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SCR 6224466
触发换流
Ud
(d)
Ud
0
ωt
图4 三相全波全控整流（α=0°时） (a)电路图；(b)相电压波形；(c)触发脉冲；(d)直流侧电压波形
南京南瑞集团公司 国电自动化研究院
1) 整流工作状态 先讨论控制角α=00的情况。参看图4，在ωt0-ωt1期间，a相
的电位最高，b相的电位最低，有可能构成通路。若在ωt0以 前共阳极组的SCR6的触发脉冲Ug6 还存在，在ωt0（α=00）时 给共阴极的SCR1以触发脉冲ug1，则可由SCR1与 SCR6构成通 路：交流电源的a相→SCR1→R→SCR6→回到电源b相。在负 载电阻R上得到线电压uab.此后只要按顺序给各桥臂元件以触 发脉冲，就可依次换流。
(d) 反向重复峰值电压URRM URRM是指当门极开路且结温为额定值时，允许重复加
在可控硅上的反向峰值电压（见图1）。规定反向重复峰值 电压URRM为反向不重复峰值电压URSM的80％。通常，可控 硅若受到反向电压作用，则它必定是阻断的。 (e)额定电压UN
将UDRM和URRM中较小的那个数值取整后作为该可控硅 型号上的额定电压UN。在选用可控硅时，额定电压UN应是 正常工作电压的二到三倍，以此作为允许的操作过电压余 量。
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UAK
iA
UA
IA
0.9
iT
0
td
tr
t
tgt
ug 20us
UG
0.1
0
t
图2 门极控制开通时间tgt
t2 t3 t4 t5
0
t1
t
Δt
tq
图3 可控硅换相关断时间tq
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普通可控硅的开通时间约为几至几十微妙。为了减小 开通时间和保证可控硅触发导通时刻的正确，可采用实际 触发电流比规定触发电流大3-5倍，且前沿陡峭的强触发方 式。 (d) 电路换向关断时间tq
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例如在ωt1-ωt2期间，c相电位最低，在ωt1时间向SCR2输 入触发脉冲ug2,共阳极组的SCR2即导通，同组的SCR6因承受 反向电压而截止。电流的通路换成：a→SCR1→R→SCR2→c 。负载电阻R上得到线电压uac. 余类推，每隔600依次向共阴极 组或共阳极组的可控硅元件以触发脉冲，则每隔600有一个臂 的元件触发换流，每周期内每臂元件导电1200。
所以在讲述可控硅整流电路的原理前，了解一下可控硅的 主要参数是非常必要的。
可控硅的参数较多，包括各种状态下的电压、电流、 门极参数及动态参数。为了正确使用可控硅，不仅要了解 它的伏安特性，而更重要的是定量掌握它的主要参数。
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为了正常使用可控硅，必须清楚它能承受多大的正向 电压而不转折（没有触发脉冲，不自行导通）,承受多大的 反向电压而不击穿；在可控硅导通以后能允许通过多大的 电流而不致烧毁；另外还要注意该管的触发电压和触发电 流是多大；导通后的管压降是多少；维持电流和掣住电流 是多大等等。以上这些参数是选择可控硅是必须考虑的问 题。
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Ua Ub Uc ωt1 ωt3 ωt5 0 ωt0 ωt2 ωt4 ωt6
ωt (b)
SCR1 3 5
B
a
b
c
SCR 4 6 2
id
Ud R
(a)
ug
ug1 ug3 ug5 ug1
0
ug
ωt (c)
ug6 ug2 ug4 ug6 ug2
0
ωt
1 1 3 35 51
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将从发电机端或交流励磁机端获得的交流电压变换为
直流电压，供给发电机转子励磁绕组或励磁机磁场绕组的
励磁需要，这是同步发电机半导体励磁系统中整流电路的
主要任务。对于接在发电机转子励磁回路中的三相全控桥
式整流电路，除了将交流变换成直流的正常任务之外，在
需要迅速减磁时还可以将储存在转子磁场中的能量，经全
di/dt 是指在规定条件下，可控硅在导通过程中，能承受 而不会导致损坏的最大通态电流上升率。
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(c) 门极控制开通时间tgt tgt是指门极触发脉冲前沿的10％到阳极电压下降到10
