晶闸管及其应用94573课件

晶闸管及其应用晶闸管可控整流电路晶闸管（Silicon

ControlledRectifier）

晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。

体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。

优点：G控制极基本结构K阴极G阳极

AP1P2N1N2四层半导体晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。(c)结构KGA(b)符号(a)外形晶闸管的外形、结构及符号三个

PN

结T1T2工作原理A在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。形成正反馈过程KGEA>0、EG>0EGEA+_R晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持导通状态。工作原理GEA>0、EG>0KEA+_RT1T2EGA形成正反馈过程晶闸管导通的条件：1.晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。2.晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。

晶闸管导通后，控制极便失去作用。

依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件：

1.必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。

2.将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。（1）电压定额断态重复峰值电压UDRM

——断态重复峰值电压是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。国标规定重复频率为50Hz，每次持续时间不超过10ms。规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压（即断态最大瞬时电压）UDSM的90%。断态不重复峰值电压应低于正向转折电压Ub0，所留余量大小由生产厂家自行规定。反向重复峰值电压URRM

——是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。规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压（即反向最大瞬态电压）URSM的90%。反向不重复峰值电压应低于反向击穿电压，所留余量大小由生产厂家自行规定。主要参数通态（峰值）电压UTM

——这是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。通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2～3倍。额定电压UTN=（2～3）

UTM（2）电流定额

通态平均电流IT(AV)——国标规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。同电力二极管一样，这个参数是按照正向电流造成的器件本身的通态损耗的发热效应来定义的。因此在使用时，同样应该按照实际波形的电流与通态平均电流所造成的发热效应相等，即有效值相等的原则来选取晶闸管的此项电流定额，并应留一定裕量。一般取其通态平均电流为按此原则所得计算结果的1.5—2倍。维持电流

IH

——使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般为几十到几百毫安，与结温有关。结温越高，则IH越小。擎住电流IL——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IL约为IH的2~4倍。

主要参数UDRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UDRM

=80%UB0

。普通晶闸管UDRM

为100V—3000V反向重复峰值电压控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元件上的反向峰值电压。一般取URRM

=80%UBR

普通晶闸管URRM为100V—3000VURRM：正向平均电流环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。

IT：ITt2如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸管IT为1A—1000A。IH:

维持电流在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。一般IH为几十~一百多毫安。IL:擎住电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IL约为IH的2~4倍。晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示0.4~1.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P--普通晶闸管K--快速晶闸管S--双向晶闸管

晶闸管KP普通型如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。可控整流电路单相半波可控整流

1.电阻性负载(1)电路

u

>0时：若ug=0，晶闸管不导通，u

<0时:晶闸管承受反向电压不导通,

uo=0,uT=u，故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导通，uuoRL+–+uT+––Tio(2)工作原理t12u

<

0时:

可控硅承受反向电压不导通即：晶闸管反向阻断加触发信号，晶闸管承受正向电压导通tOu

>0时:tO两个重要的基本概念：

控制角：从晶闸管开始承受正向电压起到触发脉冲出现之前的电角度,用a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称为，用θ表示

。(4)整流输出电压及电流的平均值由公式可知：改变控制角，可改变输出电压Uo。

这种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。uAuB000uguwtwtuAuBRd画出Rd两端电压波形tOtOtOt1tOt22

2)工作波形(未加续流二极管)uuoR+–+uT+––LTioDiou>0时：

D反向截止，不影响整流电路工作。u

<0时：

D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流),负载电压uo波形与电阻性负载相同(见波形图)。3.电感性负载(加续流二极管)+–(1)电路(3)工作波形(加续流二极管)iLttOtO2tO单相全波可控整流大电感负载无续流二极管有续流二极管单相半控桥式整流电路1.电路2.工作原理T1和D2承受正向电压。T1控制极加触发电压,则T1和D2导通，电流的通路为T1、T2晶闸管D1、D2晶体管aRLD2T1b(1)电压u为正半周时io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–b此时，T2和D1均承受反向电压而截止。io+–+–T1T2RLuoD1D2au+–bT2和D1承受正向电压。T2控制极加触发电压,则T2和D1导通，电流的通路为(2)电压u为负半周时bRLD1T2a此时，T1和D2均承受反向电压而截止。ttOtO3.工作波形2动画tO4.输出电压及电流的平均值两种常用可控整流电路电路特点该电路只用一只晶闸管，且其上无反向电压。2.晶闸管和负载上的电流相同。(1)uTD2D1D4u0RLD3+-+-电路特点1.该电路接入电感性负载时，D1、D2

