第一章 晶闸管及其可控整流电路2008

二.
1. 静态特性 （1）正向特性
晶闸管的基本特性
IA 正向 导通
IG=0时，器件两端施加正 向电压，只有很小的正向 漏电流，为正向阻断状态。 正向电压超过正向转折电 压Ubo，则漏电流急剧增大， 器件开通。
UA
URSMURRM
IH O
IG2
IG1 IG=0 UDRM UFbo +UA UDSM
随着门极电流幅值的增大， 正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
第三节 单相桥式可控整流电路
一. 单相桥式全控整流电路 二. 单相桥式半控整流电路
一. 单相桥式全控整流电路
单相桥式全控整流电路(Single Phase
Bridge Contrelled Rectifier)
1. 带电阻负载的工作情况
电路结构 工作原理及波形分析
VT1和VT4组成一对桥臂，在 u2 正半周承受电压u2 ，得到 触发脉冲即导通，当u2 过零 时关断。 VT2和VT3组成另一对桥臂， 在u2正半周承受电压-u2，得 到触发脉冲即导通，当u2 过 零时关断。
第一章 晶闸管及其可控整流电路
第一节半控型器件——晶闸管 第一节半控型器件——晶闸管 半控型器件—— 第二节单相桥式可控整流电路 第二节单相桥式可控整流电路 第三节三相半波可控整流电路 第三节三相半波可控整流电路 第四节三相桥式可控整流电路 第四节三相桥式可控整流电路 第五节 反电势负载特点
本章小结及作业
由式（1-22）和式（1-23）得：
π
1 π −α （1-22） sin 2α + 2π π
ud id
d d
IVT
1 = I 2
b)
0 α u VT
π
α
ωt
1,4
不考虑变压器的损耗时，要 求变压器的容量 S=U2I2。
c) 0 i2 d) 0
ωt
ωt
一. 单相桥式全控整流电路
2.带阻感负载的工作情况 带阻感负载的工作情况
（1) 开通过程
三.
晶闸管的主要参数
iA 100% 90%
延迟时间t 延迟时间 d (0.5~1.5µs) µ 上升时间t 上升时间 r (0.5~3µs) µ 开通时间t 开通时间 gt 以上两者之和， tgt=td+ tr
10% 0 td uAK
tr
t
（2) 关断过程
反向阻断恢复时间t 反向阻断恢复时间 rr 正向阻断恢复时间t 正向阻断恢复时间 gr 关 断 时 间 tq 以 上 两 者 之 和tq=trr+tgr 普通晶闸管的关断时间 约几百微秒
O
IRM
t
trr
URRM t gr
图1-11 晶闸管的开通和关断过程波形
3）动态参数
三.
晶闸管的主要参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
断态电压临界上升率du/dt 断态电压临界上升率
——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通 态转换的外加电压最大上升率。 ——电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。
只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。 只有门极触发是最精确 、 迅速而可靠的控制手段 。
二.
晶闸管的基本特性
晶闸管正常工作时的特性总结如下： 晶闸管正常工作时的特性总结如下：
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，仅在门极有触发电流的情况下晶 闸管才能开通。 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用 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接近于 零的某一数值以下 。
-IA
图1-6 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
二.
门极特性
晶闸管的基本特性
极限高阻 Ugk 极限低阻 Ig
离散性大 厂家给出图示特性范围。 晶闸管三个电极的判断
A K ∝ ∝ ∝ 几十~几百 G ∝ 数百 略大 负极
A
K G 正 极
1. 电压定额
三.
晶闸管的主要参数
使用注意： 使用注意： 通常取晶闸管的 UDRM和URRM中较小 的标值作为该器件 的额定电压 额定电压。 额定电压 选用时，一般取额 定电压为正常工作 时晶闸管所承受峰 值电压2~3倍。
I c 1 = α 1 I A + I CBO 1
I c 2 = α 2 I K + I CBO 2
IK = I A + IG
I A = I c1 + I c 2
式中α1和α2分别是晶体管V1和V2的 共基极电流增益；ICBO1和ICBO2分别 是V1和V2的共基极漏电流。由以上 式可得 ： α 2 I G + I CBO1 + I CBO2 图1-7 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 IA = （1-5） 1 − (α 1 + α 2 ) a) 双晶体管模型 b) 工作原理
通态电流临界上升率di/dt 通态电流临界上升率
——指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流
上升率。 ——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。
1.2 晶闸管器件的串并联
晶闸管器件的串联运行 晶闸管器件的并联运行
一.