％的时间间隔，如图2所示。它包括延迟时间td和上升时间 tr两部分，td为从门极脉冲前沿的10％（0.1UG）到阳极电 压从UA降至0.9UA（阳极电流上升到0.1IA）时所对应的时间 。tr为阳极电压从0.9UA下降至0.1UA（阳极电流从0.1IA上升 到0.9IA）时所对应的时间。因此元件的开通时间就是载流 子的积累和电流上升所需要的时间之和。即
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1) 可控硅的电压定额 (a) 断态不重复峰值电压UDSM
UDSM是指在门极开路时，当加在可控硅上的正向阳极 电压上升到使可控硅的正向伏安特性急剧弯曲时所对应的 电压值（见图1）。断态不重复峰值电压UDSM应低于正向转 折电压UPBO,所留余量的大小由生产厂规定。 (b) 断态重复峰值电压UDRM
中的离散性，同一批产品中性能差别可能很大。为此可控 硅出厂时要逐个测定其参数。
归纳起来，在使用可控硅时，应注意以下四点：
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(a) 关于额定电压，可控硅实际工作时承受的正常工作电压应
低于正、反向重复峰值电压UDRM和URRM,，并留有2-3倍的 操作过电压余量以及采用可靠的过电压保护措施。
3) 可控硅的门极参数 (a) 门极触发电流IGT
IGT是指在室温时，主电压（阳极A与阴极K间电压）为 直流6V时，使可控硅由断态转入通态所必须的最小门极直 流电流。 (b) 门极触发电压UGT
UGT是指产生门极触发电流所必需的最小门极电压。
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由于可控硅门极伏安特性的离散性很大，因而在标准 中只规定了IGT和UGT的上限。在选用可控硅时，应注意产 品合格证上所标明的实测数值。应使触发器输送给门极的 电流和电压适当大于产品合格证上所列的数值，但不应超 过其峰值IGFM和UGFM。且门极平均功率PG(AV)和门极峰值功 率PGM也不应超过规定值。
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造成可控硅发热的原因是损耗，它由四部分组成。一
是通态时的损耗，这是可控硅发热的最主要原因，为了减
小不必要的发热，总是希望可控硅在导通时的通态电压越
小越好；二是断态和反向时损耗，一般希望断态重复平均
电流IDR(AV)和反向重复平均电流IRR(AV)尽可能小些；三是开 关时的损耗，当频率增高时开关损耗增大；最后是门极的
南京动态参数是指可控硅处在状态变换过程中的参数。
下面主要介绍du/dt 、di/dt、tgt 和tq这四个参数。 (a) 断态电压临界上升率du/dt
du/dt是指在额定结温和门极断路时，可控硅保持断态所 能承受的最大主电压上升率。使用时实际电压上升率必须 小于此值。 (b) 通态电流临界上升率di/dt
损耗，通常该项损耗较小。
影响可控硅散热的条件包括：
① 可控硅与散热器的接触情况和散热器的热阻；
② 冷却方式（自冷、风冷、水冷或油冷等）和冷却介
质的流速；
③ 环境温度和冷却介质的温度。
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可控硅的过载能力比一般电磁元件小，为使可控硅有 一定的安全余量，应使选用可控硅的通态平均电流为其实 际正常工作时平均电流的1.5-2倍左右。 (b) 维持电流IH
IH是指可控硅导通后，由较大的通态电流降至刚能保持元 件通态所必须的最小通态电流。当电流小于IH时，可控硅 即从通态转化为关断状态。 (c) 掣住电流IL
IL是指可控硅刚从断态转入通态并移去触发信号后，能 维持通态所需的最小主电流 。掣住电流IL的数值与工作条 件有关，通常IL约为IH的2-4倍。
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控桥迅速反馈给交流电源，进行逆变灭磁。此外，在励磁
调节器的测量单元中使用的多相（三相、六相或十二相）
整流电路，则主要是将测量到的交流信号转换为直流信号
。
由于三相整流电路同步发电机半导体励磁中应用得最
普遍，故本节主要介绍三相全波全控
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4、三相全波全控整流电路 在三相全波整流接线中，六个桥臂元件全都采用可控硅管，就
tq是指可控硅从通态电流降至零起，到该管能再一次承 受规定的正向断态电压的时间。实际上它包括反向恢复时 间和门极恢复时间两部分，如图3所示。
