三相全波整流的詳細(xì)資料.doc

Learning target2013三相可控硅整流第一部分：可控硅初步知識可控硅，是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu).見圖1.它有三個(gè)PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件.1. 電壓參數(shù)：如下圖為可控硅在不同電壓參數(shù)下的伏安特性（AK極之間）（1）URSM（反向不重復(fù)峰值電壓）URSM是指在門極開路時(shí)，當(dāng)加在可控硅上的反向陽極電壓上升到使可控硅的反向伏安特性急劇彎曲時(shí)所對應(yīng)的電壓值（圖1）。（2）URRM（反向重復(fù)峰值電壓）:是指當(dāng)門極開路且結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在可控硅上的反向峰值電壓。規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓URRM為反向不重復(fù)峰值電壓URSM的80。通常，可控硅若受到反向電壓作用，則它必定是阻斷的，因此參數(shù)名稱可省去“阻斷”二字。（3）UDSM(斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓)：UDSM是指在門極開路時(shí)，當(dāng)加在可控硅上的正向陽極電壓上升到使可控硅的正向伏安特性急劇彎曲時(shí)所對應(yīng)的電壓值（見圖1）。斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM應(yīng)低于正向轉(zhuǎn)折電壓UPBO,所留余量的大小由生產(chǎn)廠規(guī)定。（4）UDRM(斷態(tài)峰值重復(fù)電壓)：UDRM是指當(dāng)可控硅的門極開路且結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在可控硅上的正向峰值電壓，如圖1所示。規(guī)定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM的80。（5）額定電壓UN 將UDRM和URRM中較小的那個(gè)數(shù)值取整后作為該可控硅型號上的額定電壓UN。在選用可控硅時(shí)，額定電壓UN應(yīng)是正常工作電壓的二到三倍，以此作為允許的操作過電壓余量。 （6）通態(tài)平均電壓VT（管壓降） 通態(tài)平均電壓VT,是指在可控硅中流過正弦半波額定通態(tài)平均電流和額定結(jié)溫時(shí)，可控硅的陽極和陰極間電壓降的平均值，俗稱管壓降。通態(tài)平均電壓VT按規(guī)定分為九組，每組差0.1V，最低值為0.4V，最高值為1.2V。2. 電流參數(shù)（1）通態(tài)平均電流IT(AV) IT(AV)是指在環(huán)境溫度為+40和規(guī)定冷卻條件下，在帶電阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波電路中，管子全導(dǎo)通（導(dǎo)通角不小于170）而穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定值時(shí)所允許的最大平均電流。按照標(biāo)準(zhǔn)，取其整數(shù)作為該可控硅的額定電流。 （2） 維持電流IH（即可控硅維持導(dǎo)通需要最小的電流） IH是指可控硅導(dǎo)通后，由較大的通態(tài)電流降至剛能保持元件通態(tài)所必須的最小通態(tài)電流。當(dāng)電流小于IH時(shí)，可控硅即從通態(tài)轉(zhuǎn)化為關(guān)斷狀態(tài)。（3）掣住電流IL IL是指可控硅剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移去觸發(fā)信號后，能維持通態(tài)所需的最小主電流 。掣住電流IL的數(shù)值與工作條件有關(guān)，通常IL約為IH的2-4倍。3. 門極參數(shù)（1）門極觸發(fā)電流IGT IGT是指在室溫時(shí)，主電壓（陽極A與陰極K間電壓）為直流6V時(shí)，使可控硅由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)所必須的最小門極直流電流。(2) 門極觸發(fā)電壓UGT UGT是指產(chǎn)生門極觸發(fā)電流所必需的最小門極電壓。4. 動(dòng)態(tài)參數(shù)(a) 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt du/dt是指在額定結(jié)溫和門極斷路時(shí)，可控硅保持?jǐn)鄳B(tài)所能承受的最大主電壓上升率。使用時(shí)實(shí)際電壓上升率必須小于此值。(b) 通態(tài)電流臨界上升率di/dt di/dt 是指在規(guī)定條件下，可控硅在導(dǎo)通過程中，能承受而不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞的最大通態(tài)電流上升率。(c) 門極控制開通時(shí)間tgt tgt是指門極觸發(fā)脈沖前沿的10到陽極電壓下降到10的時(shí)間間隔，如圖所示。