电力调整器） 电炉的温度控制，根据发热体电阻的发热效率 1 概要 和有效值功能控制，所以采用了交流电力（功 ⑴ 可控硅电力调整器的特性 率）控制方式。 无可动部，无接点控制 寿命长 一般情况下，电流控制部从温度计接受控制信 反应速度快，能进行精密温控 号电压，转换成与此成比例的相位信号，为可 容易进行ON-OFF及连续程序控制，可以 控硅门极提供触发信号。 完成温度调节的自动化 回路分为门极控制回路和电力控制回路两部分 较之以往的电力调整器体积小，重量轻 安装简单、运转可靠、维修容易 表2 各种主回路控制方式比较 表1 各种控制方式特性比较
L SW1 如图3的小实验可以形象地说明可控硅的工作原理。 A a SW1、SW2未闭合时，灯L不亮 SCR b SW1闭合，灯L不亮，说明SCR没有导通，这和整流二极 24V SW2 Vak G 管不同，即控制极不触发，SCR不导通，具有正向阻断能力。 K 10 c 合上SW2，灯L亮，表示SCR导通。此时和整流二极管一 样，正向管压降1V左右，这个电压可用万用表在A、K之间测得。 Vgk 1.5V d 导通情况下，断开SW2，灯依然亮，说明SCR一经触发， 图3 SCR工作原理演示 就能自己维持导通，控制极失去作用。 e 对于普通SCR，要使其关断，有这样几种方法：? 断开SW1。即A、K间电压为 0 时，SCR关断； 若24V电源可调，逐步降低电压，使流过灯的电流逐步减小，到某一程度（但不为零） 时，灯灭，表示SCR关断，这个最小电流值叫维持电流。即A、K间电流小于维持电流 时，SCR关断； 用一大容量电容，在适当电源上充满电荷，反向并接（A负、K正）于A、K之间，灯灭 表示SCR关断（无触发信号情况下）。 由于普通SCR可以用不同的触发和关断方法，可设计出许多种不同的应用电路。 P1
3 调压 ωｔ 原理与前例相同，这里用RL取 交流电源 0 π 2π 波形 接触发电路 代了前例中变压器。本例中，导通 SCR1 ωｔ 角为90°，即触发信号出现在电压 SCR1触发 信号波形 α 过零后π/ 2的时刻，在其后的π/2 SCR2触发 ωｔ SCR 至电压过零的 90°电角度内，SCR1 380V 信号波形 RL ～ 导通，负载RL上得到如图所示的1/4 接触发电路 负载两端 ωｔ 波形，电压过零时，SCR1关断；过 电压波形 π/2后，SCR2导通，负载RL上得到 SCR两端 ωｔ 如图所示的另一个1/4波形，当电压 电压波形 再次过零时，SCR2关断。如此反复 ，负载上不断得到不完整的正弦波 图 6 可控硅调压电路 形。提早SCR1和SR2的触发信号出 现的时刻，就使得RL上提早得到电 压，即电压调高；推迟SCR1和SCR2的触发信号出现的时刻，则使得RL上推迟得到电压，上图 中阴影面积减小，即电压调低。触发脉冲的相位决定了负载电流的大小。 SCR关断时，全部电源电压加在SCR上，但因回路电流为零，功耗也为零。 上图中可清楚地看到，可控硅何时导通，取决于触发脉冲何时出现（相位）；可控硅何时 关断，取决于电源何时过零。 五 触发回路 +Ec R2 470 根据被控对象的不同，触发回路也是多种多样的，高精度的 12V Re 820 b2 控制由石英晶振提供时钟脉冲，有不少场合用数字逻辑电路输出触发 UJT e 信号，这里介绍用于普通用途的单结晶体管无稳态触发电路。 Uout 触发电路如右图,单结晶体管UJT因有 b1`b2两个基极，又称双基 Ce 0.1µ b1 R1 150 极二极管，它的主要参数是峰点电压Up 谷点电压Uv和分压比η。 com 工作过程是：Ec经Re向Ce充电，使发射极e的电压不断提高，电 压低于峰点电压Up时，UJT为截止状态，由发射极电流Ie在第一基极 b1外接电阻R1上产生的电压降为0V。当e极电压达到峰点电压Up时， Up t 单结管“点火”导通，Ce向单结管放电，Ie急剧上升，经R1形成回 Uv 路，空载输出电压Uout=Ie R1。随着Ce的放电，Ue下降，Ie减小，输出 电压逐渐降低。当Ue下降到谷点电压Uv时，便停止下降，Ce停止放 Uo 电，单结管截止，至此输出一个触发脉冲完成。 单结管截止后，Ec经Re向Ce充电，使Ue从Uv开始上升，直到Ue t 等于峰点电压，单结管再次导通，如此周而复始，便产生连续的触 图 7 单结晶体管触发电路 发脉冲，去触发可控硅控制极。 图中，基极电阻Re阻值选取应适当，过大时，e点电压达不到峰 V+ 2k 3CG21 点电压， 单结管一直截止；过小时，导通后e点电压达不到谷点电压 单结管不能脱离导通，都无法使单结管正常输出触发脉冲。 顺便指出，这种对可控硅的触发方法并非唯一和最好的，例如， OUT 过零触发方式对电源造成的干扰可降至最低。 3DG8 0.22µ 图7给出了用普通晶体管组成的模拟单结晶体管触发电路，调整 COM 得当，可以得到和单结晶体管相似的效果。 图 8 模拟单结管触发电路 P3