1、第第1111章章 教学基本要求教学基本要求要知道要知道晶闸管导通及关断条件、控制角与导通晶闸管导通及关断条件、控制角与导通角含义及之间关系、可控整流基本原理、角含义及之间关系、可控整流基本原理、单结晶体管构成的触发电路基本原理及单结晶体管构成的触发电路基本原理及同步触发含义。同步触发含义。会计算会计算电阻性负载的单相半控桥式整流电路的电阻性负载的单相半控桥式整流电路的输出直流平均电压及对晶闸管和整流二输出直流平均电压及对晶闸管和整流二极管参数要求、单结晶体管触发电路控极管参数要求、单结晶体管触发电路控制角及移相范围。制角及移相范围。电力电子电路电力电子电路11.2.1 晶闸管的符号和外型晶闸管
2、的符号和外型11.2.2 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理11.1 概概 述述11.2.3 晶闸管的主要参数及型号晶闸管的主要参数及型号11.2 晶闸流管的结构和工作原理晶闸流管的结构和工作原理11.1 概概 述述电力电子电路电力电子电路 用微弱信号对电力电子器件进行通断控用微弱信号对电力电子器件进行通断控制，实现在高电压、大电流或电能间进行各种转换的电路。制，实现在高电压、大电流或电能间进行各种转换的电路。电力电子器件的发展电力电子器件的发展（又称电力或功率半导体器件）（又称电力或功率半导体器件）第一代：第一代：以晶闸管为主的半控型以晶闸管为主的半控型第二代：第二代：半控型（自关断）半控型（
3、自关断）第三代：第三代：功率集成电路（集功率开关器件、驱动、缓冲、功率集成电路（集功率开关器件、驱动、缓冲、保护、检测和传感器于一身）保护、检测和传感器于一身）晶闸管晶闸管(Thyristor)(Thyristor)可控硅，是一中受控硅二极管。可控硅，是一中受控硅二极管。优点：优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。控制灵活、寿命长、使用维护方便。缺点：缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。谐波干扰电网
4、；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。（由于技术进步，近年有改善）（由于技术进步，近年有改善）11.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理11.2.1 晶闸管的符号和外型晶闸管的符号和外型符号符号阳极阳极 a k阴极阴极 g控制极控制极螺栓式螺栓式平板式平板式塑封式塑封式11.2.2 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理等效等效结构结构等效工作电路等效工作电路符号电路符号电路1.触发导通：触发导通：S闭合，触发信号闭合，触发信号UGK IB2(IG)IC2(2IB2)IC1(1 2IB2)形成形成正反馈，正反馈，晶闸管晶闸管触发导通触发导通UGK=0.6 1.2V2.关断方法：关断方法
5、：(1)降低正向电压，使阳极电流小于维持电流降低正向电压，使阳极电流小于维持电流IH则截止。则截止。(2)使使UGK 0则截止则截止。11.2.3 晶闸管的主要参数及型号晶闸管的主要参数及型号一、电压额定值一、电压额定值1.额定电压额定电压(耐压耐压)UD：指加在管子上的最大允许电压。：指加在管子上的最大允许电压。为保证安全，选型要求为保证安全，选型要求UD大于实际工作峰值电压大于实际工作峰值电压23倍。倍。2.通态平均电压通态平均电压UF：指通过正向正弦半波额定电流时，：指通过正向正弦半波额定电流时，在导通一个周期内管子两端的平均电压。在导通一个周期内管子两端的平均电压。为为0.6 1.2V
6、。3.反向击穿电压反向击穿电压UBR：指达到反向击穿时所加反向电压。：指达到反向击穿时所加反向电压。4.反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM：当控制极开路，允许重复：当控制极开路，允许重复加在管子上的反向峰值电压。加在管子上的反向峰值电压。URRM=UBR 100 V。二、电流额定值二、电流额定值1.额定正向平均电流额定正向平均电流IF：指允许通过工频正弦半波电流：指允许通过工频正弦半波电流平均值。平均值。一般取一般取IF为正常平均电流的为正常平均电流的1.5 2倍。倍。2.维持电流维持电流 IH：指由通态到断态的最小阳极电流。：指由通态到断态的最小阳极电流。3.浪涌电流浪涌电流IFSM：
