重庆科创职业学院-第01章 晶闸管及单相可控整流电路

1、第第 1 1 章章 晶闸管及单相可控整流电路晶闸管及单相可控整流电路 第第 1 1 章章 晶闸管及单相可控整流电路晶闸管及单相可控整流电路 1.1 1.1 晶晶 闸闸 管管 1.2 1.2 单相可控整流电路单相可控整流电路 1.3 1.3 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 1.4 1.4 实训实训1 1 晶闸管的简易测试及导通关断条件实验晶闸管的简易测试及导通关断条件实验 1.5 1.5 实训实训2 2 单相半控桥式整流电路的研究单相半控桥式整流电路的研究 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 1.1.1 1.1.1 晶闸管的结构及工作原理晶闸管的结构及工作原理 1.1.2 1.1.2 晶闸管的主

2、要参数晶闸管的主要参数 1.1.3 1.1.3 晶闸管的型号及简单测试方法晶闸管的型号及简单测试方法 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 珠算晶闸管全称晶体闸流管，曾称可控硅珠算晶闸管全称晶体闸流管，曾称可控硅(Silicon (Silicon Controlled Rectifier)Controlled Rectifier)，简称，简称 SCRSCR。2020世纪世纪5050年代末问世后年代末问世后逐步发展成了一个大的家族。以后晶闸管获得了迅猛发展，除逐步发展成了一个大的家族。以后晶闸管获得了迅猛发展，除了它的性能与电压、电流容量不断提高外，还派生出快速晶闸了它的性能与电压、电流容量不断

3、提高外，还派生出快速晶闸管、可关断晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管和双向晶闸管等，管、可关断晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管和双向晶闸管等，形成晶闸管系列，已被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压形成晶闸管系列，已被广泛应用于相控整流、逆变、交流调压和直流变换等领域，成为特大功率低频和直流变换等领域，成为特大功率低频(200 Hz(200 Hz以下以下) )装置中的装置中的主要器件。现在使用的多是单向晶闸管，即普通晶闸管，由于主要器件。现在使用的多是单向晶闸管，即普通晶闸管，由于它问世早，应用极为广泛，因此在无特别说明的情况下，本书它问世早，应用极为广泛，因此在无特别说明的情况下，本书所述的晶闸管都

4、为普通晶闸管。所述的晶闸管都为普通晶闸管。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 1.1.1 1.1.1 晶闸管的结构及工作原理晶闸管的结构及工作原理 1.1.1.1 1.1.1.1 晶闸管的结构晶闸管的结构 晶闸管的外形有螺栓型封装和平板型封装两种。其封装形晶闸管的外形有螺栓型封装和平板型封装两种。其封装形式可分为小电流塑封式、小电流螺栓式、大电流螺栓式和大电式可分为小电流塑封式、小电流螺栓式、大电流螺栓式和大电流平板式流平板式( (额定电流在额定电流在 200A200A以上以上) )，如图，如图 1-1(a)1-1(a)、(b)(b)、(c)(c)所所示。晶闸管有示。晶闸管有3 3个电极，

5、分别是阳极个电极，分别是阳极A A、阴极、阴极K K和门极和门极( (或称控制或称控制极极)G)G，它的图形及文字符号如图，它的图形及文字符号如图1-1(d)1-1(d)所示。所示。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 图图1-1 1-1 晶闸管的外形及符号晶闸管的外形及符号 晶闸管是大功率器件，工作时发热大，必须安装散热器。晶闸管是大功率器件，工作时发热大，必须安装散热器。如图如图1-21-2所示为晶闸管散热器。所示为晶闸管散热器。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 1.1.1.2 1.1.1.2 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 我们通过如图我们通过如图1-31-3所示的电路来说明晶

6、闸管的工作原理。在所示的电路来说明晶闸管的工作原理。在该电路中，由电源该电路中，由电源U UAAAA、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管主电路；由电源闸管主电路；由电源U UGGGG、开关、开关S S、晶闸管的门极和阴极组成控、晶闸管的门极和阴极组成控制电路，也称触发电路。制电路，也称触发电路。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 (1) (1) 如图如图1-3(a)1-3(a)所示，晶闸管阳极经负载所示，晶闸管阳极经负载( (白炽灯白炽灯) )接电源接电源U UAAAA正极，阴极接电源负极，此时晶闸管承受正向电压。在触正极，阴极接电源负极，此时晶闸管承受

7、正向电压。在触发电路中与控制极串联的开关发电路中与控制极串联的开关S S断开，灯不亮，说明晶闸管不断开，灯不亮，说明晶闸管不导通。导通。 (2) (2) 如图如图1-3(b)1-3(b)所示，晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，所示，晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，S S闭合，但控制极相对于阴极加反向电压，这时灯不亮，说明闭合，但控制极相对于阴极加反向电压，这时灯不亮，说明晶闸管也不导通。晶闸管也不导通。 (3) (3) 如图如图1-3(c)1-3(c)所示，晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，所示，晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，S S闭合，此时控制极相对于阴极加正向电压，这时灯亮，说明闭合，此时控

