第一章晶闸管可控整流电路40页PPT
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持电流IH 。
关断实现的方式： ⒈ 减小阳极电压 ⒉ 增大负载电阻 ⒊ 加反向阳极电压
2.3 晶闸管的伏安特性(静态特性)
(1)正向特性
1) IG=0时，器件两端施加
正向电压，只有很小的正向
IA 正向 导通
漏电流，为正向阻断状态。
2) 正向电压超过正向转折
电压UBO，则漏电流急剧增
URSMURRM UA
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
(1) 不可控器件—工作原理同普通二极管
电力二极管（Power Diode）
(2) 半控型器件—控制信号可以控制导通而不能控制关断
晶闸管（Thyristor）
(3) 全控型器件—既可控制其导通又可控制其关断 绝缘栅双极晶体管（IGBT） 电力场效应晶体管（MOSFET） 门极可关断晶闸管（GTO）
通态平均电压组别 正反向重复峰值电压等级 额定通态平均电流 普通反向阻断型 表示闸流特性
三、可控整流电路
整流电路
单相 三相
单相半波 单相全波 单相桥式
三相半控
三相全控
负载性质： 电阻性 电感性 反电势性
3.1 单相半波可控整流电路
（一）电阻性负载
图6 单相半波可控整流电路及波形
单相变压器二次侧电压U2为50HZ正弦波;变压器起变换 电压和电气隔离的作用。
第一章 电力电子器件知识
定义:电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半 导体电子器件。(Power Electronic Device)
其基本模型：
Ａ
Ｂ
Ｋ
图１电力电子器件的理想开关模型
电力电子器件的基本特性
电力电子器件一般都工作在开关状态。
电力电子器件的开关状态由外电路（驱动电路）来 控制。
图4 晶闸管工作原理
晶闸管的工作原理：可控的单向导电性。
晶闸管的导通条件： 1、阳极与阴极之间加上正向电压； 2、门极（控制极）与阴极之间加上适当的正向
电压，有足够的门极电流Ig流入。
晶闸管导通后，控制极便失去作用，晶闸管维持导通 状态。
晶闸管关断的条件： 流过晶闸管的阳极电流Ia小于晶闸管规定的维
小的反相漏电流流过。
URSMURRM -
UA
IH O
IG2 IG1 IG=0
UDRM Ubo +UA UDSM
3) 当反向电压达到反向击穿
电压后，可能导致晶闸管发
雪崩 击穿
热损坏。
-IA
图5 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
晶闸管型号 KP□ － □ □
如KP100―12G表示额 定电流为100A,额定电 压为1200V,管压降(通态 平均电压)为1V的普通 型晶闸管.
A
G
G A
图2 晶闸管的图形符号和内部结构
P J1 N
J2
P N J3
K
常用晶闸管的外形结构
螺栓型晶闸管
大电流螺旋式 大电流平板式
平板型晶闸管外形及结构
晶闸管模块
小电流塑封式
2.2 晶闸管工作原理
晶闸管由四层半导体交替叠成，可等效看成两个 晶体管Ｖ1（Ｐ1—Ｎ1—Ｐ2）与V2（N1—Ｐ2— Ｎ2）的组成。
(二)电感性负载
图7 带电感性负载的 单相半波可控整流电路及波形
(三)续流二极管
在带有大电感负载时，单相半波相控整流电路正常 工作的关键是使负载端不出现负电压，因此要设法在电 源电压U2负半周时，使晶闸管VT承受反压而关断。解 决的办法是在负载两端并联一个二极管。
加了续流二极管以后，输出直流电压Ud的波形与电 阻负载时一样，而电流波形则完全不同。电源电压正半 周时，电流由电源经导通的晶闸管供给；电源电压负半 周时，晶闸管关断，电流由续流电流维持，因此，负载 电流由两部分合成。
电阻性负载 VT1
T
R
u2
Rd
u2
VT2 图9 单相全波可控整流电路
单相全波可控整流与单相桥式全控整流电路输出 的直流电压都是全波相控电压,在后面桥式电路进行 分析。
3.3 单相全控桥式整流电路
(一)电阻性负载
单相全波可控整流与单相全控桥式整流电路不同之 处在于:全波电路只需两个晶闸管，但变压器二次侧需 有中间抽头，晶闸管承受变压器二次侧全部电压；桥式 整流需四只晶闸管，变压器不需抽头，两种电路输出直 流电压相等。
VT的α移相范围为 0～180
通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大 小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。
(二)电感性负载
整流电路直流负载的感抗ωLd和电阻Rd的大小相 比不可忽略时，这种负载称为电感性负载。
阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得 流过电感的电流不发生突变。延迟了晶闸管的关断时 刻，使Ud波形上出现了负值。
电路输出电压电流平均值下标均用d表示。 晶 闸 管 V T, 当 在 电 源 正 半 周 内 且 在 门 极 加 触 发 脉 冲 时 导
