大二上答案電工學(xué)

(8-1)別名：可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）是一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。

特點(diǎn)：體積小、重量輕、無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)、容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）。應(yīng)用領(lǐng)域：

整流（交流直流）

逆變（直流交流）

變頻（交流交流）

斬波（直流直流）此外還可作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。一、晶閘管（Thyristor）(8-2)1結(jié)構(gòu)A（陽(yáng)極）P1P2N1三個(gè)

PN結(jié)N2四層半導(dǎo)體K（陰極）G（控制極）(8-3)符號(hào)AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK2工作原理示意圖(8-4)APPNNNPGKig?ig??igKAGT1T2(8-5)1.UAK

>0

、UGK>0時(shí)T1導(dǎo)通ib1=igic1=ig=ib2ic2=?ib2=ig=ib1T2導(dǎo)通形成正反饋晶閘管迅速導(dǎo)通T1進(jìn)一步導(dǎo)通ig?ig??igKAGT1T2(8-6)(1)晶閘管開(kāi)始工作時(shí)，UAK加反向電壓，或不加觸發(fā)信號(hào)（即UGK=0）。2.晶閘管導(dǎo)通后，去掉UGK依靠正反饋，晶閘管仍維持導(dǎo)通狀態(tài)。3.晶閘管截止的條件：(2)晶閘管正向?qū)ê?，令其截止，必須減小UAK，或加大回路電阻，使晶閘管中電流的正反饋效應(yīng)不能維持。ig?ig??igKAGT1T2(8-7)（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦?。若使其關(guān)斷，必須降低UAK或加大回路電阻，把陽(yáng)極電流減小到維持電流以下。正向?qū)l件：A、K間加正向電壓，G、K間加觸發(fā)信號(hào)。晶閘管的工作原理小結(jié)（2）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用。(8-8)3伏安特性UIURSMUDSMURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1>>正向反向U--陽(yáng)極、陰極間的電壓

I--陽(yáng)極電流(8-9)正向特性：控制極開(kāi)路時(shí)，隨UAK的加大，陽(yáng)極電流逐漸增加。當(dāng)U=UDSM時(shí)，晶閘管自動(dòng)導(dǎo)通。正常工作時(shí)，

UAK應(yīng)小于UDSM

。UDSM：斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓，又稱(chēng)正向轉(zhuǎn)折電壓。反向特性：隨反向電壓的增加，反向漏電流稍有增加，當(dāng)U=URSM

時(shí)，反向極擊穿。正常工作時(shí)，反向電壓必須小于URSM。URSM

：反向不重復(fù)峰值電壓。(8-10)1.UFRM：正向重復(fù)峰值電壓晶閘管耐壓值。一般取UFRM

=80%UFSM

。普通晶閘管UFRM

為100V---3000V控制極斷路時(shí)，可以重復(fù)作用在晶閘管上的反向重復(fù)電壓。一般取URRM=80%URSM。普通晶閘管URRM為100V--3000V）4主要參數(shù)2.URRM：反向重復(fù)峰值電壓(8-11)ITAV含義it2IF3.IF：通態(tài)（正向）平均電流：環(huán)境溫度為40。C時(shí),在電阻性負(fù)載、單相工頻正弦半波、導(dǎo)電角不小于170o的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管IF

為1A---1000A。）(8-12)4.UTAV

：通態(tài)平均電壓6.UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流管壓降。在規(guī)定的條件下，通過(guò)正弦半波平均電流時(shí)，晶閘管陽(yáng)、陰兩極間的電壓平均值。一般為1V左右。5.IH：維持電流在室溫下，控制極開(kāi)路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。在室溫下，陽(yáng)極電壓為直流6V時(shí)，使晶閘管完全導(dǎo)通所必須的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1~5V，IG為幾十到幾百毫安。(8-13)晶閘管型號(hào)通態(tài)平均電壓（UF）額定電壓級(jí)別（UDRM）額定通態(tài)平均電流（IF）晶閘管類(lèi)型P---普通晶閘管K---快速晶閘管S---雙向晶閘管晶閘管K(8-14)晶閘管電壓、電流級(jí)別：額定通態(tài)電流（IF）通用系列為1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400500、600、800、1000A等14種規(guī)格。額定電壓（UFRM）通用系列為：1000V以下的每100V為一級(jí)，1000V到3000V的每200V為一級(jí)。通態(tài)平均電壓（UF）等級(jí)一般用A~I字母表示：由0.4~1.2V每0.1V為一級(jí)。(8-15)二、單相半波可控整流電路一、電阻性負(fù)載1.電路及工作原理u1u2uTuLAGKRL(8-16)2.工作波形(設(shè)u1為正弦波)tu2tuGtuLtuT：控制角：導(dǎo)通角u1u2uTuLAGKRLu2>0時(shí)，加上觸發(fā)電壓uG