8、制极相对于阴极加正向电压，这时灯亮，说明晶闸管导通，这一过程称为触发导通。晶闸管导通后去掉控制晶闸管导通，这一过程称为触发导通。晶闸管导通后去掉控制极上的电压，如图极上的电压，如图1-3(d)1-3(d)所示，即开关所示，即开关S S断开，灯仍然亮，表断开，灯仍然亮，表明晶闸管继续导通。这说明晶闸管一旦导通，控制极就失去了明晶闸管继续导通。这说明晶闸管一旦导通，控制极就失去了控制作用。控制作用。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 (4) (4) 如图如图1-3(e)1-3(e)所示，电路中灯原本是亮的，如果不断地所示，电路中灯原本是亮的，如果不断地减小阳极电流，当阳极电流小于某一数值之后，

9、灯即灭，说明减小阳极电流，当阳极电流小于某一数值之后，灯即灭，说明晶闸管重新关断，这一维持导通的最小电流称为维持电流晶闸管重新关断，这一维持导通的最小电流称为维持电流I IH H，此时晶闸管处于正向阻断状态。此时晶闸管处于正向阻断状态。 (5) (5) 如图如图1-3(f)1-3(f)所示，控制极与阴极之间加正向电压，阳所示，控制极与阴极之间加正向电压，阳极加反向电压，此时灯不亮，晶闸管不导通，处于反向阻断状极加反向电压，此时灯不亮，晶闸管不导通，处于反向阻断状态。态。 通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备如下两个条通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备如下两个条件：件： (1) (1)

10、 晶闸管主电路加正向电压。晶闸管主电路加正向电压。 (2) (2) 晶闸管控制电路加合适的正向电压。晶闸管控制电路加合适的正向电压。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 普通晶闸管由普通晶闸管由4 4层半导体层半导体(P1(P1、N1N1、P2P2、N2)N2)组成，形成组成，形成3 3个个结结J1(P1N1)J1(P1N1)、J2(N1P2)J2(N1P2)、J3(P2N2) J3(P2N2) 。并分别从。并分别从P1P1、P2P2、N2N2引引出出A A、G G、K 3K 3个电极，它和二极管一样，是一种单方向导电的个电极，它和二极管一样，是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极器件

11、，关键是多了一个控制极G G，这就使它具有与二极管完全，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。不同的工作特性。 由于采用扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以由于采用扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成如图等效成如图1-41-4所示的由两个晶体管所示的由两个晶体管VT1(P1-N1-P2)VT1(P1-N1-P2)和和VT2(N1-VT2(N1-P2-N2)P2-N2)组成的等效电路。组成的等效电路。 当晶闸管阳极和阴极之间施加正向电压时，若给门极当晶闸管阳极和阴极之间施加正向电压时，若给门极G G也也加正向电压加正向电压U UG G，门极电流，门极电流I IG G经晶体管经

12、晶体管VT2VT2放大后成为集电极电放大后成为集电极电流流I Ic2c2，I Ic2c2又是晶体管又是晶体管VT1VT1的基极电流，放大后的集电极电流的基极电流，放大后的集电极电流I Ic1c1进一步使进一步使I IG G增大且又作为增大且又作为 VT2VT2的基极电流流入。重复上述正反的基极电流流入。重复上述正反馈过程，两个晶体管馈过程，两个晶体管VT1VT1、VT2VT2都快速进入饱和状态，使晶闸管都快速进入饱和状态，使晶闸管阳极阳极A A与阴极与阴极K K之间导通。之间导通。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 图图1-3 1-3 晶闸管工作情况的实验晶闸管工作情况的实验 第第 1 1

13、 节节 晶晶 闸闸 管管 图图1-4 1-4 晶闸管的等效电路晶闸管的等效电路 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 此时若撤除此时若撤除U UG G，VT1VT1、VT2VT2内部电流仍维持原来的方向，只内部电流仍维持原来的方向，只要满足阳极正偏的条件，晶闸管就一直导通。就像二极管一样要满足阳极正偏的条件，晶闸管就一直导通。就像二极管一样正向导通。由此可见，晶闸管与二极管一样具有单向导电特性，正向导通。由此可见，晶闸管与二极管一样具有单向导电特性，电流只能从阳极流向阴极。与二极管不同的是晶闸管具有正向电流只能从阳极流向阴极。与二极管不同的是晶闸管具有正向阻断特性。阻断特性。 当晶闸管当晶闸管

14、A A、K K间承受正向电压，而门极电流间承受正向电压，而门极电流I IG G=0=0时，上述时，上述VT1VT1和和VT2VT2之间的正反馈不能建立起来，晶闸管之间的正反馈不能建立起来，晶闸管A A、K K之间只有很之间只有很小的正向漏电流，它处于正向阻断状态。当加上正向电压时管小的正向漏电流，它处于正向阻断状态。当加上正向电压时管子还不能导通，必须同时加上门极电压，有足够的门极电流流子还不能导通，必须同时加上门极电压，有足够的门极电流流入后才能使晶闸管正向导通。因此，晶闸管具有正向导通的可入后才能使晶闸管正向导通。因此，晶闸管具有正向导通的可控特性，这种门极电压对晶闸管正向导通所起的控制作