7、指晶闸管能承受的最大过载电流的峰值。：指晶闸管能承受的最大过载电流的峰值。三、控制极额定参数三、控制极额定参数1.控制极触发电压控制极触发电压UG、触发电流、触发电流 IG：指管子触发导通：指管子触发导通所需的最小控制极直流电压、电流。所需的最小控制极直流电压、电流。通常通常UG为为1 5V，IG为几十至几百毫安。为几十至几百毫安。2.控制极正向、反向最大电压控制极正向、反向最大电压、最大电流和平均功率最大电流和平均功率及瞬时最大功率。及瞬时最大功率。四、其它定额四、其它定额通态电流上升率通态电流上升率dia/dt、断态电压临界上升率、断态电压临界上升率duak/dt、开通时间开通时间 ton
8、、关断时间、关断时间toff。五、晶闸管型号五、晶闸管型号据据JB1144 75 规定，规定，KP型普通晶闸管的型号和含义为：型普通晶闸管的型号和含义为：K P -晶闸管晶闸管普通型晶闸管普通型晶闸管（另有（另有K-快速型，快速型，S双向型）双向型）额定通态平均电流额定通态平均电流 IF系列系列从从1 1 000 A内分内分14个规格。个规格。额定电压额定电压 UD 等级等级，1000 V级差为级差为100 V；1000 3000 V级差为级差为200 V，单位为，单位为100V。通态平均电压通态平均电压 UF 组别组别（小于（小于100A不标）不标）分分9级，用级，用A I 表示表示0.4
9、1.2V，级差，级差0.1V例如例如 KP10012G表示表示IF=100 A，UD=1200 V，UF=1 V的普通型晶闸管。的普通型晶闸管。11.3.1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路电阻性负载的单相半控桥式整流电路11.3.2 触发电路触发电路11.3.3 晶闸管、单结晶体管电路应用举例晶闸管、单结晶体管电路应用举例11.3 单相可控整流电路及触发电路单相可控整流电路及触发电路11.3.1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路电阻性负载的单相半控桥式整流电路一、工作原理一、工作原理两只晶闸管和两只两只晶闸管和两只二极管构成二极管构成半控整流半控整流u2、ak和和RL组成主回路组成主回路gk
10、及其控制及其控制电路组成触发电路组成触发回路回路u2正半周正半周，当，当 t=，T1触发导通、触发导通、D2导通，导通，T2、D1截止截止当当 t=，u2=0，T1阻断、阻断、D2截止，截止，T2、D1截止截止u2负半周负半周,当当 t=+，T2触发导通、触发导通、D1导通，导通，T1、D2截止截止当当 t=2，u2=0 T2阻断、阻断、D1截止，截止，T1、D2截止截止二、参数计算二、参数计算1.输出电压和电流输出电压和电流ttdUU sin 2 12OAV 2cos19.02 U2cos19.02L2LOAVOAV URURUI2.晶闸管和二极管工作参数晶闸管和二极管工作参数OAVDAVT
11、AV21III 例例 11.3.1 要求要求UO=1120V可调，可调，直流平均电流为直流平均电流为10A，220V交流供电，单相桥式半控，试选择交流供电，单相桥式半控，试选择U2、晶闸管和二极管。、晶闸管和二极管。解解 当当 =0，变压器副边电压有效值变压器副边电压有效值U2最大为：最大为：cos12.90 O2 UU.3V3310cos129.01120 考虑电网波动及变压器效率，取考虑电网波动及变压器效率，取U2为为150 V。晶闸管和晶闸管和二极管的平均电流为：二极管的平均电流为：OAVTAVDAV21III A5 A1021 额定电流为额定电流为 IF=2ITA V=10 A 晶闸管
