第一節(jié)晶閘管演示文稿

第一節(jié)晶閘管演示文稿目前一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點電力半導(dǎo)體器件弱電強電什么是電力電子技術(shù)？信息電子技術(shù)——信息處理電力電子技術(shù)——電力變換電子技術(shù)一般即指信息電子技術(shù)，廣義而言，也包括電力電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)電子技術(shù)信息電子技術(shù)電力電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電力電子技術(shù)——使用電力電子器件對電能進行變換和控制的技術(shù)，即應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。目前電力電子器件均用半導(dǎo)體制成，故也稱電力半導(dǎo)體器件。電力電子技術(shù)變換的“電力”，可大到數(shù)百MW甚至GW，也可小到數(shù)W甚至mW級。2023/5/16目前二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

電力變換四大類交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流表1

電力變換的種類逆變直流斬波直流交流電力控制變頻、變相、調(diào)壓整流交流交流直流

輸出輸入2023/5/16目前三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點一般工業(yè)：交直流電機、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)交通運輸：電氣化鐵道、電動汽車、航空、航海電力系統(tǒng)：高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補償電子裝置電源：為信息電子裝置提供動力家用電器：

“節(jié)能燈”、變頻空調(diào)其他：

UPS、航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置電力電子技術(shù)的應(yīng)用2023/5/16目前四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點軋鋼機數(shù)控機床冶金工業(yè)電解鋁1）一般工業(yè)目前五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點2）交通運輸目前六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點3）電力系統(tǒng)SVC高壓直流裝置HVDC柔性交流輸電FACTS目前七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點4）電子裝置用電源程控交換機電子裝置微型計算機目前八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點5）家用電器目前九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點6）其他大型計算機的UPS航天技術(shù)新型能源目前十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點電力電子技術(shù)的發(fā)展史是以電力電子器件的發(fā)展史為綱的。晶閘管問世，(“公元元年”)

IGBT及功率集成器件出現(xiàn)和發(fā)展時代晶閘管時代水銀（汞?。┱髌鲿r代電子管問世全控型器件迅速發(fā)展時期史前期（黎明期）19041930194719571970198019902000t(年)晶體管誕生電力電子技術(shù)的發(fā)展史2023/5/16目前十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點（SiliconControlledRectifier）

晶閘管是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種大功率半導(dǎo)體器件。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴展到強電領(lǐng)域。

晶閘管也像半導(dǎo)體二極管那樣具有單向?qū)щ娦裕膶?dǎo)通時間是可控的，主要用于整流、逆變、調(diào)壓及開關(guān)等方面。

體積小、重量輕、效率高、動作迅速、維修簡單、操作方便、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）。

優(yōu)點：10.1晶閘管(SCR)

目前十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點1310.1晶閘管(SCR)

一、晶閘管的結(jié)構(gòu)和特號3個PN結(jié)的四層三端元件AAGGKKb)AGKP1N1P2N2J1J2J32023/5/16目前十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點G控制極一.結(jié)構(gòu)K陰極G陽極

AP1P2N1N2四層半導(dǎo)體

晶閘管是具有三個PN結(jié)的四層結(jié)構(gòu),其外形、結(jié)構(gòu)及符號如圖。(c)結(jié)構(gòu)KGA(b)符號(a)外形三個

PN

結(jié)10.1晶閘管(SCR)

2023/5/16目前十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點15螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)常用晶閘管的結(jié)構(gòu)2023/5/16目前十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點陽極陰極控制極輔助陰極螺栓形晶閘管2023/5/16目前十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點平板形晶閘管陰極陽極控制極2023/5/16目前十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點P1P2N1N2K

GA晶閘管相當(dāng)于PNP和NPN型兩個晶體管的組合+KA

T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK目前十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點T1T2二、

工作原理A

在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導(dǎo)通，此過程稱觸發(fā)導(dǎo)通。形成正反饋過程KGEA>0、EG>0EGEA+_R目前十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

晶閘管導(dǎo)通后，去掉EG

，依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。GEA>0、EG>0KEA+_RT1T2EGA形成正反饋過程二、

工作原理目前二十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

實驗一①開關(guān)S斷開：燈L不亮。②S與1閉合：門極電位高于陰極電位，門極承受正壓燈L不亮。③S與2閉合：門極承受反壓，燈L不亮。結(jié)論：陽極反壓，晶閘管不導(dǎo)通。若晶閘管的陽極電位低于陰極電位，無論門極電位是否高于陰極，晶閘管均不導(dǎo)通。1.晶閘管的導(dǎo)通條件二、