15、用称为控特性，这种门极电压对晶闸管正向导通所起的控制作用称为闸流特性，也称为晶闸管的可控单向导电性。门极电压只能触闸流特性，也称为晶闸管的可控单向导电性。门极电压只能触发晶闸管开通，不能控制它的关断，从这个意义上讲，晶闸管发晶闸管开通，不能控制它的关断，从这个意义上讲，晶闸管是半控型电力器件。是半控型电力器件。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 综上所述，我们可得出如下结论。综上所述，我们可得出如下结论。 (1) (1) 在晶闸管阳极和阴极之间外加正向电压，但控制极不在晶闸管阳极和阴极之间外加正向电压，但控制极不加触发电压时，晶闸管一般不会导通。加触发电压时，晶闸管一般不会导通。 (2)

16、(2) 晶闸管导通需要同时满足两个条件：晶闸管导通需要同时满足两个条件： 1) 1) 阳极和阴极外加正向电压；阳极和阴极外加正向电压； 2) 2) 控制极外加一定幅度的正触发电压。控制极外加一定幅度的正触发电压。 (3) (3) 普通的晶闸管一旦导通，触发信号则失去控制作用，普通的晶闸管一旦导通，触发信号则失去控制作用，只要阳极、阴极间的正向电压存在，即使控制电压减小到零或只要阳极、阴极间的正向电压存在，即使控制电压减小到零或反向，晶闸管仍导通。反向，晶闸管仍导通。 (4) (4) 要使晶闸管从导通变为阻断，必须减小阳极电流或切要使晶闸管从导通变为阻断，必须减小阳极电流或切断正向电压或加反向电

17、压才可以。断正向电压或加反向电压才可以。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 1.1.2 1.1.2 晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 1.1.2.1 1.1.2.1 晶闸管的重复峰值电压晶闸管的重复峰值电压额定电压额定电压U UTeTe 门极断开门极断开( (I IG G=0)=0)，元件处在额定结温时，正向阳极电压为，元件处在额定结温时，正向阳极电压为正向阻断不重复峰值电压正向阻断不重复峰值电压 U UDSMDSM( (此电压不可连续施加此电压不可连续施加) )的的80%80%所所对应的电压，称为正向重复峰值电压对应的电压，称为正向重复峰值电压 U UDRMDRM( (此电压可重复施加，

18、此电压可重复施加，其重复频率为其重复频率为50 Hz50 Hz，每次持续时间不大于，每次持续时间不大于10ms)10ms)。元件承受反。元件承受反向电压时，阳极电压为反向不重复峰值电压向电压时，阳极电压为反向不重复峰值电压U URSMRSM的的 80%80%所对应所对应的电压，称为反向重复峰值电压的电压，称为反向重复峰值电压U URRMRRM。 由于晶闸管工作时，外加电压峰值瞬时超过反向不重复峰由于晶闸管工作时，外加电压峰值瞬时超过反向不重复峰值电压即可造成永久损坏，且环境温度升高或散热不良均可能值电压即可造成永久损坏，且环境温度升高或散热不良均可能使晶闸管正、反向转折电压下降，特别是在使用中

19、会出现各种使晶闸管正、反向转折电压下降，特别是在使用中会出现各种过电压，因此，选用元件的额定电压值时，应比实际正常工作过电压，因此，选用元件的额定电压值时，应比实际正常工作时的最大电压大时的最大电压大2 23 3倍。倍。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 1.1.2.2 1.1.2.2 晶闸管的额定通态平均电流晶闸管的额定通态平均电流额定电流额定电流I IT(AV)T(AV)在环境温度为在环境温度为4040和规定的冷却条件下，晶闸管工作在电阻性和规定的冷却条件下，晶闸管工作在电阻性负载且导通角不小于负载且导通角不小于170170的单相工频正弦半波电路中，当结的单相工频正弦半波电路中，当结温

20、稳定且不超过额定结温时所允许的最大通态平均电流，称为温稳定且不超过额定结温时所允许的最大通态平均电流，称为额定通态平均电流，用额定通态平均电流，用I IT(AV)T(AV)表示，简称为元件的额定电流。表示，简称为元件的额定电流。 实际应用中应按照流过晶闸管实际波形电流与工频正弦半实际应用中应按照流过晶闸管实际波形电流与工频正弦半波平均电流热效应相等波平均电流热效应相等( (即有效值相等即有效值相等) )的原则来选取晶闸管的的原则来选取晶闸管的额定电流，然后根据管子的额定电流额定电流，然后根据管子的额定电流( (通态平均值通态平均值) )求出元件允求出元件允许流过的最大有效电流。不论流过晶闸管的

21、电流波形如何，只许流过的最大有效电流。不论流过晶闸管的电流波形如何，只要流过元件的实际电流最大有效值小于或等于管子的额定有效要流过元件的实际电流最大有效值小于或等于管子的额定有效值，且散热、冷却在规定的条件下，管芯的发热就能限制在允值，且散热、冷却在规定的条件下，管芯的发热就能限制在允许范围内。许范围内。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 由于晶闸管的电流过载能力比一般电机、电器要小得多，由于晶闸管的电流过载能力比一般电机、电器要小得多，因此，在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算后因此，在选用晶闸管额定电流时，根据实际最大的电流计算后至少还要乘以至少还要乘以1.51.52 2的安