12、和晶闸管和二极管承受的最大反向电压为：二极管承受的最大反向电压为：V122150222DRMTRM UUU选择选择晶闸管和晶闸管和二极管的要求二极管的要求URM 2 212 VIFM 10 A11.3.2 触发电路触发电路触发电路触发电路 向晶闸管控制极提供触发信号的电路。向晶闸管控制极提供触发信号的电路。对触发脉冲的基本要求：对触发脉冲的基本要求：(1)与主回路电源电压的相位具有一定控制角对应关系。与主回路电源电压的相位具有一定控制角对应关系。(2)触发电压为触发电压为4 10 V。(3)触发脉冲宽度不低于触发脉冲宽度不低于 6 s，最好为最好为20 50 s。(感性负载应更宽感性负载应更宽
13、)(4)在发送触发脉冲之前，触发输出电压应在发送触发脉冲之前，触发输出电压应 0.15 0.2V，或为或为 2 1V，以免误触发。，以免误触发。一、单结晶体管的符号和外形一、单结晶体管的符号和外形等效电路等效电路DAb2b1eRb2Rb1符号符号b2b1b1 第一基极第一基极b2 第二基极第二基极Rb1、Rb1 基极与基体间体电阻基极与基体间体电阻Rbb=Rb1+Rb1 2 15 k A 内部分压点内部分压点BBbbb1BBA URRUU 分压比分压比 一般在一般在 0.3 0.9 之间之间外外 形形e b1 b2e b1 b2二、单结晶体管的伏安特性二、单结晶体管的伏安特性当当UE UA+U
14、D,PN结结导通导通，呈现，呈现负阻特性负阻特性，IE UE PV段；段；（因内部多子流量增大，（因内部多子流量增大，Rb1减少，减少，UA UE ）在在V点后，点后，IE UE ，多子流量饱和，多子流量饱和，Rb1不再减小。不再减小。峰点峰点4 A谷点谷点三、单结晶体管的振荡电路三、单结晶体管的振荡电路初始，初始，uE=0，T截止，截止，C 充电，充电，uE 按指数曲线按指数曲线 ；当当UE UP，T 突然导通，突然导通，C 放电并输出上跳沿，放电并输出上跳沿，uE 按指数曲线迅速按指数曲线迅速 ；当当UE UV，T又截止，又截止，C 开始充电开始充电三、单结晶体管的振荡电路三、单结晶体管的
15、振荡电路充电时间充电时间T1，放电时间，放电时间T2,因（因（Rb1+RB1）C RE C，T T2PBBVBBE2lnUVUVCRT BBBBBBE0lnVVVCR 11lnECR 11ln1ECRf四、单结晶体管的触发电路四、单结晶体管的触发电路主回路主回路产生梯形波产生梯形波 uB，作触发电路电源作触发电路电源触发电路触发电路调节调节RB1即调节第一个触发脉冲的即调节第一个触发脉冲的 角。角。Tr为同步变压器，给一次侧主回路和二次侧提供相同频率，为同步变压器，给一次侧主回路和二次侧提供相同频率，在在u1、u2、uB过零过零同时，单结管内部同时，单结管内部uA=0，使使C电荷泄放电荷泄放完
16、，实现下一周期完，实现下一周期同步触发同步触发。11.3.3 晶闸管、单结晶体管电路应用举例晶闸管、单结晶体管电路应用举例一、单相交流调压电路的应用一、单相交流调压电路的应用主回路主回路*通过调节通过调节RP调节触发脉冲的控制调节触发脉冲的控制 角，使负载的导通角角，使负载的导通角改变，从而调节输出电压。改变，从而调节输出电压。*每当每当T1导通，触发电路停止振荡，当导通，触发电路停止振荡，当220V交流过零时，交流过零时，T1截止，触发电路重新工作，提供下一次触发脉冲。截止，触发电路重新工作，提供下一次触发脉冲。保护保护T T1 1，C C1 1 吸收吸收尖峰过电压，尖峰过电压，R R1 1
17、 起阻尼作用，防起阻尼作用，防止自激振荡产生止自激振荡产生高压高压起隔离作用起隔离作用二、楼梯灯自动关灯电路二、楼梯灯自动关灯电路充电到峰点电压充电到峰点电压UPT1导通，产生正脉冲使导通，产生正脉冲使T2瞬时导通，瞬时导通，T3截止截止KA起隔离作用，以免起隔离作用，以免 C1 储能释储能释放使放使KA持续通电，不能切断持续通电，不能切断电源。电源。泄放泄放KA自感反自感反电势，保护电势，保护T3不被击穿。不被击穿。三、声控灯延时开关电路三、声控灯延时开关电路电容分压电容分压 型滤波型滤波稳压稳压C5充电至峰点电压，使充电至峰点电压，使T4导通，并在导通，并在 R6两端产生脉冲信两端产生脉冲信号，晶闸管因号，晶闸管因UAK 0 而截止，而截止，KA失电，照明灯灭。调节失电，照明灯灭。调节RP3可改变延时长短）可改变延时长短）。
