晶闸管及其工作原理ppt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 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 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 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 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 四 晶闸管的型号 五 晶闸管的简单测试 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 uL 1200 1200 1200 0 时 工作波形 120 V U W 输出波形连续 uL 600 60 时 工作波形 600 600 90 120 V U W 输出波形不连续 uL 900 90 时 工作波形 900 900 120 60 V U W 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 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 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 0 时 工作波形 输出波形同三相桥式整流电路 120 600 60 时 工作波形 600 600 120 0 60 输出波形连续 90 时 工作波形 900 900 900 120 90 60 180 输出波形不连续 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 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 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 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 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 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 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 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 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 一 晶闸管的选择 1 电压等级的选择 2 电流等级的选择 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 单结晶体管管脚的辨别 2 单结晶体管振荡电路 单结晶体管振荡电路 充电 充电 充电 放电 放电 放电 UP UV 接通电源后 UBB经RP RE给电容C充电 uC按指数规律增大 当uC UP时 单结晶体管导通 RB1迅速减小 电容通过RB1 R1迅速放电 在R1上形成脉冲波形 当uC UV时 单结晶体管截止 放电结束 输出电压降为0值 完成一次振荡 电源再次对电容充电 并重复上述过程 充电 放电 uR1 改变RP的阻值 或电容C的大小 可改变电容充电的快慢 使输出脉冲提前或移后 从而控制晶闸管触发导通的时刻 越大 触发脉冲后移 控制角增大 反之控制角减小 利用单结晶体管的负阻特性和RC的充放电特性 组成频率可调的振荡电路 3 单结晶体管触