修改后 传动课件8

1.基本内容2.基本要求3.重点与难点4.例题分析第八章电力电子——晶闸管及其基本电路1半导体器件的发展方向:集成电路方面发展形成微电子学;往电力半导体器件方面发展形成电子学.晶闸管的出现起到了弱电控制与强电输出之间的桥梁作用。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路本章概论2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：3G控制极8.1

晶闸管8.1.1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4P1P2N1N2K

GA晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合+KA

T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK5

T1T28.1.2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+_R6晶闸管导通后，去掉EG

，依靠正反馈，仍可维持导通状态。8.2.2

工作原理GEA>0、EG>0KEA+_R

T1T2EGA形成正反馈过程7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。8正向特性反向特性URRMUFRMIG2>IG1>IG0UBRIFUBO正向转折电压IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向转折电压正向平均电流维持电流

U8.1.3伏安特性98.1.4主要参数UFRM: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UFRM

=80%UB0

。普通晶闸管UFRM

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：10正向平均电流环境温度为40

C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。

IF：IF

t

2

如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸管IF为1A—1000A。11UF:

通态平均电压（管压降）在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。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。UG、IG：控制极触发电压和电流室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。12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。13（二）双向晶闸管上一页下一页返回上一节图8.8.5双向晶闸管及交流调压电路14*（三）可关断晶闸管上一页下一页返回上一节图8.8.6可关断晶闸管及直流调压电路158.2

可控整流电路8.2.1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+––Tio16(2)工作原理

t1

2u

<

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:

tO17

tO

接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形

动画控制角

t1

tO

tO

t22

tO导通角(3)工作波形18(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。19二．带电感性负载的可控整流电路第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第二章节内容结论：当负载为电感性时，导通角将大于负载电感愈大。导通角愈大每个周期中负载上的负电压所占的比重就愈大输出电压和输出电流的平均值也就愈小。

20带续流二极管的SCR整流电路三．续流二极管的作用：负载上由电感维持的电流流经二极管，此二极管称为续流二极管21

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第二章节内容222324

3．反电势负载

晶闸管导通条件：电源电压大于反电势，还要有触发脉冲。输出平均电流为:第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第二章节内容25二．单相全控桥式整流电路

把半控桥中的两只二极管用两只晶闸管代替构成全控桥。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第二章节内容26

单相全控桥中元件承受的最大正反向电压是第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第二章节内容27

8．3三相可控整流电路8.3.1三相半波可控整流电路

一．电阻性负载第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第二章节内容28第三章节内容

晶闸管承受的最大正向电压表为，可能承受的最大的反向电压为:1.第八章电力电子——晶闸管及其基本电路292．当时,第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第三章节内容303．当时,

当时,，所以三相半波可控整流电路其的移相范围为:

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第三章节内容31二．电感性负载当时，整流输出电压波形是连续的，而当时，整流输出电压波形是不连续的当电源电压下降到零时，电流也同时下降到零----电阻性负载。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第三章节内容32三相半波整流电路带电感性负载时要求触发脉冲的移相范围是第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第三章节内容33

晶闸管承受的最大限度正反向电压为:第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第三章节内容348.3.2三相桥式全控整流电路第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第三章节内容35

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第三章节内容36第四章节内容逆变：利用晶闸管电路把直流电变成交流电的过程称为逆变，把直流电变成交流电的装置叫逆变器。交流器：同一套晶闸管电路即可实现整流，又可实现逆变这种装置通常称为逆变器。有源逆变：把直流电逆变为同频率的交流电反馈到电网中去，称为有源逆变。无源逆变：若变流器交流侧接负载，把直流电逆变为某一频率或变频率的交流电供给负载称无源逆变。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路378.4.1有源逆变电路

整流是指电能由交流侧接传送到直流侧“逆变”是电能由电流侧流到交流侧。整流状态

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容38

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容39二.逆变状态电路工作于逆变状态必须满足两个条件：第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容40及的极性与整流状态相反，且。必须使第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容41

逆变角

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容42

对三相半波逆变电路:

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容43

8.4.2无源逆变电路系统一．无源逆变电路的工作原理。

1．无源逆变器的简单工作原理。

2．单相晶闸管桥式逆变器。二极管之作用：一.起反馈作用即把负载中的无功能量反馈回直流电源。二.是防止逆变器的输出峰值过分地超过直流电源电压，以维持输出电压为恒定值。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容44

二.单相无源逆变器的电压控制控制逆变器的电压控制。在逆变器内部的电压控制。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路第四章节内容45基本要求①掌握晶闸管的基本工作原理、特性和主要参数的含义；②掌握几种单相和三相基本可控整流电路的工作原理及其特点（特别是在不同性质负载下的工作特点）；③熟悉逆变器的基本工作原理、用途和控制；④了解晶闸管工作时对触发电路的要求和触发电路的基本工作原理。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路46重点与难点1、重点①晶闸管的导通与关断条件，可控性；②晶闸管单相和三相基本可控整流电路在不同性质负载下的工作特点；③晶闸管额定通态平均电流的含义及基本可控整流电路的选择和额定电压的选择。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路472、难点①整流电路接电感性负载、电动势负载时的工作情况；②额定通态平均电流的选择；③逆变器的工作原理。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路重点与难点48例题分析

例8.1已知可控整流电路的电流波形有如图8.1所示的三种形状(阴影部分为导通区),各种波形的最大值均为,试计算各种波形电流平均值,电流有效值,它们的波形系数和允许的电流平均值

.如果选用额定通态平的晶闸管，问是否能满足要求?均电流第八章电力电子——晶闸管及其基本电路49解：（1）对于图（a）：

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析50根据有效值相等的原则，有因,所以，100A晶闸管的允许电流平均值小于100A，故不能满足要求。（2）对于图（b）：

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析51

因，所以，100A的晶闸管允许的电流平均值大于100A，故能满足要求。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析52（3）对于图（c）：第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析53因所以，100A的晶闸管允许的电流平均值小于100A，故不能满足要求。通过上述分析可知，不同波形的电流平均值、有效值、波形系数都是不一样的，所以额定电流为100A的晶闸管在不同电流波形时所允许的电流平均值也是不同的。第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析54例2．如图8.3所示，有一单相半控桥整流电路，带电感性负载并有续流二极管，负载电阻电源电压,晶闸管的控制角试求：（1）输出直流电压；（2）晶闸管和二极管的电压、电流定额；（3）选用晶闸管。.第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析55解：（1）根据教材中的式（8.6），输出直流电压（2）负载电流为:第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析56晶闸管及二极管导通角:

续流管导通角:

晶闸管和二极管电流的平均值:

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析57晶闸管和二极管电流的有效值:

电流的波形系数:

第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析58续流管的平均电流:

由式（8.2）得每个晶闸管秘允许的电流平均值:

考虑安全系数，则电流定额:

,取20Ａ第八章电力电子——晶闸管及其基本电路例题分析59晶闸管的最大反向电压:

其电压定额: