汽车电工电子技术第7章

1、第7章 晶闸管及其应用 第7章 晶闸管及其应用 7.1 晶闸管 7.2 可控整流电路 7.3 晶闸管的触发电路 7.4 晶闸管的保护 习题 第7章 晶闸管及其应用 7.1 晶 闸 管 7.1.1 晶闸管的结构 晶闸管又称为可控硅（SCR）, 普通型晶闸管的外壳结构主 要有两种形式，一种是螺栓式，另一种是平板式，它们的外形 如图7.1所示。 第7章 晶闸管及其应用 图7.1 晶闸管的外形 (a) 螺栓式； (b) 平板式 第7章 晶闸管及其应用 晶闸管有3个电极：阳极A、阴极K和门极(控制极)G。在图 7.1（a）中， 下端的螺栓是阳极A，使用时把螺栓固定在散热 器上，上端有两根引出线，粗的一根

2、是阴极 K，细的一根是控 制极G。在图7.1（b）平板式晶闸管中，与晶闸管中间金属环 连接的引线是控制极；离控制极较近的端面是阴极，较远的端 面是阳极。 晶闸管的内部有一个由硅半导体材料做成的管心。管心是 一个圆形薄片，它是四层（ P1、N1、P2、N2）、三端（A、K、G） 器件。它有三个 PN结，可以把中间的 N1和P2分为两部分，可看 成是一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管，如图7.2 所示。 第7章 晶闸管及其应用 图7.2 晶闸管的结构示意图和图形符号 第7章 晶闸管及其应用 7.1.2 晶闸管的工作原理 1 反向阻断实验 如图7.3（a）所示，晶闸管有两个回路： EA(

3、-)RLVT（A极-K极）EA(+) E G(+)RG开关SVT（G极-K极）EG(-) 第7章 晶闸管及其应用 图7.3 （a） 反向阻断； （b） 方向阻断； （c） 触发导通； （d） 切除触发信号仍导通 第7章 晶闸管及其应用 前一回路称为晶闸管的主电路，后一回路称为晶闸管的控 制电路。由主电路可知，此时晶闸管的阳极电位低于阴极， 加在晶闸管上的电压为反向电压。在此状态下，不论控制电路 是否接通，电灯HL均不亮，晶闸管不导通。此时称晶闸管处于 反向阻断状态。 从晶闸管的结构图可见，当晶闸管承受反向电压时，对 J2 结来说虽为正向偏置，但对 J1和J3结则为反向偏置，它们的电 阻很大，晶

4、闸管只有极小的反向漏电流通过，所以晶闸管处于 阻断状态。 第7章 晶闸管及其应用 2. 正向阻断实验 如图7.3(b)所示，此时晶闸管虽承受正向偏压，但控制 极未接通，电灯也不亮， 说明晶闸管未导通，晶闸管处于正 向阻断状态。在正向电压作用下，虽然J1和J3结为正向偏置， 但J2结为反向偏置， 故晶闸管仍不能导通。 第7章 晶闸管及其应用 3 触发导通实验 触发导通实验 如图7.3（c）所示，把开关S合上，在控制极与阴极之间加 上适当大小的正向触发电压UG。此时，电灯亮，晶闸管由阻断 状态变为导通状态。 晶闸管导通后，即使断开控制极电路开关 S，电灯仍保持原亮度，这说明晶闸管一经触发导通， 控

5、制极 便失去了控制作用。一旦触发导通以后，即使切除触发信号， 晶闸管仍然导通(见图7.3（d）)。 第7章 晶闸管及其应用 由以上实验可知， 要使晶闸管导通必须同时具备下列两个 条件： (1) 阳极A和阴极K之间施加正向电压。 (2) 控制极G与阴极K之间施加正向触发电压。 为了说明晶闸管的工作原理，我们把四层结构的晶闸管看 成由PNP和NPN型两个晶体管连接而成，每一个晶体管的基极 与另一个晶体管的集电极相连，如图7.4所示。阳极 A相当于 PNP型晶体管V1的发射极， 阴极K相当于NPN型晶体管V2的发 射极。 第7章 晶闸管及其应用 图7.4 把晶闸管看成由PNP和NPN型两个晶体管的组