22、全系数，使其有一定的电流裕量。的安全系数，使其有一定的电流裕量。 1.1.2.3 1.1.2.3 门极触发电流门极触发电流I IGTGT和门极触发电压和门极触发电压U UGTGT 在室温下，晶闸管加在室温下，晶闸管加6V6V正向阳极电压时，使元件完全导通正向阳极电压时，使元件完全导通所必需的最小门极电流称为门极触发电流所必需的最小门极电流称为门极触发电流I IGTGT。对应于门极触。对应于门极触发电流的门极电压称为门极触发电压发电流的门极电压称为门极触发电压U UGTGT。门极触发电流、电。门极触发电流、电压的大小必须有一定的范围限制。元件所需的触发电流、电压压的大小必须有一定的范围限制。元件

23、所需的触发电流、电压太小，容易受干扰而造成误触发；元件所需的触发电流、电压太小，容易受干扰而造成误触发；元件所需的触发电流、电压太大又会造成触发困难，但即使同一工厂生产的同一型号的晶太大又会造成触发困难，但即使同一工厂生产的同一型号的晶闸管，由于门极特性的差异，其触发电流、触发电压也相差很闸管，由于门极特性的差异，其触发电流、触发电压也相差很大，所以，对不同系列的元件只规定了触发电流、电压的上、大，所以，对不同系列的元件只规定了触发电流、电压的上、下限值。例如下限值。例如,100 A,100 A的晶闸管，其触发电流、电压分别不应超的晶闸管，其触发电流、电压分别不应超过过250 mA/4 V25

24、0 mA/4 V，也不应小于，也不应小于 lmA/0.15 VlmA/0.15 V。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 通常每一个晶闸管的铭牌上都标明了其触发电流和电压在通常每一个晶闸管的铭牌上都标明了其触发电流和电压在常温下的实测值，但触发电流、触发电压电压受温度的影响很常温下的实测值，但触发电流、触发电压电压受温度的影响很大。温度升高，大。温度升高，I IGTGT和和U UGTGT值会显著降低；温度降低，值会显著降低；温度降低，I IGTGT和和U UGTGT值值又会增大。为了保证晶闸管的可靠触发，在实际应用中，外加又会增大。为了保证晶闸管的可靠触发，在实际应用中，外加门极电压的幅值应

25、比门极电压的幅值应比U UGTGT大几倍。大几倍。 1.1.2.4 1.1.2.4 通态平均电压通态平均电压U UT(AV)T(AV) 在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以正弦半波额在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以正弦半波额定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值称为通态平均电压定电流时，阳极与阴极间电压降的平均值称为通态平均电压( (又称管压降又称管压降) )。在实际使用中，从减小损耗和元件发热的角度。在实际使用中，从减小损耗和元件发热的角度出发，应选择出发，应选择U UT(AV)T(AV)小的晶闸管。小的晶闸管。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 1.1.3 1.1.3 晶闸管

26、的型号及简单测试方法晶闸管的型号及简单测试方法 1.1.3.1 1.1.3.1 晶闸管的型号晶闸管的型号 如图如图1-51-5所示。如所示。如KP5-7EKP5-7E表示额定电流为表示额定电流为 5 A5 A、额定电压、额定电压为为 700 V700 V的普通晶闸管。的普通晶闸管。 图图1-5 1-5 晶闸管的型号晶闸管的型号 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 1.1.3.2 1.1.3.2 晶闸管的简单测试方法晶闸管的简单测试方法 对于晶闸管的对于晶闸管的3 3个电极，可以用万用表粗测其好坏。依据个电极，可以用万用表粗测其好坏。依据PNPN结单向导电原理，用万用表欧姆挡测试元件的结单向导

27、电原理，用万用表欧姆挡测试元件的3 3个电极之间的个电极之间的阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表阻值，可初步判断管子是否完好。如用万用表R R1k1k 挡测量挡测量阳极阳极A A和阴极和阴极K K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上，且正、反向电阻相差很小；用且正、反向电阻相差很小；用R R1010或或R R100100挡测量控制极挡测量控制极G G和和阴极阴极K K之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这之间的阻值，其正向电阻应小于或接近于反向电阻，这样的晶闸管是好的；如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，样的晶闸管是好的；如果阳极

28、与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。阴极与控制极间为短路或断路，则晶闸管是坏的。 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 【例例1-11-1】某晶闸管接在某晶闸管接在220V220V交流回路中，通过器件的电交流回路中，通过器件的电流有效值为流有效值为100A100A，应选择什么型号的晶闸管？，应选择什么型号的晶闸管？ 解解 晶闸管额定电压晶闸管额定电压 按晶闸管参数系列取按晶闸管参数系列取800V800V，即，即8 8级。级。 晶闸管的额定电流晶闸管的额定电流 按晶闸管参数系列取按晶闸管参数系列取100A100A，所以选取晶闸管型号，所以选取晶闸管型号KP1

