第十章晶闸管及其基本电路

第十章 晶闸管及其基本电路
• 半导体器件向两个方向发展：微电子和电力电子 • 1：微电子向微观发展---集成电路。主要实现信号的变换和传递。 • 2：电力电子向大功率发展---晶闸管。主要实现电功率的变换和
控制；既实现强电的传输，但用弱电控制。 • 晶闸管的优点： • 1）用弱电信号控制大功率的电能传输。 • 2）控制灵敏，反应快。既控制时导通及截止快（微秒级）。 • 3）损耗小，效率高（压降仅1V）。 • 4）体积小，重量轻。
• 晶闸管的缺点：
• 1）过载能力差。过电流，过电压时容易损坏，要采用保护措施， 使用的电压及电流要留余量。
• 2）抗干扰能力差，易受冲击电压的影响。
• 3）导致电网电压波形畸变，产生高次谐波分量，对电网产生干 扰。
• 4）控制电路复杂。
10.1 电力半导体器件
10.1.1 晶闸管（Silicon Contrilled Rectifier—SCR) 1.晶闸管的结构和符号：是可控制的硅整流元件----可控硅。
2.晶闸管的工作原理：
晶闸管具有可控的单向 导电性。
1）可控性：既当控制极 （G）加电压才导通。
2）单向导通：反向电压 时不导通。
晶闸管可以看成两支晶体管的组合：
晶闸管的特性：
1）起始时若控制极不加电压，则无论阳极加正向电压或反向电压， 晶闸管均不导通。
2）晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压晶闸管才导通，晶闸管 导通同时具备的两个条件。
上的电压为电源的相电压。改变触发脉冲的相位可得到不同的直流 电压。
1.电阻性负载：相邻两相的 电压波形交点为自然换相点。 控制角α从自然换相点算起。
1）当α=0时：三相触发角相差2π/3。
2）当0≤α≤π/6时：三相触发角相差2π/3。
3）当π/6 ≤α≤5π/6时：三相触发角相差2π/3。
当α=5π/6时，Ud=0。 电阻负载时, α的移相范 围为0~5π/6
4.晶闸管的主要参数：
1）断态重复峰值电压UDRM：比正向转折电压UBO小100V。
2）反向重复峰值电压URRM：比反向击穿电压UBR小100V。
3）额定通态平均电流（额定通态平均电流）IT：即晶闸管的额定 电流。表示可以连续的工频正弦半波电流的平均值。
4）维持电流IH：在控制极断路的情况，维持元件继续导通的最小 电流 。
只要在GTO的控制极加不同极性的脉冲触发信号就可以控 制其导通与断开，但GTO所需的控制电流远较晶闸管大．例如， 额定电流相同的GTO与晶闸管相比较，如果晶闸管需要30μA 的控制触发电流．则GTO约需要20mA才能动作。
(２)GTO的动态特性较晶闸管要好。
３.功率晶体管：使用于高电压和高电流的晶体管。
２）.电感性负载；
２）.反电势负载； 电流是断续的
加平波电抗器后,负载的电流是连续的
2.单相全控桥式整流电路：
用两只晶闸管代替半控桥中的两只二极管即组成全控桥。带电阻 负载时电路的输出与半控桥相同。带电感负载且没有续流二极管，电 压波形会出现负值。
10.3 三相可控整流电路
10.3.1 三相半波可控整流电路 变压器的副边接成星形，有公共零点，也叫三相零式电路。负载
1.无源逆变的工作原理
2.单相无源逆变的电压控制： 变频控制中要电压协调，使U/f为定植，实现过载能力不变。
如何实现电压控制： 1）控制逆变器的直流输入电压：
当采用交-直-交时，调节交-直整流单元的触发角 当采用直-交时，直接调节直流电压的大小 2）在逆变器内部的电压控制：
A.脉宽控制：
B.脉冲宽度调制：
2.电感性负载：
由于电感的作用,电流的 变化落后于电压的变化.
当α=π/2时，Ud=0。三相半波整流电路带电 感负载时, α的移相范围为0~π/2.
当α=π/3时
三相半波整流电路只用三只晶闸 管.但晶闸管承受的反向电压高.
10.3.2 三相桥式全控整流电路
对于共阴极组的晶闸管而 言某一相电压较其他两相为 正,同时又有触发脉冲,该相 晶闸管触发导通.对于共阳 极组的晶闸管而言某一相电 压较其他两相为负,同时又 有触发脉冲,该相晶闸管触 发导通.
10.２ 单相可控整流电路
可组成单相半波，单相桥式，三相零式和三相桥式整流电路。
10.２.1 单相半波可控整流电路 1.带电阻负载的可控整流电路：
２.带电感性负载的可控整流电路：
３.带电感性负载的可控整流电路（加续流二极管）：
10.２.２ 单相桥式可控整流电路 １.单相半控桥式整流电路；
１）.电阻性负载；
５.晶闸管的型号及其含义：３ＣＴ５０／５００
６.如何判别管子的好坏：
10.1.２ 其他电力半导体器件
１.双向晶闸管：用于交流电路。相当与两只普通的晶闸管的反 并联，或叫交流晶闸管。控制极对电源的两个半周均有触发控制 作用。
２.可关断晶闸管：可控制关断。
(1)GTO的控制极可以控制元件的导通和关断，而晶闸管控制极 只能控制元件的导通。
三相全控桥式整流电路是三相半波整流电路的两倍.
三相桥式全控整流电路输出 电压数值等于共阴极组与共阳 极组输出电压之和，即为 线电压
10.4 逆变器
10.4.1 有源逆变电路 整流是指电能有交流侧向直流侧传送;而逆变则是指电能有
直流侧向交流侧传送. 1.整流状态:
10.4.2 无源逆变电路 无源逆变电路是指把直流电变成交流电供向负载.
3）晶闸管导通后，控制极就失去了作用；要使晶闸管由导通变为 关断，就要将晶闸管的正向电压降到一定值（正向电压关断或正向 电压反向）。
晶闸管PN结间可通过几十A~几千A的电流。
3.晶闸管的伏安特性：
1) 晶闸管的正向转折电压UBO（断态不重复峰值电压 UDSM）;随控制极电流的增大而减小。
2） 晶闸管的反向转折（击穿）电压UBR（反向不重复峰值电 压UDSM）;随控制极电流的增大而减小。