6、合 第7章 晶闸管及其应用 图7.5 晶闸管的工作原理 第7章 晶闸管及其应用 如果晶闸管阳极加正向电压E A，控制极加正向电压EG(见图 7.5)，那么晶体管 V2处于正向偏置，电压 E G产生的控制极电流 就是V2的基极电流，由于 V2的放大作用，iC2 = 2iB2。而 iC2又是 晶体管V1的基极电流，V1的集电极电流iC1 = 1iC2 = 12iB2。 此电 流又流入V2基极， 再一次放大。 这样循环下去，形成了强烈的 正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通。这就是晶闸管的导 通过程，导通后的管压降很小，即UAK1 V, 电源电压几乎全部 加在负载上，晶闸管中就流过负载电流, 即IA

7、 E A /R L。 第7章 晶闸管及其应用 在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子自身的反 馈作用来维持，即使控制极电流 iG消失，晶闸管仍然处于导通 状态。所以，控制极的作用仅仅是触发一下晶闸管使其导通， 导通之后控制极就失去控制作用了。 所以触发电压常常是一个 具有一定幅度而存在时间很短的脉冲电压。要想关断晶闸管， 必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈过程，当然也可以 将阳极电源切断或者在晶闸管的阳极和阴极加上一个反向电压。 第7章 晶闸管及其应用 7.1.3 晶闸管的主要参数和型号 1） 正向阻断峰值电压UFRM 在控制极断开和晶闸管正向阻断的情况下，允许重复加 到晶闸管阳极与阴

8、极之间的正向峰值电压。 第7章 晶闸管及其应用 2） 反向阻断峰值电压URRM 在控制极断开的情况下，允许重复加到晶闸管阳极与阴极 之间的反向峰值电压。 如果晶闸管的UFRM和URRM不相等，则取较小的那个电压值， 作为该元件的额定电压。在实际应用中，由于晶闸管的过载能 力较差，所以在选择晶闸管的额定值时，需要留有一定的余量。 通常选额定电压和额定电流是实际工作电压和工作电流的2倍 左右。例如工作在交流有效值为220 V（峰值为311 V）的电路 中， 应选用额定电压为600 V的晶闸管。 第7章 晶闸管及其应用 3） 额定正向平均电流IF 在环境温度不超过40和规定的散热条件下，晶闸管的阳

9、极与阴极之间允许连续通过的工频（ 50 Hz）正弦半波电流的 平均值。 需要指出，晶闸管的额定正向平均电流并不是一成不变的， 它与环境温度、散热条件、元件的导通角等因素有关。例如 100 A的元件，如不加风冷，则只能用到其容量的 30左右。 此外，若晶闸管中流过的平均电流相同，则导通角越小，电 流的波形越尖，峰值越大，元件发热越重。这时晶闸管所允许 通过的电流平均值必须适当降低。 第7章 晶闸管及其应用 4） 维持电流IH 在规定的环境温度和控制极断开的情况下，维持晶闸管继 续导通所需要的最小阳极电流，称为维持电流IH。当晶闸管的 阳极电流小于此值时，晶闸管将自行关断。IH一般为几十至二 三百

10、毫安。 目前我国生产的普通型晶闸管的型号组成如下： 第7章 晶闸管及其应用 导通时正向平均电压的组别，（小于 100A不 标），共分九级，用 AI表示，A级为0.4V,I 级为1.2V 第7章 晶闸管及其应用 7.2 可控整流电路可控整流电路 7.2.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 1.电阻性负载单相半波可控整流电路 电阻性负载单相半波可控整流电路 1） (1) u 2为正半波时，ua u b，晶闸管承受正向阳极电压。 此 时若在门极加上正向触发电压，则晶闸管导通，电流 io流向： aVTR Lb。忽略管压降 u T，则uo =u 2，io = u 2 /R L。当u2的正 半波