工作原理目前二十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

實驗二①開關(guān)S斷開：燈L不亮。②S與1閉合：門極電位高于陰極電位，門極承受正壓，③S與2閉合：門極承受反壓，燈L不亮。結(jié)論：陽極和門極同時承受正壓時，晶閘管導(dǎo)通。當(dāng)晶閘管的陽極電位高于陰極電位，且僅在門極電位高于陰極時，晶閘管導(dǎo)通。燈L亮。1.晶閘管的導(dǎo)通條件目前二十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

實驗三：接上實驗①開關(guān)S斷開：燈L亮。②S與1閉合：門極電位高于陰極電位，門極承受正壓，燈L亮。③S與2閉合：門極承受反壓，燈L亮。結(jié)論：晶閘管一旦導(dǎo)通，門極失去作用。控制晶閘管的導(dǎo)通只須正向脈沖電壓稱之為觸發(fā)脈沖即可。1.晶閘管的導(dǎo)通條件目前二十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點〔簡單描述〕晶閘管SCR相當(dāng)于一個半可控的、可開不可關(guān)的單向開關(guān)。圖

晶閘管的工作條件的試驗電路2023/5/16目前二十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點晶閘管導(dǎo)通的條件：1.晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。

2.晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。

晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。

依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件：

1.必須使可控硅陽極電流減小,直到正反饋效應(yīng)不能維持。

2.將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反相電壓。2023/5/16目前二十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點2023/5/16目前二十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點正向特性反向特性URRMUDRMIG2>IG1>IG0UBRIFUBO正向轉(zhuǎn)折電壓IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向轉(zhuǎn)折電壓正向平均電流維持電流U三.晶閘管伏安特性目前二十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點28晶閘管的伏安特性(1)伏安特性:晶閘管陽極電壓與陽極電流的關(guān)系曲線.(2)伏安特性上幾個點:正向轉(zhuǎn)折電壓UBO(正向不重復(fù)峰值電壓UDSM);正向重復(fù)峰值電壓UDRM;UDRM約為UBO的80%.2023/5/16目前二十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點四.晶閘管型號及主要參數(shù)

導(dǎo)通時平均電壓組別共九級,用字母A~I表示0.4~1.2V額定電壓,用百位或千位數(shù)表示取UFRM或URRM較小者額定正向平均電流(IF)（晶閘管類型）P--普通晶閘管S--雙向晶閘管

晶閘管KP普通型如KP5-7表示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。目前二十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點(1)斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM門極開路時，施加于晶閘管的陽極電壓上升到正向伏安特性曲線急劇轉(zhuǎn)折處所對應(yīng)的電壓值UDSM

。它是一個不能重復(fù)，且每次持續(xù)時間不大于10ms的斷態(tài)最大脈沖電壓。

UDSM值應(yīng)小于轉(zhuǎn)折電壓Ub0。晶閘管的主要參數(shù)2023/5/16目前三十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點晶閘管在門極開路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加于晶閘管上的正向斷態(tài)最大脈沖電壓。每秒50次每次持續(xù)時間不大于10ms，規(guī)定UDRM為UDSM的90%。(2)斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM2023/5/16目前三十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點它是一個不能重復(fù)施加且持續(xù)時間不大于10ms的反向脈沖電壓。反向不重復(fù)峰值電壓URSM應(yīng)小于反向擊穿電壓。門極開路，晶閘管承受反向電壓時，對應(yīng)于反向伏安特性曲線急劇轉(zhuǎn)折處的反向峰值電壓值URSM

。(3)反向不重復(fù)峰值電壓URSM2023/5/16目前三十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點(4)反向重復(fù)峰值電壓URRM晶閘管在門極開路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加于晶閘管上的反向最大脈沖電壓。每秒50次每次持續(xù)時間不大于10ms。規(guī)定URRM為URSM的90%。2023/5/16目前三十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM和反向重復(fù)峰值電壓URRM兩者中較小的一個電壓值規(guī)定為額定電壓UR。在選用晶閘管時，應(yīng)該使其額定電壓為正常工作電壓峰值UM的2~3倍，以作為安全裕量。(5)額定電壓UR2023/5/16目前三十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點規(guī)定為額定電流時的管子導(dǎo)通的管壓降峰值。一般為1.5~2.5V，且隨陽極電流的增加而略為增加。額定電流時的通態(tài)平均電壓降一般為1V左右。(6)通態(tài)峰值電壓UTM2023/5/16目前三十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點

