第19章电力电子技术97800培训教材

第19章电力电子技术19.1晶闸管19.2可控整流电路19.3晶闸管的保护19.4单结晶体管触发电路第19章目录晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件。分类：有普通型、双向型和可关断型。它的出现，使半导体器件进入强电领域。优点：体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维护简单、操作方便，寿命长等；缺点：过载能力差，抗干扰能力差、控制比较复杂。概述用途:

整流、逆变、调压、开关19.1晶闸管AGKJ1J2J3AKGPNPN阳极阴极控制极符号19.1.1晶闸管的结构和符号结构晶闸管是一种大功率的半导体器件。其内部结构为：四层半导体，三个PN结。文字符号为

TT第19章19.1PNPNKGAA(PNP)(NPN)KGT2T1APNPNPNKG第19章19.1为了说明晶闸管的导通原理,将晶闸管等效为由T1

(NPN型)

和T2(PNP型)

两个三极管联接而成

,每个三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。2、晶闸管的导通原理

IG+IC2流入T1的基极作再次放大,如此循环形成强正反馈

,

很快使T1和T2达到饱和导通。当加入电源EA和EG后,

使晶闸管的阳极和控制极均加正向电压,因而T1正偏导通,IG=

IB1,

而IC1=

1IB1即是

IB2,

EGKGT2T1AREAIG

1IB1

1

2IB1A(PNP)(NPN)KGT2T1第19章19.1

此时,

若去掉触发电压,

晶闸管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通,

控制极失去作用。经PNP管T2作进一步放大,

形成集电极电流

IC2=

1

2IB1,IB119.1.3晶闸管的伏安特性CBA0IHIU导通IG=0IG1IG2阻断UBRIRIG增加UBO反向特性正向特性UBO

—

正向转折电压UBR

—反向转折电压IG

—触发电流IH

—维持电流晶闸管的导通条件：阳极和阴极间加正向电压；控制极和阴极间加正向触发电压。

两个条件必须同时满足第19章19.1规定：晶闸管阳极与阴极间加6V直流电压，能使元件导通的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压)。PNPNKGA0IUT2T1双向晶闸管的结构、符号和伏安特性GT1T2结构双向晶闸管可等效为两个反向并联的晶闸管,可实现双向导通。伏安特性T1T2G符号第19章19.1IT2T1

__G19.1.4主要参数第19章19.11、正向重复峰值电压控制极断路，晶闸管正向阻断条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。用符号UFRM表示。UFRM此电压为正向转折电压的80%2、反向重复峰值电压URRM控制极断路，可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。用符号URRM表示。此电压为反向转折电压的80%3、正向平均电流IF第19章19.1在环境温度不大于40ºC和标准散热及全导通的条件下，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，称为正向平均电流IF。4、维持电流IH在规定环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称为维持电流。当小于这个电流时，晶闸管自动关断。晶闸管的型号及含义KP—导通时平均电压组别（小于100A不标），共九级，用A-I字母表示0.2-1.2V。额定电压，用其百分数或千位数表示，它即为UFRM和URRM中较小的一个。晶闸管普通型额定正向平均电流例如KP5-7表示额定正向平均电流为5A，额定电压为700V的晶闸管。第19章19.119.2可控整流电路第19章19.219.2.1单相半波可控整流电路1、电阻性负载正半周—T导通负半周—T截止RLTu2u1uGuOuG—