11、电压逐渐减少时，io也逐渐减少，当u 2 0时，io0，晶闸 管关断。 第7章 晶闸管及其应用 (2）u 2为负半波时， u a u b, 晶闸管承受反向电压，处于反 向阻断状况， u o0，u2的下一个周期情况与前述相同，重复 出现。 电路中各电压、 电流波形图如图7.6(b)所示。 第7章 晶闸管及其应用 图7.6 (a) 电路图； (b) 波形图 第7章 晶闸管及其应用 2） 从晶闸管承受正向电压起到晶闸管触发导通时的空间电角 度称为控制角，一个周期内导通的范围称为导通角 ， 显 然， - 。改变晶闸管的触发时刻就可以改变控制角 ，亦 即可以改变晶闸管的导通范围，从而改变 u o。 的变

12、化范围称 为移相范围，值的改变称为移相。 第7章 晶闸管及其应用 3）负载直流平均电压Uo与平均电流Io 设 tUu?sin2 22 ? 则负载上的直流平均电压U o为 2 cos1 45. 0dsin2 2 1 22 o ? ? ? ? ? ? UttUU 式中，Uo为u o波形的平均值； U 2为电源有效电压； 为控制角。 U o和 及u 2有关，若电源电压给定后， U o只与 有关。当0时， U o=0.45U2,为最大输出直流平均电压；当=时，Uo0。 所以 的移相范围为0，而U o在00.45U2范围连续可调。 （7-1） 第7章 晶闸管及其应用 负载电流的平均值为 ? ? ? ?

13、? ? ? ? 2 cos1 45. 0 L 2 L o o ? R U R U I （7-2） 式中，Io为负载电流的平均值；U2为电源电压有效值；RL为负载 电阻。 第7章 晶闸管及其应用 4） (1） 晶闸管所承受的最大正反向电压URM。 2RM 2U U? （7-3） (2） 流过晶闸管的电流平均值IT。 ? ? ? ? ? ? ? ? 2 cos1 45. 0 L 2 oT ? R U II （7-4） 第7章 晶闸管及其应用 2. 电感性负载单相半波可控整流电路 实际电路中有许多负载是电感性负载，它们既含有电阻又 含有电感。 电感性负载单相半波可控整流电路如图7.7所示。 第7章

14、晶闸管及其应用 图7.7 （a） 电路图; (b) 波形图 第7章 晶闸管及其应用 1） 当u 2为正半波时，晶闸管 VT承受正向电压 u 2，控制极未加 触发脉冲时，晶闸管不导通， u o0。在t1时刻，晶闸管被触 发导通，u 2加在负载上，uou2 。io只能逐渐增加， 因为电感L 的自感电动势阻碍io增加。当u o达到最大值后又开始减少时， io 增大速度变慢，直至最大，再开始减少。当 io减少时，电感L的 自感电动势阻碍io减少。自感电动势的方向对晶闸管来说是正方 向，所以，在t 2t3期间，虽然 u 2已变为负， 但只要自感电 动势大于u 2，晶闸管就承受正向电压而继续导通， io继

15、续减少， 但只要io不小于IH, 晶闸管就不关断，u ou2。直至io I H, 晶闸管 才关断，开始承受反向电压， u o0。波形图如图7.7(b)所示。 第7章 晶闸管及其应用 2） 由于电感L的存在，使负载电压出现负值，平均电压 U o减 少。所以必须采取一定措施，避免u o出现负值。为解决此问题， 可以在负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，其电路图 及波形图如图7.8所示。 第7章 晶闸管及其应用 图7.8 续流二极管的感性负载电路图及波形图 （a） 电路图; (b) 波形图 第7章 晶闸管及其应用 7.2.2 1. 单相半控桥式整流电路的组成 单相半波可控整流电路虽然有电路简单、