，晶閘管導(dǎo)通。且uL

的大小隨uG

加入的早晚而變化；

u2<0時(shí)，晶閘管不通，uL=0。故稱(chēng)可控整流。(8-17)3.輸出電壓及電流的平均值(8-18)4.晶閘管的選擇器件的損壞，取決于電流的熱效應(yīng)，而熱效應(yīng)與電流的有效值相關(guān)。因此電路設(shè)計(jì)中，晶閘管電流的選擇，必須依據(jù)電流的有效值，而不能依據(jù)平均值（IF）。電流波形為正弦半波的情況下，有效值與平均值的區(qū)別計(jì)算如下：(1)電流的選擇(8-19)平均值：有效值：平均值=1.57有效值0°1.5730°1.6660°1.8890°2.22120°2.78150°3.99180°0不同下有效值和平均值之比：(8-20)晶閘管電流選擇步驟：1.計(jì)算給定下的通態(tài)電流平均值IF2.查表（或計(jì)算）相應(yīng)的電流有效值IT3.計(jì)算IT對(duì)應(yīng)的正弦半波電流平均值I’F5.選晶閘管的額定值(8-21)(2)晶閘管電壓選擇步驟根據(jù)電源電壓的峰值（U2M）,計(jì)算正、反向重復(fù)峰值電壓。一般取：UFRM

=URRM

=（1.5~2）U2M其中1.5~2為安全系數(shù)

根據(jù)UFRM

、URRM

選取晶閘管電壓的額定值。(8-22)5.晶閘管的功率因數(shù)在半波可控整流電路中，由于輸出信號(hào)為非正弦，即使是電阻性負(fù)載，功率因數(shù)也不等于1。其值為：式中：IL=IT設(shè)=60°，則：代入上式得：(8-23)計(jì)算舉例則設(shè)=37.2V(8-24)選晶閘管22.3×1.5=33.5(A)=233(V)可選用額定值為：300V、50A的晶閘管(8-25)二、電感性負(fù)載1.電路及工作原理設(shè)u1為正弦波Du2正半周時(shí)晶閘管導(dǎo)通，u2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?。D稱(chēng)為續(xù)流二極管,加入D的目的就是消除反電動(dòng)勢(shì)的影響。GAuLu1u2uTRKL(8-26)2.工作波形tu2tuGtuLtuTGAuLu1u2uTRKL(1)不加續(xù)流二極管(8-27)(2)加續(xù)流二極管tu2tuGtuTuLtiLAVDGAuLu1u2uTRKL(8-28)3.電壓與電流的計(jì)算（加入續(xù)流二極管后的情況）(1)負(fù)載中的電壓及電流當(dāng)L>>R時(shí)，ILAV在整個(gè)周期中可近似看做直流。(2)晶閘管的中電流平均值:有效值:(8-29)4.晶閘管的選擇晶閘管電壓>（1.5~2）U2M晶閘管電流>（1.5）×(8-30)三、單相半控橋式整流電路1.電路及工作原理

u2>0的導(dǎo)通路徑：u2

(A)T1RLD2u2

(B)T1、T2--晶閘管D1、D2--晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-(8-31)T2RLD1u2(A)u2(B)u2<0的導(dǎo)通路徑：T1、T2--晶閘管D1、D2--晶體管T1T2D1D2RLuLu2AB+-(8-32)2.工作波形tu2tuGtuLtuT1T1T2D1D2RLuLu2AB+-(8-33)3.輸出電壓及電流的平均值(8-34)晶閘管承受過(guò)電壓的能力極差，電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。正向電壓超過(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。晶閘管的主要缺點(diǎn)：過(guò)流、過(guò)壓能力很差。晶閘管的熱容量很小，一旦過(guò)流，溫度急劇上升，器件被燒壞。例如：一只100A的晶閘管過(guò)電流為400A時(shí)，僅允許持續(xù)0.02秒，否則將被燒壞；晶閘管的保護(hù)(8-35)1過(guò)流保護(hù)措施快速熔斷器：電路中加快速熔斷器。過(guò)流繼電器：在輸出端裝直流過(guò)電流繼電器。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。