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5) 额定结温TjM TjM是可控硅正常工作时所允许的最高结温，在此温度
下，一切有关的额定值和特性都能得到保证。 以上是可控硅的主要参数，由于半导体器件制造过程
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2) 可控硅的电流定额 (a) 通态平均电流IT(AV)
IT(AV)是指在环境温度为+40℃和规定冷却条件下，在 带电阻性负载的单相工频正弦半波电路中，管子全导通（ 导通角不小于170°）而稳定结温不超过额定值时所允许的 最大平均电流。按照标准，取其整数作为该可控硅的额定 电流。
(b) 关于额定电流，应根据实际电流的波形进行相应的换算，
可控硅实际通过的最大平均电流应低于额定通态平均电流
IT(AV),并留有两倍左右的余量以及采用过电流保护措施。 (c)关于门极触发电压和电流，实际触发电压和电流应大于实
测的参数UGT和IGT, ，以保证可靠触发，但也不能超过允许 的极限值UGFM和IGFM。 （ d ） 关 于 du/dt 和 di/dt， 在 实 际 电 路 中 ， 应 采 取 措 施 限 制
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(c) 反向不重复峰值电压URSM URSM是指在门极开路时，当加在可控硅上的反向阳极
电压上升到使可控硅的反向伏安特性急剧弯曲时所对应的
电压值（图1）。
IA
0
URRM URSM
UAX UPBO UDSM UDRM
图1 晶闸管的几个电压参数在伏安特性上的位置
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可控硅整流装置
1概述 可控硅整流装置是现代励磁系统中较为重要的一个环
节，虽然其原理并不深奥，但其在励磁系统的故障中所占 的比例并不小，对电厂运行维护显得特别重要，弄清其工 作原理和常见故障现象，对于提高维护水平，提高励磁系 统的投入率具有重要意义。
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2可控硅的主要参数 可控硅又称晶闸管，是可控硅整流电路的关键器件，
UDRM是指当可控硅的门极开路且结温为额定值时，允 许重复加在可控硅上的正向峰值电压，如图1所示。规定断 态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压UDSM的80％。
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可控硅在整流电路中工作时，由于开关接通 或断开时的过渡过程，会有瞬间的超过正常工作 值的正、反向电压加到可控硅上，称为“操作过 电压”。可控硅必须能够重复地经受一定限度的 操作过电压，而不影响其正常工作。
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投入时一经触发通流，以后各元件则可依次触发换流。另外也 可以采用“双脉冲触发”的方式，即本元件被触发的同时，还送一 触发脉冲给前一元件，以便整流桥刚投入时构成电流的最初的通 路，其后整流电路便进入正常工作状态。
双脉冲触发电路较复杂些，但它可以减小触发装置的输出功 率，减小脉冲变压器的铁芯体积。
成为图4（a）所示的三相全波全控整流电路。可控硅元件都要靠 触发换流，并且一般要求触发脉冲的宽度应大于600，但小于1200， 一般取800-1000，即所谓“宽脉冲触发”。这样才能保证整流电路刚 投入之际，例如共阴极组的某一元件被触发时，共阳极组的前一 元件的触发信号依然存在，共阴极组与共阳极组各有一元件同时 处在被触发状态，才能构成电流的通路。
du/dt和di/dt，使其不超过规定的临界值。当超过du/dt的临
界值会造成误导通，当超过di/dt的临界值时会造成可控硅
损坏。
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3 整流电路的原理 利用电力半导体器件可以进行电能的变换，其中整流
电路可将交流电转变成直流电供给直流负载，逆变电路又 可将直流电转换成交流电供给交流负载。某些可控硅装置 即可工作于整流状态，也可工作于逆变状态，可称作变流 或换流装置。同步发电机的半导体励磁是半导体变流技术 在电力工业方面的一项重要应用。
触发换流
Ud
(d)
Ud
0
ωt
图4 三相全波全控整流（α=0°时） (a)电路图；(b)相电压波形；(c)触发脉冲；(d)直流侧电压波形
