晶闸管及其工作原理18778ppt课件.ppt

第六章晶闸管及其应用电路 6 1晶闸管 6 2晶闸管整流电路 6 4晶闸管的选择和保护 6 5晶闸管的触发电路 6 3负载对晶闸管整流的影响 2020 3 25 1 6 1晶闸管 一 晶闸管的结构 符号 A阳极 K阴极 G门极 晶闸管的结构 晶闸管的符号 2020 3 25 2 晶闸管的导电特点 1 晶闸管具有单向导电特性 2 晶闸管的导通是通过门极控制的 晶闸管导通的条件 1 阳极与阴极间加正向电压 2 门极与阴极间加正向电压 这个电压称为触发电压 以上两个条件 必须同时满足 晶闸管才能导通 导通后的晶闸管关断的条件 1 降低阳极与阴极间的电压 使通过晶闸管的电流小于维持电流IH 2 阳极与阴极间的电压减小为零 3 将阳极与阴极间加反向电压 只要具备其中一个条件就可使导通的晶闸管关断 二 晶闸管的工作特性 2020 3 25 3 1 晶闸管一旦触发导通 就能维持导通状态 门极失去控制作用 要使导通的晶闸管关断 必须减小阳极电流到维持电流IH以下 小结 2 晶阐管具有 可控 的单向导电特性 所以晶闸管又称单向可控硅 可控 有两层含义 一是晶闸管的导通是受门极控制的 二是导通的晶闸管关断是受阳极与阴极间电压控制的 由于门极所需的电压 电流比较低 电路只有几十至几百毫安 而阳极A与阴极K可承受很大的电压 通过很大的电流 电流可大到几百安培以上 因此 晶阐管可实现弱电对强电的控制 2020 3 25 4 三 晶闸管的主要参数 断态重复峰值电压UDRM 结温为额定值 门极断开 允许重复加在晶闸管A与K间的正向峰值电压 反向重复峰值电压URRM 结温为额定值 门极断开 允许重复加在晶闸管A与K间的反向峰值电压 通态平均电流IT AV 在规定的环境温度和散热条件下 结温为额定值 允许通过的工频正弦半波电流的平均值 通态平均电压UT AV 结温稳定 通过的工频正弦半波额定的平均电流 晶闸管导通时 A与K间的电压平均值 习惯上称为导通时的管压降 维持电流IH 在规定的环境温度下 门极断路时 维持晶闸管导通所必须的最小电流 晶闸管由通到断的临界电流 2020 3 25 5 四 晶闸管的型号 五 晶闸管的简单测试 2020 3 25 6 6 2晶闸管整流电路 一 单相可控整流电路 二 三相可控整流电路 晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变的情况下 方便地改变直流输出电压的大小 即可控整流 2020 3 25 7 一 单相可控整流电路 1 单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路 单相半波整流电路 2 t1 t2 u2 u2 uL iL 1 电路组成及工作原理 t1 t1 t2 t2 u1 u2 2020 3 25 8 2 t1 t2 t1 t1 t2 t2 控制角 从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通所对应的电角度 导通角 晶闸管实际导通的角度 改变 的大小 即可改变输出电压uL的波形 越大 越小 把控制角 的变化范围称为移相范围 单相半波可控整流电路的移相范围为 0 2020 3 25 9 2 主要参数计算 输出电压的平均值 负载电流平均值 通过晶闸管的平均电流 晶闸管承受的最大电压 3 电路特点 优点 电路简单 调整方便 缺点 输出电压脉动大 设备利用率低 2020 3 25 10 例6 1单相半波可控整流电路中 变压器二次侧电压U2 120V 当控制角分别为0o 90o 120o 180o时 负载上的平均电压分别是多少 解 0o时 90o时 120o时 180o时 改变控制角 的大小可改变输出电压的高低 移相范围为 0o 180o 2020 3 25 11 2 单相半控桥式整流电路 1 电路组成及工作原理 正半周 单相整流电路 单相可控整流电路 t 时 V1 V4正向阻断 V2 V3反向阻断 uL 0 t 时 V1 V4导通 V2 V3反向阻断 uL u2 t 时 V1 V4关断 uL 0 uL iL 负半周 t 时 V2 V3反向阻断 V1 V4正向阻断 uL 0 t 时 V2 V3反向阻断 V1 V4导通 uL u2 t 时 V1 V4关断 uL 0 单相桥式可控整流电路的移相范围为 0 2020 3 25 12 2 主要参数计算 输出电压的平均值 负载电流平均值 通过晶闸管的平均电流 晶闸管承受的最大电压 3 电路特点 优点 输出电压脉动小 设备利用率高 缺点 元件多 2020 3 25 13 例6 2一单相桥式可控整流电路 输入电压U2 220V RL 5 要求输出电压的范围为0 150V 试求输出的最大电流ILM和晶闸管的导通角范围 