16、调整方便、使用 元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出电流小的缺点。 所以，经常用的是单相桥式可控整流电路。单相桥式可控整流 电路分为半控桥式整流电路和全控桥式整流电路。如图7.9所 示为两种常用的单相半控桥式整流电路。在图7.9（a）中， 采用两个晶闸管和两个二极管组成桥式电路；在图 7.9（b）中， 采用四个二极管和一个晶闸管组成开关管式电路。如果在图 7.9（a）中的四个晶体管都采用晶闸管，则称为单相全控桥式 整流电路。但由于这种电路晶闸管较多，触发电路较复杂， 成 本较高， 故不常采用。 第7章 晶闸管及其应用 图7.9 单相半控桥式整流电路 （a） 半控式； (b) 开关管式 第7

17、章 晶闸管及其应用 在图7.9（a）中，变压器副边电压 u 2在正半周时， VT1和 VD2承受正向电压。当t时，如对晶闸管VT1引入触发信号， 则VT1和VD2导通，电流的通路为 aVT1R LVD2b 这时，VT2和VD1承受反向电压而截止。同样在电压u 2的负半周 时， VT2和VD1承受正向电压。这时，如对晶闸管VT2引入触发 信号， 则VT2和VD1导通，电流的通路为 bVT2R LVD1a 这时，VT1和VD2处于截止状态。 第7章 晶闸管及其应用 当整流电路为电阻性负载时，单相半控桥式整流电压uo的 波形如图7.10所示。显然，与单相半波可控整流相比，其输出 电压的平均值应增大一

18、倍， ? ? ? ? ? ? ? ? 2 cos1 9 . 0 2o ? UU （7-5） 输出电流的平均值 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? L 2 L o o 2 cos1 9 . 0 R U R U I ? (7-6) 第7章 晶闸管及其应用 图7.10 单相桥式可控整流的电压波形图 第7章 晶闸管及其应用 由上述可知，当0，即180时，负载上的电压最 大，即Uo =0.9U 2。改变触发脉冲 u G的加入时刻，即改变控制 角大小，使晶闸管在不同的时刻导通，便可调节负载电压 的平均值Uo， 从而实现可控整流。 第7章 晶闸管及其应用 例7-1有一纯阻性负载，要求单相半控桥式整流电路

19、对 负载提供可调的直流电压平均值Uo为0100 V，电流Io为010 A，求变压器副绕组的电压有效值U2,并选择晶闸管。 解设输出的直流电压平均值为100 V时，晶闸管全导通, 即180，0。由公式可求出可控整流电路的输入交 流电压有效值： )V(111 9 . 0 100 0.9 o 2 ? U U 第7章 晶闸管及其应用 实际上，晶闸管的最大导通角只有160170左右， 因此，要得到100 V的直流输出电压， 就必须在计算结果的基 础上加大10左右，所以 U2=111(1+0.1)=122 (V) 晶闸管承受的最大反向电压 )V(5 .17212222 2RM ?UU 第7章 晶闸管及其应

20、用 )A(5 2 10 2 o T ? I I 二极管中流过的平均电流 )A(5 2 o TVD ? I II 按两倍的余量选择晶闸管，则可选用 KP型晶闸管，它的额 定正向平均电流为10 A，额定电压为400 V即可。 第7章 晶闸管及其应用 例7-2设负载电阻对可控整流电路的要求与上例相同， 为了减轻整流装备的重量，缩小体积，不采用整流变压器， 直接由电网的交流 220 V（有效值）电压作为整流电路的输入 电压，求晶闸管最大导通角，并选择晶闸管。 解当输出直流电压平均值为 100 V时，导通角为，控 制角为， 根据公式得 ? ? ? ? ? ? ? ? 2 cos1 2209 . 0100

