電工與電子技術(shù)-下課件5.晶閘管

第九晶閘管及其應(yīng)第九閘管及其§9.1工作原§9.2特性與§9.3可控整§9.4觸發(fā)電§9.6晶閘管 晶閘管 ControlledRectifier） 長(zhǎng)、容量大（正 應(yīng)用領(lǐng)整流（交變頻（交直流交流逆變（直斬波（直交流直流此外還可作無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)等§9.1結(jié) 導(dǎo)G（控制極

P工作原 PAGK

NPPNNNPPNN

Pi PNNGT NNGTPP1PPNKN 1.UAK>0、UGK>0G

T1導(dǎo)形成正反

T2導(dǎo)ig=K

ic1=ig==?ib2=ig=晶閘管導(dǎo)通后，去掉依靠正反饋，晶閘管仍維 A

晶閘管截止的條 反向電壓，或不加觸發(fā)信（即UGK=0）晶閘管正向?qū)ê?，令?/p>

K

的方法IH：最小維持電

晶閘管的工作原理小晶閘管具有單向?qū)щ娙羰蛊潢P(guān)斷，必須降UAK或加大回路電阻，把陽(yáng)極電流減小維持電流以下 導(dǎo)通后管壓降約§導(dǎo)通后管壓降約額定正額定正反反向擊URSM

IG3>IGIG3>IG2>

U 正正向轉(zhuǎn)U--陽(yáng)極、陰極間的電 I--陽(yáng)極電 正向特性：在陽(yáng)極和陰極 PN結(jié)P1N1、P2N2隨UAK的加大，陽(yáng)極電流逐漸增U=UDSM時(shí)，PN結(jié)N1P2反向極擊 晶閘管自動(dòng)導(dǎo)通。正常工作時(shí)，應(yīng)小于

DSMUDSM：斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓，又稱正 轉(zhuǎn)折電若在G和K間加正向電壓：UGK越大，則UDSMUGK 反向特性：在陽(yáng)極和陰極G這時(shí)PN結(jié)P1N1、P2N2反向偏N1P2正向偏置，晶閘管截隨反向電壓的增加，反向漏U

必須小于URSM URSM：反向不重復(fù)峰 主要參晶閘管耐壓值。一般UDRM80UDSM。普通晶閘管UDRM100V---3000V

I正 I電流

電電 URRM：反向重復(fù)峰值電重復(fù)電壓。一般取URRM=80%URSM。普通晶閘

I正 I電流

電電 環(huán)境溫度為40。C時(shí),在電阻性負(fù)載、單相工頻正許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管ITAV為iITAV

t 1

Imsintd(t)0 0

、、、、、、 、0、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。反向擊反向擊電IFIIH

電電 UTAV：通態(tài)平均電IH：最小維持電幾十到一百多毫安。UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電般U為1~5V，I

晶閘管型K

K---快速晶閘S雙向晶閘管 晶閘管電壓、電流級(jí)別額定通態(tài)電流（ITAV）通用系列、、、、、、 、0、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。額定電壓（UDRM）通用系列為1000以下的每10為一級(jí)，10到300的每200V通態(tài)平均電壓（UTAV）A~I字母表示：0.4~1.2V0.1V為一級(jí)。 §9.3單相半波可控整流電一、電阻性負(fù)電路及工作原 K R RL 工作波形(設(shè)u1為正弦波u：控制角u2

Ku u tu20時(shí)，加上 發(fā)電壓uG，晶 管導(dǎo)通 的早晚而變 u20 管不通，uL0T

故稱可控整晶閘管承受的最高反向電壓tUDRM 輸出電壓及電流的平均U

2

u2d 2

2u

sintdt0.45U1 RRL 晶閘管的選電流的選器件的損壞，取決于電流的熱效應(yīng)，而熱而不能依據(jù)平均值。 π Imπ0平均值： 2πImsintd(t) 0有效值：IT

1(I sint)d(t)0 0 有效有效丹0000 晶閘管電流計(jì)算給定下的通態(tài)電流平查表（或計(jì)算）計(jì)算IT對(duì)應(yīng)的正弦半波電流平均值I'

I

1.57I'TAV

(K為保險(xiǎn)系數(shù)選晶閘管的電流額定 晶閘管電壓選擇UUDRM=URRM=（1.5~其中1.5~2為安全系根據(jù)UDRM、URRM選取晶閘管電壓 晶閘管的功率因弦，即使是電阻性負(fù)載，功率因數(shù)也不等于1cos