(7)通態(tài)平均電流IT(AV）在環(huán)境溫度為+40℃和規(guī)定的散熱冷卻條件下，晶閘管在導(dǎo)通角不小于170°電阻性負載的單相、工頻正弦半波導(dǎo)電，結(jié)溫穩(wěn)定在額定值125°時，所允許通過的最大電流平均值。

——允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。選用一個晶閘管時，要根據(jù)所通過的具體電流波形來計算出容許使用的電流有效值，該值要小于晶閘管額定電流對應(yīng)的有效值。晶閘管才不會損壞。2023/5/16目前三十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點設(shè)單相工頻正弦半波電流峰值為Im時通態(tài)平均電流為：正弦半波電流有效值為：有效值與通態(tài)平均電流比值為：則有效值為：2023/5/16目前三十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點根據(jù)有效值相等原則來計算晶閘管的額定電流。若電路中實際流過晶閘管的電流有效值為I，平均值Id，定義波形系數(shù)：則

由于晶閘管的熱容量小，過載能力低，因此在實際選擇時，一般取1.5~2倍的安全系數(shù)，2023/5/16目前三十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點(8)維持電流IH(針對關(guān)斷過程)

——是指晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。一般為幾十到幾百毫安。維持電流與結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高，維持電流越小，晶閘管越難關(guān)斷。(9)斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt

——電壓上升率過大，就會使晶閘管誤導(dǎo)通。

——指在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率。(10)通態(tài)電流臨界上升率di/dt

——如果電流上升太快，可能造成局部過熱而使晶閘管損壞2023/5/16目前三十九頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點402、新型電力電子元件簡介(1)雙向晶閘管(TRIAC)(2)可關(guān)斷晶閘管(GTO)

(3)功率晶體管GTR(4)絕緣柵雙極型晶體管IGBT2023/5/16目前四十頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點知識回顧晶閘管的結(jié)構(gòu)晶閘管的導(dǎo)通條件晶閘管的主要參數(shù)2023/5/16目前四十一頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點4210.3可控整流電路

1.單相半波可控整流電路

.1)電阻性負載(1)自然換向點:陽極電壓由負變正的過零點.在該點,二極管自然導(dǎo)通.(2)控制角

(移相角,滯后角)觸發(fā)脈沖發(fā)出的時刻與自然換向點之間的夾角.(3)導(dǎo)通角(4)輸出電壓平均值U2為變壓器二次側(cè)電壓有效值(5)輸出電流

Id=Ud/R2023/5/16目前四十二頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點432)電感性負載(1)特點:電感具有阻礙電流變化

的作用.當(dāng)陽極電壓(電源電壓)過零變負時,一段時間,電感電壓大于電源電壓,加在晶閘管上的電壓仍為正,繼續(xù)維持導(dǎo)通.輸出電壓就是電源電壓的包絡(luò)線.于是有:輸出電壓出現(xiàn)負值,使輸出平均電壓降低;晶閘管由正變負時不能關(guān)斷而失控.(2)解決方法:反向并聯(lián)續(xù)流二極管.2023/5/16目前四十三頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點44而負載電流

Id=Ud/R3)續(xù)流二極管的作用接續(xù)流二極管后,輸出電壓波形和計算式同電阻負載;而輸出電流波形有不同.流過晶閘管的電流平均值流過續(xù)流二極管的電流平均值:2023/5/16目前四十四頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點控制角0306090120150180K1.571.661.882.222.783.99

單相半波、全波、橋式電路純電阻負載在不同控制角時的K值課外知識2023/5/16目前四十五頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點46例:單相半波可控整流電路帶電阻負載,已知:U2=220V,輸出直流電壓50V,輸出直流電流20A.求(1)晶閘管的控制角;(2)電流有效值;(3)選用晶閘管

解;

(1)

得(2)電流有效值K值查表得來(3)晶閘管允許的電流平均值額定電壓選

KP-50/7002023/5/16目前四十六頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點472.單相橋式可控整流電路1)單相半控橋(1)電阻性負載2023/5/16目前四十七頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點48(2)電感性負載帶續(xù)流二極管流過晶閘管的平均電流:流過續(xù)流二極管的平均電流:2023/5/16目前四十八頁\總數(shù)五十五頁\編于十七點49單相半控橋帶電感性負載的另一種接線晶閘