21、 ? 第7章 晶闸管及其应用 解得 2 , 99 1 cos? 最大导通角 2 ? 晶闸管所承受的最大反向电压 )V(31122022 2RM ?UU 第7章 晶闸管及其应用 2. 单相半控桥式整流电路的应用可控硅整流充电机 如图7.11所示是一台8 kW可控硅移相调压充电机。 由于 它采用移相调压，故体积小、重量轻， 结构合理， 使用方便 可靠， 比较适合汽车修理厂使用。现将电气原理介绍如下： 该充电机包括主整流电路、 触发电路和控制电路三个部分。 第7章 晶闸管及其应用 图7.11 单相半控桥式充电机电器原理图 第7章 晶闸管及其应用 1） 主整流电路是用两个硅二极管、两个可控硅元件组成的

22、单 相桥式整流电路，并由220 V单相交流电直接供电，不设置整 流变压器， 以提高输出直流电压。 第7章 晶闸管及其应用 2） 触发电路是典型的单结晶体管移相触发电路。三极管V1的 基极电压是通过控制电路来改变的。从同步变压器 8 V一侧绕 组来的交流电经整流、滤波、稳压后，加在电阻器RP上，调节 RP， 改变三极管的基极与发射极之间的电压，达到移相调压 的目的。 第7章 晶闸管及其应用 3) 在触发电路中，还设置了电容器C2，它的作用是，当三极 管V1的基极发射极之间电压升高时， V1导通，触发电路的直 流电通过R3，V1向电容器C1充电。如果充电速度加快 ,电容器C1 两端的电压上升速度就

23、加快，输出脉冲就提前，晶体管将提前 导通而使充电电压提高。设置了电容器C2之后，可以使相位角 后移6左右，保证在充电电压低时也能很好地触发。 使用时，应首先将电位器RP调到阻值最小处，接上蓄电池， 再接交流电源，指示灯亮。调节RP使输出的直流电压达到需要 的数值。 充电完毕后，先将电位器RP的阻值回调至最小，再切 断交流电源， 最后卸下蓄电池。 第7章 晶闸管及其应用 在使用可控硅移相调压充电机时应注意以下几点： （1） 在充电电压低于蓄电池电动势一定值时，还会出 现充电电流，这是因为可控硅充电机输出的是短脉冲电压， 而电压表测量的是平均电压。 （2） 在实际充电时可控硅充电机的功率选择应尽可

24、能 接近实际需要的功率，以便可控硅能在较大的导通角下工作。 （3） 充电机输出导线应选用截面积较大的导线，避免 发热损坏。一般按输出电流的有效值来选择线径， 并有一定 的余量。 第7章 晶闸管及其应用 7.3 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路 7.3.1 单结晶体管单结晶体管 单结晶体管又称为双基极二极管，它有一个发射极和两个 基极。图7.12是单结晶体管的外形、结构示意图和图形符号。 把一块高电阻率的（轻掺杂的） N型硅片，焊接在缝宽为 0.25 mm的镀金陶瓷片上。镀金陶瓷片的两个部分，即为单结晶体管 的两个基极，分别称为第一基极 B1和第二基极B2。在两个基极 之间靠近B2处的N型硅片上

25、掺入P型杂质，并引出一个铝质电极， 这个电极就是发射极E。于是在发射极与硅片的交界处形成一个 PN结。单结晶体管的发射极与任一基极之间都存在着单向导电 性。当发射极不与电路接通时，基极 B2和B1之间约有312 k 的电阻，单结晶体管可用图7.13的等效电路来表示。 第7章 晶闸管及其应用 图7.12 （a） 外形； (b) 结构示意图； （c） 图形符号（箭头指向第一基极） 第7章 晶闸管及其应用 图7.13 单结晶体管的等效电路 第7章 晶闸管及其应用 单结晶体管工作时，需要在两个基极上加电压UBB，且B2接 正极，B1接负极。在发射极不加电压时，r B1两端分得的电压为 B B B B

26、1B B B 2B1B 1B 1B U r r U rr r U? ? ? （7-7） 式中, 称为单结晶体管的分压比，用表示。因此 BB 1B r r BB1B UU? 分压比是单结晶体管的一个重要参数，其值与单结晶体 管结构有关，一般在 0.50.8之间。对某一单结晶体管而言， 是一常数。 （7-8） 第7章 晶闸管及其应用 在发射极E与第一基极B 1之间，加上可调的控制电压 U E， 并使E极接可调电源的正极， B 1接负极。当 U E U B1时，PN结被 反向偏置，等效电路中的二极管截止，此时E、B 1极之间呈现高 电阻。当控制电压上升到 U E =U B1UV（UV为PN结的正向电