通.VT导通时，Ud= U2,截止时Ud= 0。 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。
首先，引入两个重要的基本概念： 控制角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发
(三)续流二极管
L储存的能量保证了电 流id在Ld-Rd-VD回路中 流通，此过程通常称为 续流。
图8 电感性负载接续流 二极管时的电路及波形
3.2 单相全波可控整流ห้องสมุดไป่ตู้路
TR
u2
0
u2
单相全波可控整流电 路采用了二次侧带有 中心抽头的变压器， 每个二次绕组一周期 内只工作一半时间， 利用率低。
3.2 单相全波可控整流电路
IH O
IG2 IG1 IG=0
UDRM UBO +UA UDSM
大，器件开通。
3)随着门极电流幅值的增大，
雪崩 击穿
正向转折电压降低。
4) 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
-IA
图5 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
(2) 反向特性
1) 反向特性类似二极管的反 向特性。
IA 正向 导通
2) 反向阻断状态时，只有极
在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗） 很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度 过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。
二、晶闸管的结构与工作原理
2.1 晶闸管的结构
晶闸管是一种功率四层半导体器件，有三个引出极，
阳极（A）、阴极（K）、门极（G），常用的有
螺栓式与平板式。
K
脉冲止的电角度,用α表示,也称触发角或触发延迟角。
导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，
用θ表示 。
直流输出电压平均值为
U d 2 1 2 U 2 sitn ( d t)2 2 U 2 ( 1 co ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2o
关断实现的方式： ⒈ 减小阳极电压 ⒉ 增大负载电阻 ⒊ 加反向阳极电压
2.3 晶闸管的伏安特性(静态特性)
(1)正向特性
1) IG=0时，器件两端施加
正向电压，只有很小的正向
IA 正向 导通
漏电流，为正向阻断状态。
2) 正向电压超过正向转折
电压UBO，则漏电流急剧增
URSMURRM UA
按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：
(1) 不可控器件—工作原理同普通二极管
电力二极管（Power Diode）
(2) 半控型器件—控制信号可以控制导通而不能控制关断
晶闸管（Thyristor）
(3) 全控型器件—既可控制其导通又可控制其关断 绝缘栅双极晶体管（IGBT） 电力场效应晶体管（MOSFET） 门极可关断晶闸管（GTO）
通态平均电压组别 正反向重复峰值电压等级 额定通态平均电流 普通反向阻断型 表示闸流特性
三、可控整流电路
整流电路
单相 三相
单相半波 单相全波 单相桥式
三相半控
三相全控
负载性质： 电阻性 电感性 反电势性
3.1 单相半波可控整流电路
（一）电阻性负载
图6 单相半波可控整流电路及波形
单相变压器二次侧电压U2为50HZ正弦波;变压器起变换 电压和电气隔离的作用。
第一章 电力电子器件知识
定义:电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半 导体电子器件。(Power Electronic Device)
其基本模型：
Ａ
Ｂ
Ｋ
图１电力电子器件的理想开关模型
电力电子器件的基本特性
电力电子器件一般都工作在开关状态。
电力电子器件的开关状态由外电路（驱动电路）来 控制。
图4 晶闸管工作原理
晶闸管的工作原理：可控的单向导电性。
晶闸管的导通条件： 1、阳极与阴极之间加上正向电压； 2、门极（控制极）与阴极之间加上适当的正向
电压，有足够的门极电流Ig流入。
晶闸管导通后，控制极便失去作用，晶闸管维持导通 状态。
晶闸管关断的条件： 流过晶闸管的阳极电流Ia小于晶闸管规定的维
小的反相漏电流流过。
URSMURRM -
UA
IH O
IG2 IG1 IG=0
UDRM Ubo +UA UDSM
3) 当反向电压达到反向击穿
电压后，可能导致晶闸管发
雪崩 击穿
热损坏。
-IA
图5 晶闸管的伏安特性 IG2>IG1>IG
晶闸管型号 KP□ － □ □
如KP100―12G表示额 定电流为100A,额定电 压为1200V,管压降(通态 平均电压)为1V的普通 型晶闸管.