它包括延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr兩部分，td為從門極脈沖前沿的10（0.1UG）到陽極電壓從UA降至0.9UA（陽極電流上升到0.1IA）時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間。tr為陽極電壓從0.9UA下降至0.1UA（陽極電流從0.1IA上升到0.9IA）時(shí)所對應(yīng)的時(shí)間。因此元件的開通時(shí)間就是載流子的積累和電流上升所需要的時(shí)間之和。即普通可控硅的開通時(shí)間約為幾至幾十微妙。為了減小開通時(shí)間和保證可控硅觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻的正確，可采用實(shí)際觸發(fā)電流比規(guī)定觸發(fā)電流大3-5倍，且前沿陡峭的強(qiáng)觸發(fā)方式。(d) 電路換向關(guān)斷時(shí)間tq tq是指可控硅從通態(tài)電流降至零起，到該管能再一次承受規(guī)定的正向斷態(tài)電壓的時(shí)間。實(shí)際上它包括反向恢復(fù)時(shí)間和門極恢復(fù)時(shí)間兩部分，如下圖所示。5. 額定結(jié)溫TjM TjM是可控硅正常工作時(shí)所允許的最高結(jié)溫，在此溫度下，一切有關(guān)的額定值和特性都能得到保證。6. 關(guān)于可控硅發(fā)熱的分析（1）造成可控硅發(fā)熱的原因是損耗，它由四部分組成。一是通態(tài)時(shí)的損耗，這是可控硅發(fā)熱的最主要原因，為了減小不必要的發(fā)熱，總是希望可控硅在導(dǎo)通時(shí)的通態(tài)電壓越小越好；二是斷態(tài)和反向時(shí)損耗，一般希望斷態(tài)重復(fù)平均電流IDR(AV)和反向重復(fù)平均電流IRR(AV)盡可能小些；三是開關(guān)時(shí)的損耗，當(dāng)頻率增高時(shí)開關(guān)損耗增大；最后是門極的損耗，通常該項(xiàng)損耗較小。（2）決定發(fā)熱的因素是電流的有效值，但可控硅整流電路輸出端負(fù)載常用所需的平均電流來衡量整流電路的容量，可控硅的額定電流也是按電阻性負(fù)載單相工頻正弦半波電路中，管子全導(dǎo)通，而穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定值時(shí)所允許的最大平均電流來定義的。因此，不同的整流方式的整流橋，帶不同類型的負(fù)載，具有不同的導(dǎo)通角時(shí)，流過可控硅的電流波形也不一樣，造成電流平均值和有效值的關(guān)系也各不相同，從而使實(shí)際允許的平均電流與額定電流是有差別的。為了求出發(fā)熱的結(jié)果，應(yīng)將實(shí)際電流波形的有效值等于可控硅額定電流IT(AV)所對應(yīng)有效值，這樣管芯的發(fā)熱才是等效的和允許的。第二部分：三相全波整流1.帶負(fù)載電阻的工作情況當(dāng)a60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖218 ） a =30 （圖219） a =60 （圖220）當(dāng)a60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值 波形圖： a =90 （ 圖221）帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120晶閘管及輸出整流電壓的情況如表21所示2.三相全控整流電路的特點(diǎn)（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)，一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。3.阻感負(fù)載時(shí)的工作情況a60時(shí)（a =0 圖222；a =30 圖223）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。 各晶閘管的通斷情況 輸出整流電壓ud波形 晶閘管承受的電壓波形a 60時(shí)（ a =90圖224）阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同。電阻負(fù)載時(shí)，ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。阻感負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為904.定量分析當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a60時(shí)）的平均值為：帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R圖2-13 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=30時(shí)的波形圖2-14 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=60時(shí)的波