27、压 降， 在室温时UV约为0.67 V）时，PN结正向导通。这时就有大 量的空穴由发射极的P区注入到与第一基极相连接的N区，使这 一区域的导电性增强。因而E、B1极之间的电阻突然大幅度地减 小， r B1中出现一个较大的脉冲电流。使 E、B1极之间由截止突 然变为导通所需的控制电压，称为单结晶体管的峰点电压，用 U P表示。 显然， U P =U BB +U V。 第7章 晶闸管及其应用 单结晶体管导通后，E、B1极之间的电阻急剧下降，虽然 这时IE较大，但IB1与r B1的乘积仍不大，A点的电位较低，即使 控制电压调节到低于峰点电压 UP以下，单结晶体管仍继续导 通。 直到控制电压降低到某一

28、值，使PN结再次反偏时，单结 晶体管才截止。使单结晶体管的E、B1极之间由导通突然变为 截止， 发射极所加的较低电压称为单结晶体管的谷点电压， 用UV表示。 第7章 晶闸管及其应用 综上所述，单结晶体管具有下列几个重要特点： （1）单结晶体管相当于一个开关。当加在它控制极（即发 射极）上的电压达到峰点电压时， 单结晶体管由截止突然变 为异通。导通后，当加在控制极上的电压下降到谷点电压时， 单结晶体管突然由导通变为截止。 第7章 晶闸管及其应用 （2） 不同的单结晶体管有不同的UP和UV值。同一个单结 晶体管，若所加的UBB不同，它的UP和UV也有所不同。例如型 号为BT33B的单结晶体管，若U

29、BB=20 V, 则UP12.8 V，UV3 V。 若UBB=10 V，则UP6.7 V，UV2.6 V。 第7章 晶闸管及其应用 （3） 单结晶体管的发射极与第一基极的电阻r B1是一个 随发射极电流而改变的电阻。在单结晶体管未导通时，发射 极电流很小，r B1是一个高电阻。导通后，随着发射极电流的 增大，就有大量的空穴注入到第一基极的 N区，致使r B1急剧 下降。而r B2则是一个与发射极电流无关的电阻。所以，在单 结晶体管的等效电路中, r B1用可变电阻表示。 第7章 晶闸管及其应用 7.3.2 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路 在电源接通之前，晶体管触发电路中电容器 C上的电压

30、u C 为零。接通电源后，它就经 R P、r向电容器充电，电容器两端 电压按指数曲线上升，当u C升高到等于单结晶体管峰点电压UP 时，由于电容器两端电压就是加在单结晶体管的发射极 E和第 一基极B 1之间的, 因而使单结晶体管导通，电阻 r B1就急剧减小 （约20 ），电容器向R 1放电。 第7章 晶闸管及其应用 图7.14 单结晶体管的弛张振荡电路 第7章 晶闸管及其应用 由于R 1取得较小，放电很快，因而放电电流在 R 1上形成一 个脉冲电压，如图7.15所示。由于电阻R P +R 取得较大，当电容 器的电压下降到单结晶体管谷点电压时，电源经过电阻 R P和R 所供给的电压小于单结晶体

31、管的谷点电压，于是单结晶体管截 止。电源再次经 R P和R向电容器 C充电，重复上述过程。于是 在R 1上就形成一个接一个的触发脉冲。 第7章 晶闸管及其应用 图7.15 （a） 周期为T时； (b) 周期为T时 第7章 晶闸管及其应用 在触发电路中， R P +R 的值不能太小，否则在单结晶体管 导通之后，电源经过R P和R所供给的电流较大，使单结晶体管 的电流不能降到谷点电流之下，电容器的电压始终大于谷点电 压， 造成单结晶体管不能截止的直通现象。选用谷点电流大 一些的管子，可以减少这种现象。 当然，R P +R 的值也不能太 大， 否则充电太慢， 在整流的半个周期内电容器充不到峰点 电压