I I

IL U2IL U

式中例=60°，則IL

代入上式ULAV

12

U2ULAVRR

cos 單相半波可控整流計(jì)算舉例（阻性負(fù)載 u RL

2sin 1cos則

0.451102= 37.2 選晶閘

18.6IT1.8818.635 3522.3

22.3×1.5=33.5U U

1.5

2=可選用額定值為：可選用額定值為：300V、50A 二、電感性負(fù)電路及工作原

G 設(shè)u1正弦設(shè)u1正弦 u2正半周時(shí)晶閘管導(dǎo)通，2過(guò)零后，由于電感反電動(dòng)勢(shì)的存在，晶閘管在一定時(shí)間內(nèi)仍維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔?。解決辦法：加續(xù)流二極管，用于消除反電動(dòng)勢(shì)的影響，使晶閘管在u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。 工作波不加續(xù)流二極

tt

L L t

t加續(xù)流二極

u u t

電壓與電流的計(jì)算（加入續(xù)流二極管后的情況負(fù)載中的電壓及U

2

u2d

0.45U

1COS2 U RRL晶閘管的中電

當(dāng)L>>R時(shí)，ILAV在整平均值

ITAV

I360

有效值

IT

2

2II

d

Io

晶閘管的選晶閘管電壓>（1.5~晶閘管電>（1.5）× 單相全波可控整流電一、電阻性負(fù)載橋式可控整流電u電路及工作原uGA+-

T1、T2--晶閘uLu D1、D2晶體 u2>0時(shí)的導(dǎo)通路（UG加入后Au2

u2

D D u20u2

+

u2 工作波

L+Lu u 2B 2tt 輸出電壓及電流的平均U

u2d(t1 0

2U2sintd(t1cos U L 例：橋式可控整流電路中 U2=220V，RL=3,可控 u控制角=15~180，求u2出電壓平均值UL的調(diào)節(jié) 圍，以及可控硅（包括 大值和承受壓

12

=191V，=0V， RRL

承受的最高反向電壓:

2U2 二、電感性負(fù)載橋式可控整流電R 兩種常用可控整流電路的特電路

T 晶閘管和負(fù)載上的電流相 電路

uLuL 該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，D1、D2起起續(xù)流二極管作 制極必須加獨(dú)立的觸發(fā)信號(hào)。 帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的可控整流 該電路的工作過(guò)畫出uL、iL的工作波 §9.4單結(jié)晶體管工作原結(jié) 等效電（發(fā)射極NEN

（第二基極E

PBPB1PN

（第一基極

工作原E

A

當(dāng)uE<UA+UF=UPuEUP時(shí)PN結(jié)正向?qū)╥E速增加分壓UAUBB

(0.35~UP峰點(diǎn)電

UF--PN結(jié)正導(dǎo)通壓 單結(jié)晶體管的特性和參負(fù)負(fù)阻UV、IV--谷點(diǎn)電壓、電uE<UV時(shí)單結(jié)管截

UP峰點(diǎn)電所需發(fā)射極電壓。uE>UP時(shí)單結(jié)管導(dǎo)

負(fù)阻E

負(fù)阻區(qū)存在的原UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，管內(nèi)基極體電RB10，致使IE增加、UE 單結(jié)管

UE<UVEUE>UP時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通 單結(jié)晶體管振蕩電一、振蕩過(guò)程分 EU 電路組 uE=uC<UP時(shí)，單結(jié)管不導(dǎo)通，uo0此時(shí)R1上的電流很小，其值為 B R R B RBRB

RB

R1、

2是外加的，不同

部的RB1、RB2。前者一般幾十歐~幾百歐；一般為2~15

隨電容uC逐漸升uCUP時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)RB10。然后電容通過(guò)R1放電，當(dāng)放電ucUV時(shí)，單結(jié)管重新關(guān)斷，使uo0。R1上便uC

EEE UP-t

UP、UV峰點(diǎn)、谷點(diǎn)電 --PN結(jié)正向?qū)▔?/p>

R2起溫度補(bǔ)償作 振蕩波形 EE *二、振蕩周期與脈沖寬度的計(jì) tT

設(shè)T1=T-uC(0UVuC(EuCUV(EUV)et=T1時(shí)TRCETRCE1EUP

因?yàn)閁V<<E，UP

R1R R

E E

EE E

RC

RC

EUP

TTRCE1EUP uC下降階uC(0)UPu()

R1 R

(R )// 1

E

//R

RB2)C

t=tww w

uC()