解 输出最大平均电流 当输出电压为150V时 查表得 60o 晶闸管的导通角的范围为 2020 3 25 14 V5 用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路 V5在电路中不承受反向电压 只要给晶闸管加上触发信号 晶闸管即能导通 作用相当于接在负载电路中的一只开关 注意 1 整流电路之后不能接滤波电容 2 晶闸管应选维持电流较大的管子 特点 2020 3 25 15 uL 二 三相可控整流电路 1 三相半波可控整流电路 1 电路组成及工作原理 三相半波整流电路 三相半波可控整流电路 uL iL 各晶闸管控制角的起点均为各自的自然换相点 当控制角为 时 V U W 2020 3 25 16 uL 1200 1200 1200 0 时 工作波形 120 V U W 输出波形连续 2020 3 25 17 uL 600 60 时 工作波形 600 600 90 120 V U W 输出波形不连续 2020 3 25 18 uL 900 90 时 工作波形 900 900 120 60 V U W 2020 3 25 19 小结 1 改变触发脉冲的时间 就能改变整流电路输出电压uL的大小 当 0 时 输出波形同三相半波整流电路 输出电压最大 增大 输出电压减小 150 时 uL 0 2 当 30 时 uL波形连续 3 任一相对应晶闸管导通期间 其他晶闸管承受相应的线电压 晶闸管关断点均在下一个晶闸管被触发导通时 当 30 时 uL波形断续 晶闸管关断点均在各自相电压过 120 零处 120 移相范围是 0 150 2020 3 25 20 2 主要参数计算 输出电压的平均值 负载电流平均值 通过晶闸管的平均电流 晶闸管承受的最大电压 3 电路特点 优点 较单相整流输出电压大小增大 脉动性减小 电源平衡性较好 缺点 如直接接电网 会造成电网损耗 如由变压器供电 铁芯易发生直流磁化 使变压器效率降低 2020 3 25 21 2 三相半控桥式整流电路 三相桥式整流电路 三相半控桥式整流电路 iL 1 电路组成及工作原理 自然换相点为各晶闸管控制角的起点 当控制角为 时 uL 2020 3 25 22 0 时 工作波形 输出波形同三相桥式整流电路 120 2020 3 25 23 600 60 时 工作波形 600 600 120 0 60 输出波形连续 2020 3 25 24 90 时 工作波形 900 900 900 120 90 60 180 输出波形不连续 2020 3 25 25 小结 1 改变触发脉冲的时间 就能改变整流电路输出电压uL的大小 当 0 时 输出波形同三相桥式整流电路 输出电压最大 增大 输出电压减小 180 时 uL 0 60 时 波形断续 3 任一相对应晶闸管和二极管导通期间 其他晶闸管和二极管 2 当 60 时 波形连续 120 120 承受相应的线电压 移相范围为 0 180 2020 3 25 26 思考 如果触发脉冲在自然换相之前加入 输出波形会发生什么现象 2020 3 25 27 2 主要参数计算 输出电压的平均值 负载电流平均值 通过晶闸管的平均电流 晶闸管承受的最大电压 3 电路特点 优点 输出电压较高 脉动性较小 输出电压连续可调范围宽 缺点 需用三只晶闸管 需三套触发电路 2020 3 25 28 6 3负载类型对晶闸管整流的影响 一 电感性负载的影响 电感性负载 电动机的励磁绕组 各种电感线圈 V1V4 V1V3 V2V3 V2V4 当电源过零时 晶闸管不能及时关断 使晶闸管导通时间延长 当控制角突然增大或触发信号突然丢失时 整流 整流 续流 续流 V2V3 整流 正常工作 失控现象 电感性负载单相桥式可控整流电路 1 正常工作 2 失控现象 使电路失控 晶闸管连续导通 而整流二极管交替导通 2020 3 25 29 3 加续流二极管后的工作 加续流二极管后的电路 V1V4 V5 V2V3 V5 整流 整流 续流 续流 在生产实际中 一旦发生失控 导通的晶闸管将因过热而损坏 为了防止失控现象的发生 必须采取预防措施 在负载两端并联一只续流二极管 整流 续流 uL 2020 3 25 30 当整流元件工作时 负载电流经电源构成回路 当整流元件不工作时 负载中电流经续流二极管构成回路 由以上分析可知 晶闸管的导通角为 时 续流二极管的导通角为2 2 流过晶闸管和整流二极管的平均电流为 流过续流二极管的平均电流为 2020 3 25 31 例6 3有一单相半控桥式整流电路 负载为直流电阻为5 的感性负载 输入电压U2 220V 试求控制角 300时的输出电压 晶闸管中的电流平均值 续流二极管中的电流平均值 解 负载的平均电压 负载的平均电流 流过晶闸管的平均电流 流过续流二极管的平均电流 