A
G
G A
图2 晶闸管的图形符号和内部结构
P J1 N
J2
P N J3
K
常用晶闸管的外形结构
螺栓型晶闸管
大电流螺旋式 大电流平板式
平板型晶闸管外形及结构
晶闸管模块
小电流塑封式
2.2 晶闸管工作原理
晶闸管由四层半导体交替叠成，可等效看成两个 晶体管Ｖ1（Ｐ1—Ｎ1—Ｐ2）与V2（N1—Ｐ2— Ｎ2）的组成。
(二)电感性负载
图7 带电感性负载的 单相半波可控整流电路及波形
(三)续流二极管
在带有大电感负载时，单相半波相控整流电路正常 工作的关键是使负载端不出现负电压，因此要设法在电 源电压U2负半周时，使晶闸管VT承受反压而关断。解 决的办法是在负载两端并联一个二极管。
加了续流二极管以后，输出直流电压Ud的波形与电 阻负载时一样，而电流波形则完全不同。电源电压正半 周时，电流由电源经导通的晶闸管供给；电源电压负半 周时，晶闸管关断，电流由续流电流维持，因此，负载 电流由两部分合成。
电阻性负载 VT1
T
R
u2
Rd
u2
VT2 图9 单相全波可控整流电路
单相全波可控整流与单相桥式全控整流电路输出 的直流电压都是全波相控电压,在后面桥式电路进行 分析。
3.3 单相全控桥式整流电路
(一)电阻性负载
单相全波可控整流与单相全控桥式整流电路不同之 处在于:全波电路只需两个晶闸管，但变压器二次侧需 有中间抽头，晶闸管承受变压器二次侧全部电压；桥式 整流需四只晶闸管，变压器不需抽头，两种电路输出直 流电压相等。
VT的α移相范围为 0～180
通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大 小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。
(二)电感性负载
整流电路直流负载的感抗ωLd和电阻Rd的大小相 比不可忽略时，这种负载称为电感性负载。
阻感负载的特点：电感对电流变化有抗拒作用，使得 流过电感的电流不发生突变。延迟了晶闸管的关断时 刻，使Ud波形上出现了负值。
电路输出电压电流平均值下标均用d表示。 晶 闸 管 V T, 当 在 电 源 正 半 周 内 且 在 门 极 加 触 发 脉 冲 时 导
通.VT导通时，Ud= U2,截止时Ud= 0。 电阻负载的特点：电压与电流成正比，两者波形相同。
首先，引入两个重要的基本概念： 控制角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发
(三)续流二极管
L储存的能量保证了电 流id在Ld-Rd-VD回路中 流通，此过程通常称为 续流。
图8 电感性负载接续流 二极管时的电路及波形
3.2 单相全波可控整流ห้องสมุดไป่ตู้路
TR
u2
0
u2
单相全波可控整流电 路采用了二次侧带有 中心抽头的变压器， 每个二次绕组一周期 内只工作一半时间， 利用率低。
3.2 单相全波可控整流电路
IH O
IG2 IG1 IG=0
UDRM UBO +UA UDSM
大，器件开通。
3)随着门极电流幅值的增大，
雪崩 击穿
正向转折电压降低。
4) 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
-IA
图5 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
(2) 反向特性
1) 反向特性类似二极管的反 向特性。
IA 正向 导通
2) 反向阻断状态时，只有极
在工作中器件的功率损耗（通态、断态、开关损耗） 很大。为保证不至因损耗散发的热量导致器件温度 过高而损坏，在其工作时一般都要安装散热器。
二、晶闸管的结构与工作原理
2.1 晶闸管的结构
晶闸管是一种功率四层半导体器件，有三个引出极，
阳极（A）、阴极（K）、门极（G），常用的有
螺栓式与平板式。
K
脉冲止的电角度,用α表示,也称触发角或触发延迟角。
导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，
用θ表示 。
直流输出电压平均值为
U d 2 1 2 U 2 sitn ( d t)2 2 U 2 ( 1 co ) 0 s .4 U 2 5 1 c 2o