三相全波整流的详细资料.doc

Learning target2013三相可控硅整流第一部分：可控硅初步知识可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构.见图1.它有三个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制极G，所以它是一种四层三端的半导体器件.1. 电压参数：如下图为可控硅在不同电压参数下的伏安特性（AK极之间）（1）URSM（反向不重复峰值电压）URSM是指在门极开路时，当加在可控硅上的反向阳极电压上升到使可控硅的反向伏安特性急剧弯曲时所对应的电压值（图1）。（2）URRM（反向重复峰值电压）:是指当门极开路且结温为额定值时，允许重复加在可控硅上的反向峰值电压。规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压URSM的80。通常，可控硅若受到反向电压作用，则它必定是阻断的，因此参数名称可省去“阻断”二字。（3）UDSM(断态不重复峰值电压)：UDSM是指在门极开路时，当加在可控硅上的正向阳极电压上升到使可控硅的正向伏安特性急剧弯曲时所对应的电压值（见图1）。断态不重复峰值电压UDSM应低于正向转折电压UPBO,所留余量的大小由生产厂规定。（4）UDRM(断态峰值重复电压)：UDRM是指当可控硅的门极开路且结温为额定值时，允许重复加在可控硅上的正向峰值电压，如图1所示。规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压UDSM的80。（5）额定电压UN 将UDRM和URRM中较小的那个数值取整后作为该可控硅型号上的额定电压UN。在选用可控硅时，额定电压UN应是正常工作电压的二到三倍，以此作为允许的操作过电压余量。 （6）通态平均电压VT（管压降） 通态平均电压VT,是指在可控硅中流过正弦半波额定通态平均电流和额定结温时，可控硅的阳极和阴极间电压降的平均值，俗称管压降。通态平均电压VT按规定分为九组，每组差0.1V，最低值为0.4V，最高值为1.2V。2. 电流参数（1）通态平均电流IT(AV) IT(AV)是指在环境温度为+40和规定冷却条件下，在带电阻性负载的单相工频正弦半波电路中，管子全导通（导通角不小于170）而稳定结温不超过额定值时所允许的最大平均电流。按照标准，取其整数作为该可控硅的额定电流。 （2） 维持电流IH（即可控硅维持导通需要最小的电流） IH是指可控硅导通后，由较大的通态电流降至刚能保持元件通态所必须的最小通态电流。当电流小于IH时，可控硅即从通态转化为关断状态。（3）掣住电流IL IL是指可控硅刚从断态转入通态并移去触发信号后，能维持通态所需的最小主电流 。掣住电流IL的数值与工作条件有关，通常IL约为IH的2-4倍。3. 门极参数（1）门极触发电流IGT IGT是指在室温时，主电压（阳极A与阴极K间电压）为直流6V时，使可控硅由断态转入通态所必须的最小门极直流电流。(2) 门极触发电压UGT UGT是指产生门极触发电流所必需的最小门极电压。4. 动态参数(a) 断态电压临界上升率du/dt du/dt是指在额定结温和门极断路时，可控硅保持断态所能承受的最大主电压上升率。使用时实际电压上升率必须小于此值。(b) 通态电流临界上升率di/dt di/dt 是指在规定条件下，可控硅在导通过程中，能承受而不会导致损坏的最大通态电流上升率。(c) 门极控制开通时间tgt tgt是指门极触发脉冲前沿的10到阳极电压下降到10的时间间隔，如图所示。它包括延迟时间td和上升时间tr两部分，td为从门极脉冲前沿的10（0.1UG）到阳极电压从UA降至0.9UA（阳极电流上升到0.1IA）时所对应的时间。tr为阳极电压从0.9UA下降至0.1UA（阳极电流从0.1IA上升到0.9IA）时所对应的时间。因此元件的开通时间就是载流子的积累和电流上升所需要的时间之和。即普通可控硅的开通时间约为几至几十微妙。为了减小开通时间和保证可控硅触发导通时刻的正确，可采用实际触发电流比规定触发电流大3-5倍，且前沿陡峭的强触发方式。(d) 电路换向关断时间tq tq是指可控硅从通态电流降至零起，到该管能再一次承受规定的正向断态电压的时间。实际上它包括反向恢复时间和门极恢复时间两部分，如下图所示。5. 额定结温TjM TjM是可控硅正常工作时所允许的最高结温，在此温度下，一切有关的额定值和特性都能得到保证。6. 关于可控硅发热的分析（1）造成可控硅发热的原因是损耗，它由四部分组成。一是通态时的损耗，这是可控硅发热的最主要原因，为了减小不必要的发热，总是希望可控硅在导通时的通态电压越小越好；二是断态和反向时损耗，一般希望断态重复平均电流IDR(AV)和反向重复平均电流IRR(AV)尽可能小些；三是开关时的损耗，当频率增高时开关损耗增大；最后是门极的损耗，通常该项损耗较小。（2）决定发热的因素是电流的有效值，但可控硅整流电路输出端负载常用所需的平均电流来衡量整流电路的容量，可控硅的额定电流也是按电阻性负载单相工频正弦半波电路中，管子全导通，而稳定结温不超过额定值时所允许的最大平均电流来定义的。因此，不同的整流方式的整流桥，带不同类型的负载，具有不同的导通角时，流过可控硅的电流波形也不一样，造成电流平均值和有效值的关系也各不相同，从而使实际允许的平均电流与额定电流是有差别的。为了求出发热的结果，应将实际电流波形的有效值等于可控硅额定电流IT(AV)所对应有效值，这样管芯的发热才是等效的和允许的。第二部分：三相全波整流1.带负载电阻的工作情况当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形与ud波形形状一样，也连续 波形图： a =0 （图218 ） a =30 （图219） a =60 （图220）当a60时，ud波形每60中有一段为零，ud波形不能出现负值 波形图： a =90 （ 图221）带电阻负载时三相桥式全控整流电路a角的移相范围是120晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示2.三相全控整流电路的特点（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。（3）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双脉冲触发（常用） (5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。3.阻感负载时的工作情况a60时（a =0 图222；a =30 图223）ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。 各晶闸管的通断情况 输出整流电压ud波形 晶闸管承受的电压波形a 60时（ a =90图224）阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。阻感负载时，ud波形会出现负的部分。带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为904.定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a60时）的平均值为：带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为输出电流平均值为 ：Id=Ud /R图2-13 三相半波可控整流电路，电阻负载， a=30时的波形图2-14 三相半波可控整流电路，电阻负载， a=60时的波