第六章晶闸管及其应用电路

第六章晶闸管及其应用电路§6-1晶闸管§6-2晶闸管整流电路§6-4晶闸管的选择和保护§6-5晶闸管的触发电路§6-6晶闸管的其他应用电路§6-3负载对晶闸管整流的影响§6-7双向晶闸管简介§6-1晶闸管一、晶闸管的结构、符号PPNNA阳极K阴极G门极AKG晶闸管的结构晶闸管的符号晶闸管的导电特点：（1）晶闸管具有单向导电特性（2）晶闸管的导通是通过门极控制的晶闸管导通的条件：（1）阳极与阴极间加正向电压（2）门极与阴极间加正向电压，这个电压称为触发电压。（以上两个条件，必须同时满足，晶闸管才能导通）导通后的晶闸管关断的条件：（1）降低阳极与阴极间的电压，使通过晶闸管的电流小于维持电流IH（2）阳极与阴极间的电压减小为零（3）将阳极与阴极间加反向电压（只要具备其中一个条件就可使导通的晶闸管关断）二、晶闸管的工作特性（1）晶闸管一旦触发导通，就能维持导通状态，门极失去控制作用。要使导通的晶闸管关断，必须减小阳极电流到维持电流IH以下。小结：（2）晶阐管具有“可控”的单向导电特性，所以晶闸管又称单向可控硅。“可控”有两层含义：一是晶闸管的导通是受门极控制的；二是导通的晶闸管关断是受阳极与阴极间电压控制的。由于门极所需的电压、电流比较低（电路只有几十至几百毫安），而阳极A与阴极K可承受很大的电压，通过很大的电流（电流可大到几百安培以上），因此，晶阐管可实现弱电对强电的控制。三、晶闸管的主要参数断态重复峰值电压UDRM结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管A与K间的正向峰值电压反向重复峰值电压URRM结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管A与K间的反向峰值电压通态平均电流IT（AV）在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值，允许通过的工频正弦半波电流的平均值通态平均电压UT（AV）结温稳定，通过的工频正弦半波额定的平均电流，晶闸管导通时，A与K间的电压平均值，习惯上称为导通时的管压降维持电流IH在规定的环境温度下，门极断路时，维持晶闸管导通所必须的最小电流晶闸管由通到断的临界电流四、晶闸管的型号五、晶闸管的简单测试§6-2晶闸管整流电路一、单相可控整流电路二、三相可控整流电路晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变的情况下，方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。一、单相可控整流电路1、单相半波可控整流电路ＶRL单相半波可控整流电路单相半波整流电路0ug0uLπ2πt1t2u2+u2+--uL+-iL（1）电路组成及工作原理t1t1t2t2u1u20ug0uLπ2πt1t2t1t1t2t2αα控制角α——从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通所对应的电角度。θθ导通角θ——晶闸管实际导通的角度。α+θ=π改变α的大小，即可改变输出电压uL的波形。α越大，θ越小。把控制角α的变化范围称为移相范围。单相半波可控整流电路的移相范围为：0～π（2）主要参数计算输出电压的平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压2cos1245.0UULLLLRUILTII22UURM（3）电路特点优点：电路简单，调整方便缺点：输出电压脉动大，设备利用率低例6-1单相半波可控整流电路中，变压器二次侧电压U2=120V，当控制角分别为0o、90o、120o、180o时，负载上的平均电压分别是多少？V5420cos112045.0LU解：α=0o时α=90o时V27290cos112045.0LUα=120o时V5.132120cos112045.0LUα=180o时V02180cos112045.0LU改变控制角α的大小可改变输出电压的高低，移相范围为：0o～180o2、单相半控桥式整流电路（1）电路组成及工作原理to23u2to23uLto23ugV3V4V2V1RLu2正半周单相整流电路单相可控整流电路αααθθωtα时V1、V4正向阻断，V2、V3反向阻断uL=0ωt=α时V1、V4导通，V2、V3反向阻断uL=u2ωt=π时V1、V4关断uL=0+-+-uL+-iL负半周ωtα时V2、V3反向阻断，V1、V4正向阻断uL=0ωt=α时V2、V3反向阻断，V1、V4导通uL=u2ωt=π时V1、V4关断uL=0单相桥式可控整流电路的移相范围为：0～π（2）主要参数计算输出电压的平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压2cos129.0UULLLLRUILTII2122UURM（3）电路特点优点：输出电压脉动小，设备利用率高缺点：元件多例6-2一单相桥式可控整流电路，输入电压U2=220V，RL=5Ω，要求输出电压的范围为0～150V，试求输出的最大电流ILM和晶闸管的导通角范围？解：输出最大平均电流305150LLMLMRUI当输出电压为150V时51.012209.0150219.02cos2UUL查表得α≈60o12060180晶闸管的导通角的范围为120~0V3V4V2V1RLu2V5用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路V5在电路中不承受反向电压，只要给晶闸管加上触发信号，晶闸管即能导通，作用相当于接在负载电路中的一只开关。