第10章晶閘管與其應(yīng)用

第10章晶閘管與其應(yīng)用第一頁，共30頁。晶閘管（thyristor）也稱可控硅（siliconcontrolledrectifier，簡稱SCR）是20世紀70年代發(fā)展起來的一種理想的大功率元件。它除具有硅二極管的單向?qū)щ娦?、能把交流電變換成直流電外，還能可控整流，即能控制直流電的大小。晶閘管具有體積小、重量輕、耐震動、效率高、容量大、耐壓高、無火花、壽命長、控制性能好等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于各種無觸點、大功率控制系統(tǒng)，在電力電子技術(shù)中占有重要地位。第二頁，共30頁。第一節(jié)晶閘管

一、晶閘管的外型和結(jié)構(gòu)晶閘管的外形圖

第三頁，共30頁。晶閘管的結(jié)構(gòu)、符號第四頁，共30頁。二、工作原理

晶閘管工作原理圖

第五頁，共30頁。晶閘管工作情況的實驗

觸發(fā)電路

主電路關(guān)斷條件

導(dǎo)通條件

第六頁，共30頁。三、伏安特性第七頁，共30頁。四、主要特性參數(shù)

KP□—□□

通態(tài)平均電壓組別（小于100A不標），共9級用A～I表示0.4～1.2V范圍，每級差0.1V

額定電壓UD級數(shù)（用百位數(shù)或千位數(shù)表示）額定通態(tài)平均電流普通型（其他：K—快速型、S—雙向型、G—可關(guān)斷型等）

K表示晶閘管例如：KP200—12D表示額定通態(tài)平均電流為200安，重復(fù)峰值電壓為1200伏，通態(tài)平均電壓為0.7V的普通型晶閘管。第八頁，共30頁。主要特性參數(shù)

1.電流額定值（1）額定正向平均電流IF：允許的最大通態(tài)平均電流。（2）維持電流IH：維持器件處于通態(tài)所必需的最小通態(tài)電流。（3）浪涌電流IFSM：器件能承受的最大過載電流。

2.電壓額定值

(1)正向轉(zhuǎn)折電壓UBO：晶閘管由斷態(tài)發(fā)生正向轉(zhuǎn)折變成通態(tài)所對應(yīng)的電壓峰值。

(2)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM：允許重復(fù)加在晶閘管上的正向峰值電壓，又稱正向阻斷峰值電壓。

(3)反向重復(fù)峰值電壓URRM：允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。

(4)通態(tài)平均電壓UF：晶閘管正向通以額定的通態(tài)平均電流時，陽極與陰極兩端壓降的平均值，又稱管壓降，一般在0.4～1.2伏范圍內(nèi)。

3.其他額定參數(shù)（1）控制極觸發(fā)電壓UG、觸發(fā)電流IG：使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通所需要的最小控制極直流電壓、電流。（2）開通時間ton、關(guān)斷時間toff：第九頁，共30頁。五、其他晶閘管

雙向晶閘管可關(guān)斷晶閘管光控晶閘管溫控晶閘管

第十頁，共30頁。第二節(jié)單相可控整流電路

一、阻性負載單相橋式半控整流電路

單相橋式半控整流電路及波形圖第十一頁，共30頁。輸出電壓和電流

單相半控整流電路的輸入電壓為u，可控整流輸出電壓的平均值：

可控整流輸出電流的平均值：晶閘管的工作參數(shù)和選擇

第十二頁，共30頁。二、感性負載單相橋式半控整流電路

第十三頁，共30頁。第三節(jié)晶閘管觸發(fā)電路

一、對觸發(fā)電路的要求

1）向控制極提供的觸發(fā)電壓和電流應(yīng)符合晶閘管對觸發(fā)信號的要求；

2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的移相范圍。觸發(fā)脈沖與主電路交流電源電壓的相位應(yīng)具有一定對應(yīng)的相位關(guān)系（稱為同步），以保證晶閘管每個周期的導(dǎo)通角相等；

3）觸發(fā)脈沖上升沿要陡，使晶閘管觸發(fā)時刻準確，一般應(yīng)小于10μs；

4）觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度；5）防止誤觸發(fā)。

第十四頁，共30頁。二、觸發(fā)電路（一）單結(jié)晶體管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作特性分壓比第十五頁，共30頁。單結(jié)晶體管的特性

第十六頁，共30頁。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路振蕩周期第十七頁，共30頁。采用脈沖變壓器耦合輸出的觸發(fā)電路第十八頁，共30頁。單結(jié)晶體管同步觸發(fā)電路第十九頁，共30頁。雙向觸發(fā)二極管第二十頁，共30頁。用雙向觸發(fā)二極管為觸發(fā)電路的單相交流調(diào)壓電路第二十一頁，共30頁。第四節(jié)固態(tài)繼電器原理及其應(yīng)用

一、固態(tài)繼電器分類按負載電源類型劃分可分為兩類：直流型固態(tài)繼電器（DC-SSR）和交流型固態(tài)繼電器（AC-SSR）。第二十二頁，共30頁。按觸發(fā)方式分類交流型SSR可分為過零型和非過零型兩種。右圖是它們的工作波形。圖中，uAA是交流電源的波形，ui是控制信號的波形，uRL是負載的電壓波形。第二十三頁，共30頁。按外型結(jié)構(gòu)分類，可分為針孔焊接式、裝置式、雙列直插式和片式等各種SSR。

按輸入輸出之間隔離形式分類，可分為變壓器隔離型、光電耦合等形式。SSR的輸入輸出之間隔離形式第二十四頁，共30頁。按輸入端有源和無源來分類可分為有源和無源兩類。有源SSR必須在其輸入端施加一定大小的直流電壓，其輸出端才呈導(dǎo)通狀態(tài)。無源SSR是在有源SSR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。無源SSR的輸入端可接無源敏感元件（如可變電阻、光敏、熱敏、濕敏等傳感器），它們的電阻變化到一定程度便可實現(xiàn)輸出交流大功率負載的通斷，切換電阻一般為1k～8k。按輸出端的工作狀態(tài)不同，又可分為常開型和常閉型。第二十五頁，共30頁。二、固態(tài)繼電器的主要特點1.高可靠性由于SSR沒有可動的機械接觸部件，并在結(jié)構(gòu)上采用全密閉式封裝，所以SSR觸發(fā)無回跳和抖動現(xiàn)象，無火花、具有耐震、耐潮、耐腐蝕、壽命長、工作可靠等優(yōu)點。

2.控制功率小

3.對電源電壓適應(yīng)能力強4.絕緣耐壓高固態(tài)繼電器與常規(guī)機電式繼電器相比有以下缺點：斷態(tài)漏電流大、輸出壓降大、觸點數(shù)較少、過載能力差、在負載短路時易損壞等不足之處。第二十六頁，共30頁。

三、固態(tài)繼電器使用注意事項

1.當環(huán)境溫度升高時，SSR的負載能力要隨之下降，因此在實際使用時，若環(huán)境溫度較高，選用SSR的各個參數(shù)必須留有余量。帶電阻性負載時，電流參數(shù)應(yīng)留有一倍的余量，帶電感性負載時，應(yīng)按額定電流的4～8倍來考慮。

2.當SSR接通或斷開電感性、電容性負載時，工作電壓參