便起续流二极管作用。(2)2.由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。T1T2D1D2uuORL+-+-自然换相点：假设将电路中的晶闸管换作二极管，成为三相半波不可控整流电路

一周期中，在wt1~wt2期间：

VT1导通，ud=ua

在wt2~wt3期间：

VT2导通，ud=ub在wt3~wt4

期间：VT3导通，ud=uc二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a

=0。三相半波不可控整流电路a

=0时的工作原理分析晶闸管VT1的电压波形由3段组成：第1段，VT1导通期间，为管压降，可近似为uT1=0。第2段，在VT1关断后，VT2导通期间，uT1=ua-ub=uab，为一段线电压。第3段，在VT3导通期间，uT1=ua-uc=uac为另一段线电压。a=30时的波形负载电流处于连续和断续之间的临界状态。a>30的情况特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120。三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路，电阻负载，a=30时的波形三相半波可控整流电路，

电阻负载，a=60时的波形a在0~150间变化0°≤α≤30°30°≤α≤150°阻感负载特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a

≤30时：整流电压波形与电阻负载时相同。a

>30时（如a

=60时的波形如图所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，由VT2导通向负载供电，同时向VT1施加反压使其关断—ud波形中出现负的部分id波形有一定的脉动，但为简化分析及定量计算，可将id近似为一条水平线。阻感负载时的移相范围为0~90。三相桥式全控整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路三相桥式全控整流电路原理图共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序：VT1－〉VT2－〉VT3－〉VT4－〉VT5－〉VT6自然换向时，每时刻导通的两个晶闸管分别对应阳极所接交流电压值最高的一个和阴极所接交流电压值最低的一个1.带电阻负载时的工作情况当a≤60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续见波形图：a=0a=30a=60当a>60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值见波形图：a=90

a角的移相范围是0~120三相桥式全控整流电路

带电阻负载a=0时的波形三相桥式全控整流电路晶闸管及输出整流电压的情况如表所示

时段IIIIIIIVVVI共阴极组中导通的晶闸管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共阳极组中导通的晶闸管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流输出电压udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb三相桥式全控整流电路

带电阻负载a=30时的波形三相桥式全控整流电路

带电阻负载a=60时的波形三相桥式全控整流电路

带电阻负载a=90时的波形a角的移相范围是0~90三相桥式全控整流电路的特点（1）2管同时导通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：

按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲可采用两种方法：宽脉冲触发

双脉冲触发（常用）

（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，

晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。2.阻感负载时的工作情况a

≤60时（

a

=0

；

a

=30

）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、

晶闸管承受的电压波形区别在于：得到的负载电流id波形不同。

当电感足够大的时候，

id的波形可近似为一条水平线。a>60时（

a

=90）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分阻感负载时，ud波形会出现负的部分。a角移相范围为0~90

。主要包括三相桥式全控整流电路

带阻感负载a=0时的波形三相桥式全控整流电路

带阻感负载a=30时的波形三相桥式整流电路

带阻感负载，a=90时的波形*三相桥式全控整流大电感负载电路工作于整流状态时，其触发延迟角α的最大移相范围为0。~90。。*若加到晶闸管两端电压的上升率过大，就可能造成晶闸管误导通。*在型号KP10－12G中，数字10表示（）A.额定电压10VB.额定电流10AC.额定电压1000VD.额定电流100A*三相全控桥接大电感负载时，晶闸管的导通角为（A）。A．小于900B．900C．大于900D．1200*三相半控桥整流电路晶闸管承受的最大正反向电压为（A）。A、√6U2ΦB、√3U2ΦC、√2U2ΦD、U2Φ*三相全控桥整流电路当控制角a=00时，空载整流输出电压平均值为（D）。A、0.45U2ΦB、0.9U2Φ