29、00-8EKP100-8E。 TnTM(2 3)(2 3) 2220V622 933VUUTT(AV)100(1.5 2)(1.5 2)A=96127A1.571.57II 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 【例例1-21-2】 现有晶闸管型号为现有晶闸管型号为KP50-7KP50-7，用于某电路中时，用于某电路中时，流过的电流波形如图流过的电流波形如图1-61-6所示，试求所示，试求I Im m允许多大？允许多大？ 解解 KP50-7KP50-7晶闸管允许流晶闸管允许流过的电流有效值为过的电流有效值为 实际流过该管的电流有效实际流过该管的电流有效值可由下式计算求得值可由下式计算求得 当考

30、虑两倍的安全余量时，当考虑两倍的安全余量时，I Im m的允许值为的允许值为 图图1-6 1-6 流过晶闸管的电流波形流过晶闸管的电流波形TT(AV)1.571.57 50A=78.5AIIm3II m378.5A68A2I第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 表表1-1 KP1-1 KP型晶闸管元件主要额定值型晶闸管元件主要额定值单单 位位 参数参数系列系列通通态态平平均均电电流流正向重复峰正向重复峰值电压、反值电压、反向重复峰值向重复峰值电压电压正向不正向不重复平重复平均电流、均电流、反向不反向不重复平重复平均电流均电流额额定定结结温温门极触门极触发电流发电流门极触门极触发电压发电压断态电

31、压临断态电压临界上升率界上升率通态电通态电流临界流临界上升率上升率浪浪涌涌电电流流I IT(AV)T(AV)U UDRMDRMU URRMRRMI IDS(AV)DS(AV)I IRS(A)RS(A)t tjMjMI IGTGTU UGTGTd du u/d/dt td di i/d/dt tI ITSMTSMA AV VmAmAmAmAV VV/sV/sA/sA/sA A序号序号1 12 23 34 45 56 67 78 89 9KP1KP1KP5KP5KP10KP10KP20KP20KP30KP301 15 5101020203030100100300030001001003000300

32、01001003000300010010030003000100100300030001 1111111221001001001001001001001001001003 330305 570705 51001005 51001008 81501502.52.53.53.53.53.53.53.53.53.525251 0001 000252550050020209090190190380380560560第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 表表1-1 KP1-1 KP型晶闸管元件主要额定值型晶闸管元件主要额定值KP50KP50KP100KP100KP200KP200KP300KP300KP

33、400KP400KP500KP500KP600KP600KP800KP800KP1000KP10005050100100200200300300400400500500600600800800100010001001003000300010010030003000100100300030001001003000300010010030003000100100300030001001003000300010010030003000100100300030002244448888889999101010010011511511511511511511511511511511511511511511

34、51158 8150150101025025010102502502020300300202030030020203003003030350350303035035040404004003.53.5444455555555555525251 0001 0002525500500202090901901903803805605609409401880188037703770565056507540754094209420111601116014920149201860018600 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 表表1-2 KP1-2 KP型晶闸管元件的其他特性参数型晶闸管元件的其他特性参

35、数单单 位位参数参数系列系列正向重正向重复平均复平均电流、电流、反向重反向重复平均复平均电流电流通通态态平平均均电电压压维持维持电流电流门极门极不触不触发发电流电流门极门极不触不触发发电压电压门极门极正向正向峰值峰值电流电流门极门极反向反向峰值峰值电压电压门极门极平均平均功率功率门极门极峰值峰值功率功率门极门极控制控制开通开通时间时间电路电路换向换向关断关断时间时间I IDR(AV)DR(AV)U UT(AV)T(AV)I IH HI IGDGDU UGDGDI IGFMGFMU UGRMGRMP PG(AV)G(AV)P PGMGMt tgtgtt tg gmAmAV VmAmAmAmAV

36、VA AV VW WW Wssss序号序号1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111KP1KP1KP5KP5KP10KP10KP20KP20KP30KP301111111122实实测测值值实实测测值值0.40.40.40.41 11 11 10.30.30.30.30.250.250.250.250.150.15_5 55 55 55 55 50.50.50.50.51 11 1_典典型型值值典典型型值值 第第 1 1 节节 晶晶 闸闸 管管 表表1-2 KP1-2 KP型晶闸管元件的其他特性参数型晶闸管元件的其他特性参数KP50KP50KP100KP100KP20

37、0KP200KP300KP300KP400KP400KP500KP500KP600KP600KP800KP800KP1000KP100022444488889999991010实实测测值值实实测测值值1 11 11 11 11 11 1_0.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.15_4 44 44 44 44 44 45 55 55 55 55 55 55 55 55 51 11 12 22 24 44 44 44 4_15151515151515151515典典型型值值典典型型值值 元件出厂上限值由各厂根据合格的产品度验自定。元件出厂上限值

38、由各厂根据合格的产品度验自定。 同类产品中最有代表的数值。同类产品中最有代表的数值。第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 1.2.1 1.2.1 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路 1.2.2 1.2.2 单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 单相可控整流电路主要分为单相半波可控整单相可控整流电路主要分为单相半波可控整流电路、单相全波可控整流电路和单相全控桥式流电路、单相全波可控整流电路和单相全控桥式整流电路。但由于单相半波可控整流电路的性能整流电路。但由于单相半波可控整流电路的性能较差，单相全波可控整流电路中晶闸