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1) 整流工作状态 先讨论控制角α=00的情况。参看图4，在ωt0-ωt1期间，a相
的电位最高，b相的电位最低，有可能构成通路。若在ωt0以 前共阳极组的SCR6的触发脉冲Ug6 还存在，在ωt0（α=00）时 给共阴极的SCR1以触发脉冲ug1，则可由SCR1与 SCR6构成通 路：交流电源的a相→SCR1→R→SCR6→回到电源b相。在负 载电阻R上得到线电压uab.此后只要按顺序给各桥臂元件以触 发脉冲，就可依次换流。
(d) 反向重复峰值电压URRM URRM是指当门极开路且结温为额定值时，允许重复加
在可控硅上的反向峰值电压（见图1）。规定反向重复峰值 电压URRM为反向不重复峰值电压URSM的80％。通常，可控 硅若受到反向电压作用，则它必定是阻断的。 (e)额定电压UN
将UDRM和URRM中较小的那个数值取整后作为该可控硅 型号上的额定电压UN。在选用可控硅时，额定电压UN应是 正常工作电压的二到三倍，以此作为允许的操作过电压余 量。
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图2 门极控制开通时间tgt
t2 t3 t4 t5
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tq
图3 可控硅换相关断时间tq
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普通可控硅的开通时间约为几至几十微妙。为了减小 开通时间和保证可控硅触发导通时刻的正确，可采用实际 触发电流比规定触发电流大3-5倍，且前沿陡峭的强触发方 式。 (d) 电路换向关断时间tq
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例如在ωt1-ωt2期间，c相电位最低，在ωt1时间向SCR2输 入触发脉冲ug2,共阳极组的SCR2即导通，同组的SCR6因承受 反向电压而截止。电流的通路换成：a→SCR1→R→SCR2→c 。负载电阻R上得到线电压uac. 余类推，每隔600依次向共阴极 组或共阳极组的可控硅元件以触发脉冲，则每隔600有一个臂 的元件触发换流，每周期内每臂元件导电1200。
所以在讲述可控硅整流电路的原理前，了解一下可控硅的 主要参数是非常必要的。
可控硅的参数较多，包括各种状态下的电压、电流、 门极参数及动态参数。为了正确使用可控硅，不仅要了解 它的伏安特性，而更重要的是定量掌握它的主要参数。
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为了正常使用可控硅，必须清楚它能承受多大的正向 电压而不转折（没有触发脉冲，不自行导通）,承受多大的 反向电压而不击穿；在可控硅导通以后能允许通过多大的 电流而不致烧毁；另外还要注意该管的触发电压和触发电 流是多大；导通后的管压降是多少；维持电流和掣住电流 是多大等等。以上这些参数是选择可控硅是必须考虑的问 题。
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Ua Ub Uc ωt1 ωt3 ωt5 0 ωt0 ωt2 ωt4 ωt6
ωt (b)
SCR1 3 5
B
a
b
c
SCR 4 6 2
id
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(a)
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ug1 ug3 ug5 ug1
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ug
ωt (c)
ug6 ug2 ug4 ug6 ug2
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ωt
1 1 3 35 51
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将从发电机端或交流励磁机端获得的交流电压变换为
直流电压，供给发电机转子励磁绕组或励磁机磁场绕组的
励磁需要，这是同步发电机半导体励磁系统中整流电路的
主要任务。对于接在发电机转子励磁回路中的三相全控桥
式整流电路，除了将交流变换成直流的正常任务之外，在
需要迅速减磁时还可以将储存在转子磁场中的能量，经全
di/dt 是指在规定条件下，可控硅在导通过程中，能承受 而不会导致损坏的最大通态电流上升率。