32、， 管子就不能导通。 第7章 晶闸管及其应用 为了可靠地触发晶闸管，通常要求触发脉冲的功率为 0.52 W，电压幅值为410 V，宽度在10 s以上。单结晶 体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要取决于电容器放电 的时间常数=RC。如选用C=0.11 F，R150100 ，就 可得到数十微秒的脉冲宽度。脉冲电压的幅度决定于直流电源 电压和单结晶体管的分压比。如电源电压为 20 V，单结晶体管 的分压比为0.5，则在单结晶体管导通时，电容器上的电压为 10 V，除去管压降外，在R1上可获得幅度为78 V的输出脉冲 电压，符合晶闸管的触发要求。 第7章 晶闸管及其应用 触发电路中的 R 2是作温度

33、补偿用的。因为在峰点电压 U P =U BB +U V的式中，分压比 不随温度变化，而U V则随温度 的上升而下降，所以峰点电压也随温度的上升而下降。这就 引起触发电路的工作不稳定。当接入 R 2后，UBB是由稳压电源 的电压U经R 2、RBB、R1分压而得的，而阻值 R BB随温度上升而 增大正温度系数，因此在温度上升后，R BB 增大，电流 IB =U/(R 2 +R BB +R 1)就减小，在R2和R1上压降也减小, UBB就增大 一些，于是补偿了UV因温度上升而下降的值，从而使峰点电 压UP保持不变。 第7章 晶闸管及其应用 7.3.3 触发电路与主电路的连接 图7.16所示为全波桥式

34、可控整流电路，触发脉冲是由单 结晶体管振荡电路产生的。电路元件的作用简述如下。 第7章 晶闸管及其应用 图7.16 触发电路与主电路的连接 第7章 晶闸管及其应用 1） 负载R L所在的电路称为主电路，产生触发脉冲的是触发电 路。由于两种电路所要求的电压往往不同，故采用变压器 Tr。 Tr的另一个重要作用是使u 1、u2同相，从而使触发电路的过零 时刻与主电路的过零时刻保持一致， 即所谓“同步”。 图7.17为主电路和触发电路的电压波形。由图可以看出， 晶闸管VT1和VT2分别在每个周期中第一个尖脉冲电压到来时 导通， 它们的控制角不变，即 1 = 2。 第7章 晶闸管及其应用 图7.17 触

35、发电路和主电路的电压波形 第7章 晶闸管及其应用 2） 稳压管VDZ的作用是削波稳压 ,即把电压uo的顶部削掉， 使uo稳定在U2,并使波形变成梯形波，如图 7.17所示。这样， 当电网电压波动时，单结晶体管输出脉冲的幅度以及每半周中 产生的第一个脉冲（后面的脉冲与触发无关）的时间不受影响。 同时， 削波以后可以增大移相范围和降低单结晶体管所承受 的峰值电压。 第7章 晶闸管及其应用 3） 电位器R P的电阻值与电容 C的充电时间有关。例如，当R P 的数值增大时，电容电压u C上升慢，半个周期中第一个尖脉冲 来得迟，控制角加大，导通角减小，电压u L的平均值就小， 因此R P是调压电位器。

36、第7章 晶闸管及其应用 4） 电阻R 2的作用是补偿温度变化对单结晶体管峰值电压 U P的 影响。当温度升高时，结电压UD略有减小，但单结晶体管的电 阻R BB随温度升高而略有增大。串联电阻 R 2以后，若 R BB增大， 按照分压原理， U BB 随之增大，因此 U BB的增大补偿了 U D的减 小， 使UP基本稳定。R 2一般取200600 。 第7章 晶闸管及其应用 7.4 晶闸管的保护晶闸管的保护 晶闸管的热容量很小， 一旦发生过电流，温度就会急剧 上升而导致PN结烧坏。晶闸管发生过电流的原因主要有：负 载两端短接或过载；某个晶闸管被击穿短路，造成其他元件的 过电流；触发电路工作的不正

