晶闸管的发展及其应用

目 录

第一章 电力电子技术简介及其器件发展 (1)

第二章 晶闸管 (2)

2.1 晶闸管的产生及符号 (2)

2.2晶闸管的导通与关断条件 (3)

2.3 晶闸管的工作原理 (4)

2.4 晶闸管的阳极伏安特性 (5)

2.5 晶闸管的主要参数 (6)

2.5.1 晶闸管的重复峰值电压 (7)

2.5.2晶闸管的额定通态平均电流额定电流T I （AV ） (7)

2.6 通态平均电压T U （AV ） (8)

2.7 门极触发电压GT U 和门极触发电流GT I (8)

2.8 维持电流H T (9)

2.8 掣住电流L I (9)

2.9 断态电压临界上升率du ／dt (9)

2.10 通态电流临界上升率di ／dt (10)

第三章 双向晶闸管及其派生晶闸管 (11)

3.1 双向晶闸管 (11)

3.2 快速晶闸管 (12)

3.4 光控晶闸管 (13)

第四章 晶闸管的保护与串并联使用 (14)

4.1 过电压保护 (14)

4.1.1操作过电压 (14)

4.1.2雷击过电压 (15)

4.1.3换相过电压 (15)

4.1.4关断过电压 (15)

4.2 过电压保护措施 (15)

4.2.1操作过电压的保护 (15)

4.2.2浪涌（雷击）过电压的保护 (15)

4.2.3 过电流保护 (17)

4.4 晶闸管的串、并联 (18)

第五章 晶闸管应用实例 (19)

5.1 单相全控桥式整流电路 (19)

5.2 三相全控桥式整流电路 (20)

总结 (22)

参考文献 (23)

第一章电力电子技术简介及其器件发展

第一章电力电子技术简介及其器件发展

电力电子技术，即由国际电工委员会命名的，一门将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路进而实现电能的变换和控制的完整学科。突出对“电力”的变换，变换的功率可以大到数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或更小。

电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制技术3个部分，其中电力电子器件是基础，变流电路是电力电子技术的核心。

电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制与应用。它既是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的动力。早在20世纪三四十年代，人们就开始应用电机组、汞弧整流器、闸流管、电抗器、接触器等进行了对电能的变换和控制。到20世纪50年代第一个晶闸管诞生后，在其后近50年里，电力电子器件如雨后春笋发展起来。以器件为核心的电力电子技术的发展可分为两个阶段：1957—1980年称为传统电力电子技术阶段；1980年至今称为现代电力电子技术阶段。所以晶闸管的诞生与应用在电力电子技术发展史可谓起到承前启后的作用，本论文将主要介绍晶闸管的诞生、发展与应用。

20世纪50年代初，普通的整流器SR开始使用，实际上已经开始取代汞弧整流器。但电力电子技术真正的开始是在由于1957~1958年第一个反向阻断型可控硅SCR的诞生，也就是现在的晶闸管。一方面由于其功率变换能力的突破，另一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强点变换电路的控制，是电子技术步入了功率领域，在工业上引起了一场技术革命。在随后的20年内，随着晶闸管特性不断的改进及功率等级的提高，晶闸管已经形成了从低压小电流到高压大电流的系列产品。同时研制出了一系列晶闸管的派生器件，如不对称晶闸管ASCR、逆导晶闸管RCT、双向晶闸管TRIAC、门极辅助关断晶闸管GATT、光控晶闸管LASCR 等器件，大大地推进了各种电力变换器在冶金、运输、化工、机车牵引、矿山、电力等行业的应用，促进了工业的技术进步，开始了传统的“晶闸管及其应用”的电力电子技术发展的第一阶段，即传统电力电子技术阶段。

20世纪70年代后期，尤其是20世纪80年代以后，各种高速、全控型的器

第二章晶闸管

2.1 晶闸管的产生及符号

晶闸管（Thyristor）是晶闸流管的简称，也称可控硅整流管（Silicon Controlled Rectifier），简称SCR。晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控制特性好等有点，在许多领域中得到了广泛应用。

晶闸管面世早，应用极为广泛。由于它电流容量大、耐压高（目前生产水平是4500A/8000V）以及开通的可控性，已被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压、直流变换等领域，为特大功率低频（200Hz一下）装置中的主要器件。

目前国内外生产的晶闸管的外形封装形式可分为小电流塑封式（额定电流在10A以下）、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式（额定电流在200A以上），分别如图2.1.1、2.1.2、2.1.3、2.1.4所示。

图2.1.1小电流塑封式图2.1.2 小电流螺旋式

图2.1.3 大电流螺旋式图2.1.4 大电流平板式晶闸管有三个电极，它们是阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G，电器符号如

图2.1.5 a 所示。

晶闸管是大功率器件，工作时由于器件损耗而产生大量的热，因此必须安装散热器，以降低管芯温度。器件外形是为了便于安装散热器而设计的。螺旋式晶闸管紧栓在铝制散器上，采用自然散热冷却方式，如图（b ）所示。平板式晶闸管由两个彼此绝缘的散热器紧夹在中间，散热方式可以采用风冷或水冷，以获得较好的散热效果，如图（c ）、（d ）所示。

（a ）电器符号 （b ）自然冷却式 （c ）风冷式 （d ）水冷式

图2.1.5 晶闸管形状及符号

2.2晶闸管的导通与关断条件

晶闸管是单向可控的开关原件，它的导通和关断条件可通过图2.2.1实验线路说明。主电源A E 和门极电源G E 通过双刀开关Q1和Q2正向或反向闭合接通晶闸管的有关电极，用灯泡和电流表观察晶闸管的通断情况。

图2.2.1 晶闸管的导通与关断实验电路

当Q1向右反向闭合时，晶闸管承受反向阳极电压，不论门极承受何种电压，指示灯都不亮，说明晶闸管处于关断状态。当Q1向左正向闭合，晶闸管承受正向阳极电压，仅当Q2正向闭合即门极也承受正向电压时指示灯才亮。晶闸管一旦导通，Q1不论正接、反接或者断开，晶闸管保持导通状态不变，说明门极失去了控制作用。要使晶闸管关断，可以去掉阳极电压，或者给阳极加反压；也可以降低正向阳极电压数值或增大回路电阻，使流过晶闸管的电流小于一定数值。

实验表明：晶闸管的导通条件是在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时在它的门极和阴极间也加正向电压，二者缺一不可；晶闸管一旦导通，门极将失