注意：1、整流电路之后不能接滤波电容2、晶闸管应选维持电流较大的管子特点：uL二、三相可控整流电路1、三相半波可控整流电路（1）电路组成及工作原理TRLL1L2L3UV1V2V3VW三相半波整流电路三相半波可控整流电路uLiLωt0ugαααθθθ各晶闸管控制角的起点均为各自的自然换相点当控制角为α时+-VUWuLωt0ugΘ=1200Θ=1200Θ=1200α=0°时,工作波形θ=120°VUW输出波形连续uLωt0ug600θθθα=60°时,工作波形600600θ=90°θ＜120°VUW输出波形不连续uLωt0ug900θθα=90°时,工作波形900900θθ＜120°θ=60°VUW小结:（1）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压uL的大小：当α＝0°时，输出波形同三相半波整流电路，输出电压最大，α增大，输出电压减小，α＝150°时，uL=0。（2）当α≤30°时，uL波形连续，（3）任一相对应晶闸管导通期间，其他晶闸管承受相应的线电压。晶闸管关断点均在下一个晶闸管被触发导通时；当α＞30°时，uL波形断续，晶闸管关断点均在各自相电压过θ=120°零处，θ120°移相范围是α＝0°～150°（2）主要参数计算输出电压的平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压cos17.12UULLLLRUILTII312245.232UUURM（3）电路特点优点：较单相整流输出电压大小增大，脉动性减小，电源平衡性较好缺点：如直接接电网，会造成电网损耗；如由变压器供电，铁芯易发生直流磁化，使变压器效率降低。时300时15030)]6πcos(1[675.02UUL2、三相半控桥式整流电路三相桥式整流电路L1L2L3TRLV1V2V3UVWV4V5V6三相半控桥式整流电路iL-ug0ωt（1）电路组成及工作原理自然换相点为各晶闸管控制角的起点当控制角为α时αααuL+ug0ωtα=0°时,工作波形输出波形同三相桥式整流电路θθθθ=120°ug0ωt600α=60°时,工作波形600600θ=120°θθθ0°α≤60°输出波形连续ug0ωtα=90°时,工作波形900900900θθθθθ120°θ=90°60°α180°输出波形不连续小结:120120（1）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压uL的大小：当α＝0°时，输出波形同三相桥式整流电路，输出电压最大；α增大，输出电压减小，α＝180°时，uL=0。α＞60°时，波形断续，（3）任一相对应晶闸管和二极管导通期间，其他晶闸管和二极管（2）当α≤60°时，波形连续，θ=120°θ120°承受相应的线电压。移相范围为：α＝0°～180°思考：如果触发脉冲在自然换相之前加入，输出波形会发生什么现象？（2）主要参数计算输出电压的平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压2cos134.22LUULLLRUILT31II22RM45.232UUU（3）电路特点优点：输出电压较高，脉动性较小，输出电压连续可调范围宽。缺点：需用三只晶闸管，需三套触发电路.§6-3负载类型对晶闸管整流的影响一、电感性负载的影响电感性负载：电动机的励磁绕组，各种电感线圈。V3V4V2V1RLu2L0ug0uLV1V4V1V3V2V3V2V4当电源过零时,晶闸管不能及时关断，使晶闸管导通时间延长。当控制角突然增大或触发信号突然丢失时，整流整流续流续流V2V3整流正常工作失控现象电感性负载单相桥式可控整流电路1、正常工作2、失控现象使电路失控。晶闸管连续导通，而整流二极管交替导通3、加续流二极管后的工作V3V4V2V1RLu2LV5加续流二极管后的电路0ug0uLV1V4V5V2V3V5整流整流续流续流在生产实际中,一旦发生失控,导通的晶闸管将因过热而损坏,为了防止失控现象的发生，必须采取预防措施——在负载两端并联一只续流二极管。ααθθ整流续流+-uL-+当整流元件工作时，负载电流经电源构成回路，当整流元件不工作时，负载中电流经续流二极管构成回路。由以上分析可知：晶闸管的导通角为θ时，续流二极管的导通角为2π-2θ流过晶闸管和整流二极管的平均电流为：Lt(AV)π2II流过续流二极管的平均电流为：L't(AV)π22π2II例6-3有一单相半控桥式整流电路，负载为直流电阻为5Ω的感性负载，输入电压U2=220V，试求控制角α=300时的输出电压，晶闸管中的电流平均值，续流二极管中的电流平均值。解：V17522022/319.02cos19.02LUUA355175LLLRUIA1535π26πππ2ππ2LLt(AV)IIIA6π22π2L't(AV)II负载的平均电压：负载的平均电流：流过晶闸管的平均电流：流过续流二极管的平均电流：二、反电动势负载的影响V3V4V2V1u2ME0uL0ugEαθ0iL当电源电压u2E时，加触发信号，晶闸管才能导通反电动势负载单相半控桥式整流电路当电源电压等于E时，晶闸管关断晶闸管导通角θ变小了，输出电流幅值增大反电动势负载的影响：采取的措施：在负载回路上串联平波电感器，然后在其两端再并一个续流二极管§6-4晶闸管的选择和保护一、晶闸管的选择二、晶闸管的保护一、晶闸管的选择1、电压等级的选择RMRMM)2~5.1(UU2、电流等级的选择t(AV)T(AV))2~5.1(II例6-4负载为纯电阻性的单相半控桥式整流电路，输出直流电流电压为UL=0~60V，直流电流为0~10A，试计算晶闸管反向峰值电压URM与It（AV），并选择合适的晶闸管。解：由2cos19.02LUU设输出电压最大（60V）时的控制角则0V679.0609.0L2UU考虑到整流器件上压降等因素，U2取值比计算值高10%，故取V75%)101(672U晶闸管承受的反向峰值电压V10575414.122RMUU晶闸管应取的反向峰值电压V)210~5.157()2~5.1(RMRMMUU通过晶闸管的最大平均电流A521Lt(AV)II晶闸管应取的通态平均电流A)10~5.7()2~5.1(t(AV)T(AV)II可选用通态平均电流为10A，额定电压为200V的KP10—2晶闸管。例6-5一只接有续流二极管的单相半控桥式整流电路，RL=5Ω，输入电压U2=220V，晶闸管控制角α=60°。试计算（1）晶闸管承受的反向峰值电压；（2）通过晶闸管的实际工作电流，并选择合适的管型。解：（1）晶闸管承受的反向峰值电压V310220414.122RMUU晶闸管应取的反向峰值电压V)620~