接在輸出端

接在輸入端和晶閘管串聯(lián)~(8-36)阻容吸收硒整流堆2過(guò)壓保護(hù)：利用電容吸收過(guò)壓。即將過(guò)電壓的能量變成電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存到電容中，然后由電阻消耗掉。：硒堆為非線性元件，過(guò)壓后迅速擊穿，其電阻減小，抑制過(guò)壓沖擊。硒堆~RCRRCC(8-37)1單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)等效電路E（發(fā)射極）B2（第二基極）B1（第一基極）NPEB2B1RB2RB1管內(nèi)基極體電阻PN結(jié)四單結(jié)晶體管觸發(fā)電路(8-38)工作原理：當(dāng)uE<UA+UF=UP

時(shí)PN結(jié)反偏，iE很??；當(dāng)uE

UP時(shí)PN結(jié)正向?qū)?iE迅速增加。B2ERB1RB2B1AUBBiE--分壓比

(0.35~0.75)UP--峰點(diǎn)電壓UF--PN結(jié)正向?qū)▔航?8-39)單結(jié)晶體管的特性和參數(shù)IEuEUVUPIVUV、IV--谷點(diǎn)電壓、電流（維持單結(jié)管導(dǎo)通的最小電壓、電流。）負(fù)阻區(qū)：UE>UP后，大量空穴注入基區(qū)，致使IE增加、UE反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。UP--

峰點(diǎn)電壓（單結(jié)管由截止變導(dǎo)通所需發(fā)射極電壓。）(8-40)單結(jié)管符號(hào)EB2B1單結(jié)管重要特點(diǎn)1.UE<UV時(shí)單結(jié)管截止；2.UE>UP時(shí)單結(jié)管導(dǎo)通。(8-41)2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路uCttuouvuP振蕩波形RR2R1CUuCuOEB1B2(8-42)1.uE=uC<UP

時(shí)，單結(jié)管不導(dǎo)通，uo

0。振蕩過(guò)程分析IR1R1、R2是外加的，不同于內(nèi)部的RB1、RB2。前者一般取幾十歐~幾百歐；RB1+RB2一般為2~15千歐。此時(shí)R1上的電流很小，其值為：RR2R1CUuCuOEB1B2(8-43)2.隨電容的充電，uC逐漸升高。當(dāng)