39、管承受的反较差，单相全波可控整流电路中晶闸管承受的反向电压较高，因此，这两种电路在实际中很少采向电压较高，因此，这两种电路在实际中很少采用，在中、小功率场合更多的采用单相全控桥式用，在中、小功率场合更多的采用单相全控桥式整流电路。整流电路。 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 1.2.1 1.2.1 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路 1.2.1.1 1.2.1.1 电阻性负载电阻性负载 单相全控桥式整流带电阻性负载的电路如图单相全控桥式整流带电阻性负载的电路如图1-7(a)1-7(a)所示。所示。VT1VT1、VT4 VT4 、VT3VT3、VT2VT2组成组成 a

40、a、b b两个桥臂，变压器二次电压两个桥臂，变压器二次电压u u2 2接在接在 a a、b b两点，两点，u u2 2= =U U2m2msinsint=Ut=U2 2sinsint t，4 4只晶闸管组成整流桥。只晶闸管组成整流桥。负载电阻是纯电阻负载电阻是纯电阻R Rd d。 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 图图1-7 1-7 单相全控桥电阻性负载单相全控桥电阻性负载 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 当交流电源电压当交流电源电压u u2 2进入正半周时，进入正半周时，a a端电位高于端电位高于b b端电位，端电位，两个晶闸管两个晶闸管VT1VT1

41、、VT3VT3同时承受正向电压，如果此时门极无触发同时承受正向电压，如果此时门极无触发信号信号u uG G，则两个晶闸管仍处于正向截止状态，电源电压，则两个晶闸管仍处于正向截止状态，电源电压u u2 2将全将全部加在部加在VT1VT1和和VT3VT3上，上，u uT1T1u uT3T3 = =u u2 2，负载上电压，负载上电压 = 0= 0。 在在 t t= = 时，给时，给VT1VT1和和VT3VT3同时加触发脉冲，则两晶闸管立即同时加触发脉冲，则两晶闸管立即触发导通，电源电压触发导通，电源电压u u2 2将通过将通过VT1VT1和和VT3VT3加在负载电阻加在负载电阻R Rd d上。在上

42、。在u u2 2正半周，正半周，VT2VT2和和VT4VT4均承受反向电压而处于截止状态。由于晶均承受反向电压而处于截止状态。由于晶闸管导通时管压降可视为零，则负载闸管导通时管压降可视为零，则负载R Rd d两端的整流电压两端的整流电压u ud d= =u u2 2。当电源电压当电源电压u u2 2降到零时，电流降到零时，电流i id d也降为零，也降为零，VT1VT1和和VT3VT3截止。截止。 du 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 电源电压电源电压u u2 2进入负半周时，进入负半周时，b b端电位高于端电位高于a a端电位，两个晶闸端电位，两个晶闸管管VT2 VT2

43、 、VT4VT4同时承受正向电压，在同时承受正向电压，在 t t = + = + 时，同时给时，同时给VT2 VT2 、VT4VT4加触发脉冲使其导通，电流从加触发脉冲使其导通，电流从b b经经VT2 VT2 、负载电阻、负载电阻R Rd d、VT4 VT4 回到电源回到电源a a端。在负载端。在负载R Rd d两端获得与两端获得与u u2 2正半周相同波形的整流电正半周相同波形的整流电压和电流，这期间压和电流，这期间VT1VT1和和VT3VT3均承受反向电压而处于截止状态。均承受反向电压而处于截止状态。 当当u u2 2由负半周电压过零变正时，由负半周电压过零变正时，VT2VT2、VT4VT

44、4关断，关断，u ud d、i id d又降又降为零。此后为零。此后VT1VT1、VT3VT3又承受正向电压，并在相应时刻又承受正向电压，并在相应时刻 t t=2 + =2 + 又被触发导通，依次循环工作。又被触发导通，依次循环工作。 由以上电路工作原理可知，在交流电源由以上电路工作原理可知，在交流电源u u2 2的正、负半周里，的正、负半周里，VT1VT1、VT3VT3和和VT2VT2、VT4VT4两组晶闸管轮流触发导通，将交流电变成两组晶闸管轮流触发导通，将交流电变成脉动的直流电。改变触发脉冲出现的时刻，即改变的大小，脉动的直流电。改变触发脉冲出现的时刻，即改变的大小，u ud d、i i

45、d d的波形和平均值大小随之改变。的波形和平均值大小随之改变。 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 整流输出电压的平均值可按下式计算整流输出电压的平均值可按下式计算 (1-1) (1-1) 由式由式(1-1)(1-1)可知，可知，U Ud d为最小值时，为最小值时， =180=180；U Ud d为最大值时，为最大值时， =0=0，所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时，所以单相全控桥式整流电路带电阻性负载时， 的移相的移相范围是范围是0 0180180。 整流输出电压的有效值为整流输出电压的有效值为 (1-2) (1-2)d2220121cos2sind()(1cos)0.