37、常或受干扰，使晶闸管误触发而 引起过电流等等。表7-1 为KP系列晶闸管在风冷条件下所容许 的过电流倍数和过载时间的关系。 第7章 晶闸管及其应用 表7-1 晶闸管的过载特性 过载时间 0.02s 5s 5min KP10 5 2 1.25 KP20 5 2 1.25 KP50 5 2 1.25 KP100 4.5 2 1.25 过 载 电 流 倍 数 KP200 4.5 2 1.25 第7章 晶闸管及其应用 1.快速熔断器 快速熔断器 普通熔断器由于熔断时间长，用来保护晶闸管很可能在晶 闸管已烧坏但熔断器还没有融断时，这样就起不了保护作用。 因此，晶闸管的保护必须采用专门的快速熔断器。快速熔

38、断器 的内部装有银质熔丝或熔断片。由于银质熔丝的导热性好， 热容量小，它与普通的熔丝相比，在相同的过电流倍数下， 它的熔断时间要短得多。以 RS3型快速熔断器为例，当熔丝通 过5倍的额定电流时，其熔断时间小于0.02 s。所以，只要选择 正确，当电路中出现过电流时，银质熔丝就可能在晶闸管损坏 之前已被熔断， 起到保护作用。 第7章 晶闸管及其应用 图7.18 快速熔断器的接入方式 第7章 晶闸管及其应用 快速熔断器的接入方式有三种（见图7.18）： （1） 接在输出（负载）端。这种接法对输出回路的过载 或短路起保护作用，但对元件本身故障引起的过电流不起保 护作用。 （2）与元件串联。这种接法可

39、以对元件本身的故障进行 保护。 （3） 接在交流输入端。这种接法可以同时对输出端短路 和元件短路实行保护，但是熔断器熔断后，不能立即判断是什 么故障。 以上三种接法中，前两种接法一般需要同时采用；对有些 电路，甚至三种接法需同时采用。 第7章 晶闸管及其应用 必须指出，熔丝的额定电流是按有效值计算的，而晶闸管 的额定电流是按平均值计算的。由于工频半波正弦电流（ 180）的有效值是其平均值的 1.57倍，所以额定正向平均电 流为10 A的晶闸管， 可以通过15 A的直流电流。因此，IF10 A的晶闸管应选配15 A的快速熔丝来保护。 快速熔断器的型号有RLS、 RS3等几种。 第7章 晶闸管及其

40、应用 2. 过电流继电器 在输出端（直流侧）装直流过电流继电器，或在输入端 （交流侧）经电流互感器接入较灵敏的过电流继电器，都可 在发生过电流故障时起保护作用。这种保护措施对过载是有 效的，但是在发生短路故障时， 由于过电流继电器的动作时 间较长，故对元件不能实现有效保护。 第7章 晶闸管及其应用 7.4.2 晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压保护 1. 1） 阻容吸收元件可以并联在整流装置的交流侧（输入端）、 直流侧（输出端）或元件侧，如图7.19所示。 阻容保护是利用电容器吸收过电压，即实质就是将造成电 压的能量变成电场能量储存到电容器中，然后释放到电阻中消 耗掉。 这是过电压保护的基本方法。 第7章 晶闸管及其应用 图7.19 阻容吸收元件与硒堆保护 第7章 晶闸管及其应用 2) 硒堆XR（硒整流片）是一种非线性电阻元件，具有较陡的 反向特性。 当硒堆上电压超过某一数值后，它的电阻迅速减 小，而且可以通过较大的电流，把过电压能量消耗在非线性电 阻上而硒堆并不损坏。硒堆可以单独使用，也可以和阻容元 件并联使用， 如图7.19所示。 第7章 晶闸管及其应用 2.晶闸管过电压保护的实例 晶闸管过电压保护的实例 图7.20所示是