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(c) 门极控制开通时间tgt tgt是指门极触发脉冲前沿的10％到阳极电压下降到10
％的时间间隔，如图2所示。它包括延迟时间td和上升时间 tr两部分，td为从门极脉冲前沿的10％（0.1UG）到阳极电 压从UA降至0.9UA（阳极电流上升到0.1IA）时所对应的时间 。tr为阳极电压从0.9UA下降至0.1UA（阳极电流从0.1IA上升 到0.9IA）时所对应的时间。因此元件的开通时间就是载流 子的积累和电流上升所需要的时间之和。即
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1) 可控硅的电压定额 (a) 断态不重复峰值电压UDSM
UDSM是指在门极开路时，当加在可控硅上的正向阳极 电压上升到使可控硅的正向伏安特性急剧弯曲时所对应的 电压值（见图1）。断态不重复峰值电压UDSM应低于正向转 折电压UPBO,所留余量的大小由生产厂规定。 (b) 断态重复峰值电压UDRM
中的离散性，同一批产品中性能差别可能很大。为此可控 硅出厂时要逐个测定其参数。
归纳起来，在使用可控硅时，应注意以下四点：
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(a) 关于额定电压，可控硅实际工作时承受的正常工作电压应
低于正、反向重复峰值电压UDRM和URRM,，并留有2-3倍的 操作过电压余量以及采用可靠的过电压保护措施。
3) 可控硅的门极参数 (a) 门极触发电流IGT
IGT是指在室温时，主电压（阳极A与阴极K间电压）为 直流6V时，使可控硅由断态转入通态所必须的最小门极直 流电流。 (b) 门极触发电压UGT
UGT是指产生门极触发电流所必需的最小门极电压。
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由于可控硅门极伏安特性的离散性很大，因而在标准 中只规定了IGT和UGT的上限。在选用可控硅时，应注意产 品合格证上所标明的实测数值。应使触发器输送给门极的 电流和电压适当大于产品合格证上所列的数值，但不应超 过其峰值IGFM和UGFM。且门极平均功率PG(AV)和门极峰值功 率PGM也不应超过规定值。
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造成可控硅发热的原因是损耗，它由四部分组成。一
是通态时的损耗，这是可控硅发热的最主要原因，为了减
小不必要的发热，总是希望可控硅在导通时的通态电压越
小越好；二是断态和反向时损耗，一般希望断态重复平均
电流IDR(AV)和反向重复平均电流IRR(AV)尽可能小些；三是开 关时的损耗，当频率增高时开关损耗增大；最后是门极的
南京动态参数是指可控硅处在状态变换过程中的参数。
下面主要介绍du/dt 、di/dt、tgt 和tq这四个参数。 (a) 断态电压临界上升率du/dt
du/dt是指在额定结温和门极断路时，可控硅保持断态所 能承受的最大主电压上升率。使用时实际电压上升率必须 小于此值。 (b) 通态电流临界上升率di/dt
损耗，通常该项损耗较小。
影响可控硅散热的条件包括：
① 可控硅与散热器的接触情况和散热器的热阻；
② 冷却方式（自冷、风冷、水冷或油冷等）和冷却介
质的流速；
③ 环境温度和冷却介质的温度。
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可控硅的过载能力比一般电磁元件小，为使可控硅有 一定的安全余量，应使选用可控硅的通态平均电流为其实 际正常工作时平均电流的1.5-2倍左右。 (b) 维持电流IH
IH是指可控硅导通后，由较大的通态电流降至刚能保持元 件通态所必须的最小通态电流。当电流小于IH时，可控硅 即从通态转化为关断状态。 (c) 掣住电流IL
IL是指可控硅刚从断态转入通态并移去触发信号后，能 维持通态所需的最小主电流 。掣住电流IL的数值与工作条 件有关，通常IL约为IH的2-4倍。
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控桥迅速反馈给交流电源，进行逆变灭磁。此外，在励磁
调节器的测量单元中使用的多相（三相、六相或十二相）
整流电路，则主要是将测量到的交流信号转换为直流信号
。
由于三相整流电路同步发电机半导体励磁中应用得最
普遍，故本节主要介绍三相全波全控
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4、三相全波全控整流电路 在三相全波整流接线中，六个桥臂元件全都采用可控硅管，就