46、92UUttUU22201sin2( 2sin) d()2UUttU 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 输出电流的平均值和有效值分别为输出电流的平均值和有效值分别为 (1-3) (1-3) (1-4) (1-4) 流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即流过每个晶闸管的平均电流为输出电流平均值的一半，即 (1-5) (1-5) 流过每个晶闸管的电流有效值为流过每个晶闸管的电流有效值为 (1-6) (1-6)d2ddd1cos0.92UUIRR2dd1sin 22UUIRR2dTdd11cos0.4522UIIR222Tdd21sin 2sind()2222aUUI

47、IttRR第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 分析可得晶闸管承受的最大电压为分析可得晶闸管承受的最大电压为U U2 2。 电路的功率因数可以按下式计算电路的功率因数可以按下式计算 (1-7) (1-7) 采用同样的方法，读者可对单相半波可控整流电路进行分析。采用同样的方法，读者可对单相半波可控整流电路进行分析。 通过分析可知，对单相全控桥式整流电路与单相半波可控整流通过分析可知，对单相全控桥式整流电路与单相半波可控整流电路可作如下比较。电路可作如下比较。 (1) (1) 的移相范围相等，均为的移相范围相等，均为0 0180180。 (2) (2) 桥式整流电路输出电压平均值桥

48、式整流电路输出电压平均值U Ud d是半波整流电路的是半波整流电路的2 2倍。倍。 (3) (3) 在相同的负载功率下，桥式整流电路流过晶闸管的平均电在相同的负载功率下，桥式整流电路流过晶闸管的平均电流减小一半。流减小一半。 (4) (4) 桥式整流电路功率因数提高了桥式整流电路功率因数提高了 倍。倍。 1cossin 222 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 【例例1-31-3】 如图如图1- 81- 8所示的单相全控桥式整流电路，所示的单相全控桥式整流电路，R Rd d = = 4 4 ，要求，要求I Id d在在0 025A25A之间变化，负载电流有效值之间变化，负载

49、电流有效值I I=1.11 =1.11 ，求：求： (1) (1) 整流变压器整流变压器T T的变比的变比( (不考虑裕量不考虑裕量) )； (2) (2) 选择晶闸管的型号选择晶闸管的型号( (考虑两倍裕量考虑两倍裕量) )； (3) (3) 在不考虑损耗的情况下，选择整流变压器的容量；在不考虑损耗的情况下，选择整流变压器的容量； (4) (4) 计算负载电阻的功率；计算负载电阻的功率； (5) (5) 计算电路的最大功率因数。计算电路的最大功率因数。 dI 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 图图1-8 1-8 单相全控桥式整流电路单相全控桥式整流电路 第第 2 2 节节

50、 单相可控整流电路单相可控整流电路 解解 (1) (1) 负载上的最大平均电压为负载上的最大平均电压为 又因为又因为 当当 时，时， 最大，即最大，即 ，则，则 所以变压器的变化为所以变压器的变化为d maxdd max254=100VUR Id21cos0.92UU0dUdmax20.9UUdmax2100=111V0.90.9UU122202111UkU 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 (2) (2) 因为因为 时的时的 波形系数为波形系数为 所以负载电流有效值为所以负载电流有效值为 因为因为 考虑两倍裕量，取考虑两倍裕量，取30A30A。 0di2sin22()2K

51、1.112(1cos)4fdK1.11 2527.75AfIIT12I TTN(AV)27.7512.5A1.5721.57II 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 晶闸管承受最大电压为晶闸管承受最大电压为 考虑到两倍裕量，取考虑到两倍裕量，取400 V400 V，选择，选择KP30-4KP30-4的晶闸管。的晶闸管。 (3) (3) (4) (4) (5) (5) 当当 时，时， 值最大，值最大， 。TM222111157VUU222111 27.753.08kV ASU IU I22d22dd11127.753.08kWRRUUPU IRRsin2cos20 coscos

52、1 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 1.2.1.2 1.2.1.2 电感性负载电感性负载 当负载由电感与电阻组成时，称为电感性负载。例如，各当负载由电感与电阻组成时，称为电感性负载。例如，各种电机的励磁绕组和整流输出端接有平波电抗器的负载等。种电机的励磁绕组和整流输出端接有平波电抗器的负载等。 (1) (1) 不接续流二极管负载直流平均电压不接续流二极管负载直流平均电压U Ud d与控制角与控制角 的关的关系为系为 (1-8) (1-8) 输出电流输出电流i id d为脉动很小的直流，其算式为为脉动很小的直流，其算式为 (1-9) (1-9) d20.9cosUUdddd

53、/iIUR 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 晶闸管的电流平均值、有效值以及管子可能承受到的最大晶闸管的电流平均值、有效值以及管子可能承受到的最大电压分别为电压分别为 (1-10) (1-10) (1-11) (1-11) (1-12) (1-12) 波形如图波形如图1-91-9所示，所示， 的有效移相范围是的有效移相范围是0 0 。dTd12IITd12IITM22UU / 2 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 (2) (2) 接入续流二极管。为了扩大移相范围，不让接入续流二极管。为了扩大移相范围，不让u ud d波形出波形出现负值以及使输出电流更加平