RCln

——脈沖寬

() V

uC() UP tw

UR V EUUR V T1RC RC TT1

EUPT1RC

1

——周

注意：注意：RR太小時(shí)，uC下降階段將Cu()C

R1

ER1

(R2

)// 可控整流電路中，觸發(fā)電路必須與主電路同步若不同步 通角不 一、電

發(fā) 路

uL主RLRL二、波形關(guān) 整流穩(wěn)壓電路部

cRuu2

單結(jié)晶體管電路c

電容充、放 可控硅橋式整流電路部 LRL

觸發(fā)脈輸出電

問(wèn)題討 發(fā)電路為什么接在同一個(gè)變壓器上？R R2 bu u3

R R2 bu u3

作用？其移相范圍（即控制角的變圍）有多

觸發(fā)脈 輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大R R2 bu u3

路為什么接在同一個(gè)變壓器上？U電容充、放UP第一個(gè)觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻相同（即角 觸發(fā)電路中，整流后為什c穩(wěn)壓管的作用：將 流后的電壓變成壓管的穩(wěn)壓

ede 而保證單結(jié)管產(chǎn)間，不受交流電源壓變化的

電容充、放觸發(fā)脈

一系列觸發(fā)脈沖中，為什么只有第一個(gè)起作用？其移相范圍（即控制角的變化范圍）有多大？脈沖起作用。 觸發(fā)脈沖移相范圍的計(jì)R R2edeD

t b

每半個(gè)周期出現(xiàn)第一個(gè)脈沖的時(shí)間為電容電壓從充到UP的時(shí)間T'

T'RPC

EUP

RPCln360 RPCln1

T—電源電壓的 輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何aR b

電壓的調(diào)節(jié)電容充電容充電速度變U電壓的計(jì)UL

0.91cos

*三、具有放大環(huán)節(jié)的可控整流電

放大

變壓T1管的T1管的T2管的US（給定電壓

速度加§9.6單結(jié)管交流調(diào)

電路特正常工作。因此，觸發(fā)電路中脈沖變壓器的副邊有兩個(gè)線圈，分別為兩只晶閘管提供觸部

主電路

主電路的兩只晶閘管，分別在交流 u

電源電壓正半周時(shí)，T1觸發(fā)導(dǎo)通；負(fù)半周時(shí)，T2觸發(fā)導(dǎo)通。 波形關(guān)u L L

單相無(wú)1 1E 濾波電 直流電變壓

電的頭T心電的頭T心感 感 當(dāng)觸發(fā)脈沖作用于的控制極上時(shí)：T1 通，直流電源給電

流通過(guò)變壓器T載提供一定的電

CL CL

當(dāng)觸發(fā)脈沖作用于T的控制極時(shí)：T導(dǎo)通，電容1通過(guò)T過(guò)變壓器T給負(fù)載提供與上方向相反的電壓。電容放電時(shí)，放電電流 電感L2上產(chǎn)生感應(yīng)電 勢(shì)，方向如圖所示。此 - 應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)互感，在L1上產(chǎn)生的電T

1 1+T1關(guān)斷；同理，電容充電時(shí)L2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)T2關(guān)斷。

2L 2 晶閘管用做控制器撥盤 鎖控制電JJ

S

R工作原根據(jù)晶閘管的特性分析 知，開鎖時(shí)三個(gè)晶閘管的作順序應(yīng)該是：T1–T2–T3 否則T3或T2將因陽(yáng)極和陰 間加不上電壓而不導(dǎo)通， 電器線圈不通電，鎖打不

開鎖過(guò)根據(jù)開 時(shí)三只晶閘 導(dǎo)通順序的

UCC求以圖中

RS撥盤撥至 按下 T1導(dǎo) 撥盤撥至

按下

T2導(dǎo) 撥盤撥至 按下

T3導(dǎo) 結(jié)結(jié) 鎖的開 是：7--10-- TJ3 TJ3 T T1 R

將撥盤中的某幾個(gè)點(diǎn)接地。使撥盤轉(zhuǎn)到該接地點(diǎn)時(shí)，按鈕按下后通過(guò)電阻（R）支路產(chǎn)生較大分流，使晶閘管中的電流降低到最小維持電流以下，迫使其關(guān)斷。從而防JT3 JT3 T T 7 7 9.7.1晶閘管的保晶閘管的主要缺點(diǎn)：過(guò)流、過(guò)壓能力晶閘管的熱容量很?。阂坏┻^(guò)流，溫度急劇上升，器件被燒壞。晶閘管承受過(guò)電壓的能力極差：電壓超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流較大，使器件受損。 一、過(guò)流保護(hù)措快速熔斷器：電路中加快~輸~

輸出過(guò)流繼電器：在輸出端串接直流過(guò)電過(guò)流截止電路：利用電流反饋減小晶閘管的導(dǎo)通角或停止觸發(fā)，從而切斷過(guò)流電路。 二、過(guò)壓保阻容吸