2020 3 25 32 二 反电动势负载的影响 当电源电压u2 E时 加触发信号 晶闸管才能导通 反电动势负载单相半控桥式整流电路 当电源电压等于E时 晶闸管关断 晶闸管导通角 变小了 输出电流幅值增大 反电动势负载的影响 采取的措施 在负载回路上串联平波电感器 然后在其两端再并一个续流二极管 2020 3 25 33 6 4晶闸管的选择和保护 一 晶闸管的选择 二 晶闸管的保护 2020 3 25 34 一 晶闸管的选择 1 电压等级的选择 2 电流等级的选择 2020 3 25 35 例6 4负载为纯电阻性的单相半控桥式整流电路 输出直流电流电压为UL 0 60V 直流电流为0 10A 试计算晶闸管反向峰值电压URM与It AV 并选择合适的晶闸管 解 由 设输出电压最大 60V 时的控制角则 考虑到整流器件上压降等因素 U2取值比计算值高10 故取 晶闸管承受的反向峰值电压 晶闸管应取的反向峰值电压 2020 3 25 36 通过晶闸管的最大平均电流 晶闸管应取的通态平均电流 可选用通态平均电流为10A 额定电压为200V的KP10 2晶闸管 2020 3 25 37 例6 5一只接有续流二极管的单相半控桥式整流电路 RL 5 输入电压U2 220V 晶闸管控制角 60 试计算 1 晶闸管承受的反向峰值电压 2 通过晶闸管的实际工作电流 并选择合适的管型 解 1 晶闸管承受的反向峰值电压 晶闸管应取的反向峰值电压 2020 3 25 38 2 通过晶闸管的实际工作电流 输出的直流电压 通过负载的平均电流 导通角 通过晶闸管的实际平均电流 晶闸管应取的通态平均电流 应选取通态平均电流为20A 额定电压为600V的KP20 6晶闸管两只 2020 3 25 39 二 晶闸管的保护 普通晶闸管承受过压过流的能力很差 在使用中 除了需有充分的的余地外 还要采取一定的保护措施 1 过电压保护 由于晶闸管电路中含有电感元件 如变压器 电抗线圈等 变压器一次侧拉闸 整流装置直流侧切断开关 晶闸管由导通转变为阻断等 电感线圈上都会产生很高的电动势 使晶闸管承受很高的电压 过电压 1 产生过电压的原因及后果 原因 后果 过电压即使作用时间很短 也可使晶闸管误导通 甚至被击穿损坏 2020 3 25 40 2 过压保护的方法 1 阻容吸收电路 交流侧保护 直流侧保护 直接保护 2020 3 25 41 2 压敏电阻保护 单相电路中的接法 三相电路中的Y形接法 三相电路中的 形接法 压敏感电阻是一种非线性电阻 它具有正反向相同的很陡的电压电流特性 正常工作时 压敏电阻没有击穿 通过很小的电流 当有电压超过其额定电压时 可通过高达数千安的放电电流 之后又恢复正常 2020 3 25 42 2 过电流保护 1 过流产生的原因及后果 原因 负载过载 短路 其他晶闸管击穿 触发电路使晶闸管误触发 后果 晶闸管的热容量较小 当发生过电流时 温度升高 若超过允许值 晶闸管会损坏 2 过流保护的作用 一旦有过电流产生威胁晶闸管时 能在允许时间内快速地将过电流切断 以防晶闸管损坏 2020 3 25 43 3 保护方法 交流侧保护 直流侧保护 直接保护 采用快速熔断器进行保护 熔断速度很快 2020 3 25 44 6 5晶闸管的触发电路 触发电路 为晶闸管提供触发信号的电路 对触发电路的要求 与主电路同步 能平稳移相 且有足够的移相范围 脉冲前沿陡 且有足够的幅值与脉宽 稳定性与抗扰性能好 触发电路的分类 单结晶体管触发电路和集成触发电路 2020 3 25 45 一 单结晶体管触发电路 1 单结晶体管 1 单结晶体管的结构 符号 一个PN结 三个电极 单结晶体管 一个发射极 两个基极 双基极二极管 结构 符号 等效电路 2020 3 25 46 2 单结晶体管的伏安特性曲线 V P IV IP UV UP 截止区 负阻区 饱和区 分压比 其值一般为0 3 0 9 当UE UA时 PN结反向截止 单结晶体管截止 当UE UA时 PN结正向导通 IE显著增加 RB1迅速减小 UE下降 负阻特性 管子由截止区进入负阻区的临界点 峰点 用P表示 峰点电压 峰点电流 IP 当UE下降至谷点时 谷点电压为UV 谷点电流为IV 过了V点后 管子又恢复正向特性 随IE增大 UE略有增大 饱和区 UP是管子由截止转导通的临界点 工作区 UV是维持管子导通的临界点最小发射极电压 2020 3 25 47 单结晶体管的工作特点 当发射极电压等于峰点电压UP时 单结晶体管导通 导通后 发射极电压UE减小 当发射极电压减小到谷点电压UV时 管子又由导通转变为截止 单结晶体管的型号 BT31 BT33 BT35等 其中 B 半导体 T 特种管 3 3个电极 第四个数字 耗散功率 分别为100mW 300mW 500mW 3 单