54、稳，可在负载两端并接续流二极现负值以及使输出电流更加平稳，可在负载两端并接续流二极管。接续流管后，管。接续流管后， 的移相范围可扩大到的移相范围可扩大到0 0 。在这区间内变。在这区间内变化，只要电感量足够大，输出电流化，只要电感量足够大，输出电流i id d就可保持连续且平稳。在就可保持连续且平稳。在电源电压电源电压u u2 2过零变负时，续流管承受正向电压而导通，晶闸管过零变负时，续流管承受正向电压而导通，晶闸管承受反向电压被关断，这样承受反向电压被关断，这样u ud d波形与电阻性负载相同，波形与电阻性负载相同，u uT T波形波形与电阻负载相同。所以，单相全控桥式大电感负载接续流管的与

55、电阻负载相同。所以，单相全控桥式大电感负载接续流管的电路各电量计算式如下电路各电量计算式如下 d21cos0.92UUdddUIRdTd2IITd2IIdDdIIDdIITMDM22UUU 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 波形如图波形如图1-101-10所示所示 图图1-9 1-9 电感负载不接续流管波形电感负载不接续流管波形 图图1-10 1-10 电感负载接续流管波形电感负载接续流管波形 第第 2 2 节节 单相可控整流电路单相可控整流电路 1.2.1.3 1.2.1.3 反电动势负载反电动势负载 被充电的蓄电池、电容和正在运行的直流电动机电枢被充电的蓄电池、电容和正

56、在运行的直流电动机电枢( (电枢电枢旋转时产生感应电动势旋转时产生感应电动势E E) )等负载本身是一个直流电源，对于可等负载本身是一个直流电源，对于可控整流电路来说，它们是反电动势负载，其等效负载用电动势控整流电路来说，它们是反电动势负载，其等效负载用电动势E E和内阻和内阻R R表示。表示。 整流电路接有反电动势负载时，只有当电源电压整流电路接有反电动势负载时，只有当电源电压u u2 2大于反大于反电动势电动势E E时，晶闸管才能被触发导通；时，晶闸管才能被触发导通；u u2 2 1.51.53.53.544303024.54.51212444.54.53030D DBT35BT35A A

57、0.450.450.90.92 24.54.53.53.544.54.51212444.54.53030D D 第第 3 3 节节 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 用万用表来判别单结晶体管的好坏比较容易，可选择用万用表来判别单结晶体管的好坏比较容易，可选择 R R1k1k 电阻挡进行测量，若某个电极与另外两个电极的正向电阻挡进行测量，若某个电极与另外两个电极的正向电阻小于反向电阻，则该电极为发射极电阻小于反向电阻，则该电极为发射极E E，接着测量另外两个，接着测量另外两个电极的正反向电阻值，其值应该相等。电极的正反向电阻值，其值应该相等。 1.3.2.2 1.3.2.2 单结晶体管的伏安特性单结

58、晶体管的伏安特性 如图如图1-171-17所示为单结晶体管特性实验电路及其等效电路。所示为单结晶体管特性实验电路及其等效电路。将单结晶体管等效成一个二极管和两个电阻将单结晶体管等效成一个二极管和两个电阻R RB1B1、R RB2B2组成的等组成的等效电路，那么当基极上加电压效电路，那么当基极上加电压U UBBBB时，时，R RB1B1上分得的电压为上分得的电压为 第第 3 3 节节 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 式中，式中， 为分压比，是单结晶体管的主要参数，一般为为分压比，是单结晶体管的主要参数，一般为0.50.50.90.9。图图1-17 1-17 单结晶体管特性实验电路及其等效电路单结晶

59、体管特性实验电路及其等效电路 第第 3 3 节节 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 1.3.2.3 1.3.2.3 单结晶体管的工作情况单结晶体管的工作情况 调节调节R RP P，使，使U UE E从零逐渐增加。当从零逐渐增加。当U UE E U UBBBB时，单结晶体管时，单结晶体管PNPN结结处于反向偏置状态，只有很小的反向漏电流，当发射极电位处于反向偏置状态，只有很小的反向漏电流，当发射极电位U UE E比比U UBBBB高出一个二极管的管压降高出一个二极管的管压降U UVDVD时，单结晶体管开始导通，时，单结晶体管开始导通，这个电压称为峰点电压这个电压称为峰点电压U Up p，故，故U U

60、p p = =U UBBBB+ +U UVDVD，此时的发射极电流，此时的发射极电流称为峰点电流称为峰点电流I Ip p，I Ip p是单结晶体管导通所需的最小电流。是单结晶体管导通所需的最小电流。 第第 3 3 节节 晶闸管触发电路晶闸管触发电路 如图如图1-181-18所示的单结晶体管发射极所示的单结晶体管发射极伏安特性曲线，在单结晶体管的伏安特性曲线，在单结晶体管的PNPN结导通之后，发射极电流结导通之后，发射极电流I IE E显著增显著增大，发射极电压大，发射极电压U UE E显著减小。这是显著减小。这是因为因为I IE E增大，发射极向增大，发射极向N N型硅片内注型硅片内注入大量的