uC

UP

時(shí)，單結(jié)管導(dǎo)通。然后電容放電，R1上便得到一個(gè)脈沖電壓。R2起溫度補(bǔ)償作用UPUVUP-UDUP、UV--

峰點(diǎn)、谷點(diǎn)電壓UD--PN結(jié)正向?qū)▔航礒R2R1RCUuCuOuCtuot3.電容放電至uc

uv時(shí)，單結(jié)管重新關(guān)斷，使

uo0。(8-44)注意：R值不能選的太小，否則單結(jié)管不能關(guān)斷，電路亦不能振蕩。脈沖寬度的計(jì)算：TuoucUPUVtw振蕩周期的計(jì)算：(8-45)單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路主電路觸發(fā)電路一、電路u1R2R1aRPCucu2RbcdeDZT1T2D1D2uLRLu3(8-46)二、波形關(guān)系u2uabU2MU2Mubc削波整流UZau2RbcDZUZ(8-47)UZ削波ucbudbUPUVueb電容充、放電UP-UD觸發(fā)脈沖UZR1R2RPCuccdeDZb(8-48)uLu3ueb觸發(fā)脈沖輸出電壓u3T1T2D1D2uLRLbe(8-49)1.單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路中，主電路和觸發(fā)電路為什么接在同一個(gè)變壓器上？3.一系列觸發(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？4.輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計(jì)算？2.觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？問(wèn)題討論(8-50)1.單結(jié)管觸發(fā)的可控整流電路中，主電路和觸發(fā)電路為什么接在同一個(gè)變壓器上？目的是：保證主電路和觸發(fā)電路的電源電壓同時(shí)過(guò)零（即兩者同步），使電容在每半個(gè)周期均從零開(kāi)始充電，從而保證每半個(gè)周期的第一個(gè)觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻相同（即角一樣），以使輸出平均電壓不變。(8-51)2.觸發(fā)電路中，整流后為什么加穩(wěn)壓管？穩(wěn)壓管的作用是：將整流后的電壓變成梯形（即削波），使單結(jié)管兩端電壓穩(wěn)定在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值上，從而保證單結(jié)管產(chǎn)生的脈沖幅度和每半個(gè)周期產(chǎn)生第一脈沖的時(shí)間，不受交流電源電壓變化的影響。(8-52)3.一系列觸發(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？根據(jù)單結(jié)管的特性，它一旦觸發(fā)導(dǎo)通，在陽(yáng)極電壓足夠大的條件下，即使去掉觸發(fā)信號(hào)，仍能維持導(dǎo)通狀態(tài)。因此，每半個(gè)周期中只有一個(gè)觸發(fā)脈沖起作用。(8-53)觸發(fā)脈沖移相范圍的計(jì)算f—電源電壓的頻率R2R1aRPCucu2RbcdeDZudet(8-54)4.輸出電壓如何調(diào)節(jié)，其大小如何計(jì)算？RP

電容充電速度變慢uL電壓的調(diào)節(jié)電壓的計(jì)算(8-55)三、具有放大環(huán)節(jié)的可控整流電路放大環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)過(guò)程：US（給定電壓）T1管的uc1T2管的ic2電容充電速度加快觸發(fā)脈沖前移uL脈沖變壓器Ru2RE2R1RST1T2RE1RC1US(8-56)單結(jié)管的其它應(yīng)用1交流調(diào)壓主電路觸發(fā)電路u1~uG1G2RLuLu2RRE2R1RST1T2RE1RC1USuG1uG2(8-57)電路特點(diǎn)：主電路的兩只晶閘管不共陰極，兩者的控制極必須由兩個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)脈沖觸發(fā)，才能正常工作。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發(fā)信號(hào)。主電路的兩只晶閘管，分別在交流電源的正負(fù)半周內(nèi)觸發(fā)導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的目的。波形關(guān)系uuG1uG2uL輸出電壓的調(diào)節(jié)uSuL(8-58)2單相無(wú)源逆變器變壓器直流電源具有中心抽頭的電感濾波電容+-EL1L2T1T2C1C2RLG1G2T(8-59)工作原理：工作時(shí)，兩晶閘管由頻率一定、相位差為180°的兩個(gè)脈沖信號(hào)交替作用在它們的控制極上。從而由直流電源提供能量，在負(fù)載上得到交流電壓。當(dāng)觸發(fā)脈沖作用于T1的控制極上時(shí)：T1導(dǎo)通，直流電源給電容C1充電，其方向如圖中虛線所示。充電電流通過(guò)變壓器T給負(fù)載提供一定的電壓；ULT1T2+-EL1L2C1C2RLG1G2T+-(8-60)當(dāng)觸發(fā)脈沖作用于T2的控制極時(shí)：T2導(dǎo)通，電容C1通過(guò)T2放電，其方向如圖中虛線所示。放電電流通過(guò)變壓器T給負(fù)載提供與上方向相反的電壓。UL電容放電時(shí)，放電電流在電感L2上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，方向如圖所示。此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)互感，在L1上產(chǎn)生的電壓將晶閘管T1關(guān)斷；同理，電容充電時(shí)L2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將T2關(guān)斷。+--+T1T2+-EL1L2C1C2RLG2T+-(8-61)3晶閘管用做控制器件撥盤(pán)式密碼鎖控制電路123456789101112撥盤(pán)開(kāi)鎖繼電器按鈕UCCJT3T2T1SD1D2R(8-62)工作原理根據(jù)晶閘管的特性分析可知，開(kāi)鎖時(shí)三個(gè)晶閘管的工作順序應(yīng)該是：T1–T2–T3。否則T3或T2將因陽(yáng)極和陰極間加不上電壓而不導(dǎo)通，繼電器線圈不通電，鎖打不