tq是指可控硅从通态电流降至零起，到该管能再一次承 受规定的正向断态电压的时间。实际上它包括反向恢复时 间和门极恢复时间两部分，如图3所示。
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5) 额定结温TjM TjM是可控硅正常工作时所允许的最高结温，在此温度
下，一切有关的额定值和特性都能得到保证。 以上是可控硅的主要参数，由于半导体器件制造过程
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2) 可控硅的电流定额 (a) 通态平均电流IT(AV)
IT(AV)是指在环境温度为+40℃和规定冷却条件下，在 带电阻性负载的单相工频正弦半波电路中，管子全导通（ 导通角不小于170°）而稳定结温不超过额定值时所允许的 最大平均电流。按照标准，取其整数作为该可控硅的额定 电流。
(b) 关于额定电流，应根据实际电流的波形进行相应的换算，
可控硅实际通过的最大平均电流应低于额定通态平均电流
IT(AV),并留有两倍左右的余量以及采用过电流保护措施。 (c)关于门极触发电压和电流，实际触发电压和电流应大于实
测的参数UGT和IGT, ，以保证可靠触发，但也不能超过允许 的极限值UGFM和IGFM。 （ d ） 关 于 du/dt 和 di/dt， 在 实 际 电 路 中 ， 应 采 取 措 施 限 制
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(c) 反向不重复峰值电压URSM URSM是指在门极开路时，当加在可控硅上的反向阳极
电压上升到使可控硅的反向伏安特性急剧弯曲时所对应的
电压值（图1）。
IA
0
URRM URSM
UAX UPBO UDSM UDRM
图1 晶闸管的几个电压参数在伏安特性上的位置
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可控硅整流装置
1概述 可控硅整流装置是现代励磁系统中较为重要的一个环
节，虽然其原理并不深奥，但其在励磁系统的故障中所占 的比例并不小，对电厂运行维护显得特别重要，弄清其工 作原理和常见故障现象，对于提高维护水平，提高励磁系 统的投入率具有重要意义。
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2可控硅的主要参数 可控硅又称晶闸管，是可控硅整流电路的关键器件，
UDRM是指当可控硅的门极开路且结温为额定值时，允 许重复加在可控硅上的正向峰值电压，如图1所示。规定断 态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压UDSM的80％。
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可控硅在整流电路中工作时，由于开关接通 或断开时的过渡过程，会有瞬间的超过正常工作 值的正、反向电压加到可控硅上，称为“操作过 电压”。可控硅必须能够重复地经受一定限度的 操作过电压，而不影响其正常工作。
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投入时一经触发通流，以后各元件则可依次触发换流。另外也 可以采用“双脉冲触发”的方式，即本元件被触发的同时，还送一 触发脉冲给前一元件，以便整流桥刚投入时构成电流的最初的通 路，其后整流电路便进入正常工作状态。
双脉冲触发电路较复杂些，但它可以减小触发装置的输出功 率，减小脉冲变压器的铁芯体积。
成为图4（a）所示的三相全波全控整流电路。可控硅元件都要靠 触发换流，并且一般要求触发脉冲的宽度应大于600，但小于1200， 一般取800-1000，即所谓“宽脉冲触发”。这样才能保证整流电路刚 投入之际，例如共阴极组的某一元件被触发时，共阳极组的前一 元件的触发信号依然存在，共阴极组与共阳极组各有一元件同时 处在被触发状态，才能构成电流的通路。
du/dt和di/dt，使其不超过规定的临界值。当超过du/dt的临
界值会造成误导通，当超过di/dt的临界值时会造成可控硅
损坏。
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3 整流电路的原理 利用电力半导体器件可以进行电能的变换，其中整流
电路可将交流电转变成直流电供给直流负载，逆变电路又 可将直流电转换成交流电供给交流负载。某些可控硅装置 即可工作于整流状态，也可工作于逆变状态，可称作变流 或换流装置。同步发电机的半导体励磁是半导体变流技术 在电力工业方面的一项重要应用。