触发电压uO—输出电压

—导通角iOtt—

触发角t0uG

iO002U2第19章19.2RLTu2u1uGuO

—导通角iOtt—

触发角t0uG

iO002U2单相半波可控整流电路的计算IO=UO/RL输出电压、电流平均值UO=0.45U221+cos

晶闸管的电流平均值和最大反向电压IT

=IO,UTRM

=2U22、电感性负载第19章19.2TLRuouttt0uG

iO002U2晶闸管刚导通时,电感元件中产生阻碍电流变化的感应电动势,电路中电流不能跃变,由零逐渐上升。当电流达到最大值并开始减小时，eL为下正上负，当交流电压u达到零值之前，eL和u极性相同，晶闸管导通。在单相半波可控整流电路接电感性负载时，晶闸管导通角将变大，负载电感越大，导通角越大，在一个周期中，负载上负电压所占的比重就越大，整流输出电压的平均值就越小。为了使晶闸管在电源电压为零时能及时关断，使负载上不出现负电压，必须采取相应措施，一般可在电感性负载两端并联一个二极管D。第19章19.2当电压经过零值变负以后，只要eL大于u，晶闸管继续承受正向电压，电流仍将继续流通，，当电流下降到维持电流以下时，晶闸管关断，并立即承受反向电压。iO19.2.2单相半控桥式整流电路uOuGttuOuGuG—

触发电压uO—输出电压

单相半控桥式整流电路由两个晶闸管和两个二极管组成。—

触发角

—导通角iO正半周—T1和D2导通负半周—T2和D1导通D1T1T2D2t0u2u2RL00第19章19.2u12U21.工作原理iO2.单相半控桥式整流电路的计算uOuGttRL

—

触发角—导通角tu2IO=UO/RLIT

=ID=IO/2,输出电压、电流平均值UO=0.9U221+cos

UTRM=UDRM

=2U2晶闸管、二极管的电流平均值和最大反向电压uOuGD1T1T2D2u2iO000第19章19.2u12U219.3.晶闸管的保护晶闸管的主要缺点：过载能力差！使用时必须加入过压和过流保护电路。将RC电路

并联在晶闸管两端及负载端即是一种常用的简单有效的过压保护措施。RLLDRCRCRCRC第19章19.3发射极19.4.1单结晶体管EPN

结N型硅片B1B2结构符号EB1

B2EB1B2DRB2RB1A等效电路19.4单结晶体管触发电路第二基极第一基极第19章19.4RBB=RB1+RB2RB2为常数2--15K

RB1

当PN结未导通为数千

PN结导通后则下降为几十

单结晶体管的实验电路及伏安特性曲线指UBB为常数时，IE与UE之间的关系IE

=f(UE)UBB=常数(1)截止区，当UE<VA+UD

EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+=

UBBPN结反偏，IE很小当UE增加到PN结导通的峰点电压

UP，单结晶体管将进入导通状态。实验电路:UVUEUpVIEIV截止区负阻区饱和区PIP第19章19.4EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+=

UBB(2)负阻区，当UE

UP

PN结导通，IE显著增加，同时UE下降。由于RB1随着PN结导通急剧下降，故分压比也下降，又引起维持PN结导通的UE进一步下降。形成正反馈，一直达到谷点V。这段曲线表现出负阻特性。实验电路:UEUpUVVIEIV截止区负阻区饱和区PIP第19章19.4EB1B2DRB2RB1AREUEUBBEEIEVA=RB1UBBRB1RB2+=

UBB(3)饱合区，当IE

IV后RB1不再下降，随IE增加UE缓慢上升。动态电阻为正值。实验电路:第19章19.4UEUpUVVIEIV截止区负阻区饱和区PIPEDRB2RB1AREUEUBBEEUEUpUVVIEIV截止区负阻区饱和区PIPIE2.当发射结电压UE≥UP时,单结晶体管导通；若管子导通后UE<UV时,单结晶体管截止。1.

在点P、V之间,单结晶体管呈现负阻特性。结论B1B2第19章19.419.4.2.单结晶体管触发电路充电RR2R1C放电

uGuGUBBuGuCUPUV0tt当电容放电至uc<UV时单结晶体管截止,电容重新充电。振荡原理当电容充电到uc≥Up时,单结晶体管导通,经R1放电;循环往复,在电阻R1上形成触发脉冲uG

。0第19章19.4单结晶体管同步触发整流电路和工作波形uOucuGuZRLLu1u21u22RpRD3D4D5D6D2DD1T1T2R2R1同步触发：单结晶体管触发电路与晶闸管半控桥式整流电路由同一变压器供电,可保证uZ与uO同时过零。调整电位器Rp,可改变电容

C

的充电时间常数即调整了主电路的控制角

。(1)电路组成第19章19.4DZCR1

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tLRpRD

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