晶闸管的串联
目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以 目的 串联。 问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性 问题 差异，使器件电压分配不均匀。
静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静 态伏安特性的分散性，各器件分压不等。 动态不均压：由于器件动态参数和特性的差异造成的 不均压。
一 静态均压措施： 静态均压措施：.
晶闸管的串联
选用参数和特性尽量一致的器件。 采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向 电阻小得多。
动态均压措施： 动态均压措施：
挑选特性参数尽量一致的器件。 采用均流电抗器。 用门极强脉冲触发也有助于动态均流。 当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串 后并的方法联接。
第二节 整流电路·引言
整流电路：
出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。
整流电路的分类： 整流电路的分类
按组成的器件可分为不可控 半控 全控 不可控、半控 全控三种。 不可控 半控、全控 按电路结构可分为桥式电路 零式电路。 桥式电路和零式电路 桥式电路 零式电路。 按交流输入相数分为单相电路 多相电路。 单相电路和多相电路 单相电路 多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为 单拍电路和双拍电路 单拍电路 双拍电路。 双拍电路
假设电路已工作于稳态，id 的平 均值不变。 假设负载电感很大，负载电流id 连续且波形近似为一水平线。
u2过零变负时，晶闸管VT1和VT4 并不关断。 至 ωt=π+α 时 刻 ， 晶 闸 管 VT1 和 VT4关断，VT2和VT3两管导通。 VT2 和VT3 导通后，VT1 和VT4 承 受反压关断，流过VT1和VT4的电 流迅速转移到VT2和VT3上，此过 程称换相 换相，亦称换流 换流。 动画演示 换相 换流
——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需 的最小电流。对同一晶闸管来说，通常 L约为 H的2~4倍。 对同一晶闸管来说， 对同一晶闸管来说 通常I 约为I 倍
浪涌电流I 浪涌电流 TSM
——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性 最大正向过载电流 。
3. 动态参数
半控器件— 第一节 半控器件—晶闸管
一. 晶闸管的结构与工作原理 二. 晶闸管的基本特性 三. 晶闸管的主要参数
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 晶闸管 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。 开辟了电力电子技术迅速发展和广泛应用的崭新时代。 20世纪80年代以来，开始被全控型器件取代。 能承受的电压和电流容量最高，工作可靠，在大容量 的场合具有重要地位。
选择动态参数和特性 尽量一致的器件。 用RC并联支路作动态 均压。 采用门极强脉冲触发 可以显著减小器件开 通时间的差异。
I
VT1 VT2 VT1 RP R C R C
IR O UT1 UT2 U VT2 RP
a)
b)
a) 伏安特性差异
图7-1 晶闸管的串联
b)
串联均压措施
二.
晶闸管的并联
目的：多个器件并联来承担较大的电流 目的 问题：会分别因静态和动态特性参数的差异 问题 而电流分配不均匀。 均流措施： 均流措施：
一.
晶闸管的结构与工作原理
其他几种可能导通的情况：
阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应 阳极电压上升率du/dt过高 结温较高 光触发 光触发可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘 而应用于高压电力设备中，称为光控晶闸管 光控晶闸管（Light 光控晶闸管 Triggered Thyris复峰值电压 DRM
——在门极断路而结温为额定值时，允 许重复加在器件上的正向峰值电压。
反向重复峰值电压URRM 反向重复峰值电压
——在门极断路而结温为额定值时，允 许重复加在器件上的反向峰值电压。
通态（峰值）电压 通态（峰值）电压UT
——晶闸管通以某一规定倍数的额定通 态平均电流时的瞬态峰值电压。
一.
螺 栓 型 晶 闸 管
晶闸管的结构与工作原理
晶 闸 管 模 块
常用晶闸管的结构
平板型晶闸管外形及结构
一.
晶闸管的结构与工作原理
（1-1） （1-2） （1-3） （1-4）
按晶体管的工作原理 ，讨论SCR作为开关器件，如何形成高阻抗的阻 晶体管的工作原理 断工作状态和呈低阻抗的导通工作状态：