单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,10/7/2023,1,目录,电工电子技术,电工基础教学部,第,8,章,电力电子器件及其应用,太原理工大学电工基础教学部,第 8 章 太原理工大学电工基础教学部,1,第8章 电力电子器件及其应用,8.1 晶闸管,8.2 可控硅整流电路,8.3 单结晶闸管触发电路,8.4 晶闸管的保护,第8章 电力电子器件及其应用8.1 晶闸管8.2 可控硅,2,本章要求:,1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特,性和主要参数。,2.理解可控整流电路的工作原理、掌握电,压平均值与控制角的关系。,3.了解单结晶体管及其触发电路的工作原,理。,第8章 电力电子器件及其应用,本章要求:1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特第8章 电力,3,晶闸管,（Thyristor）,可控硅,（SCR),（,S,ilicon,C,ontrolled,R,ectifier）,晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功,率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域,扩展到强电领域。,晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、,调压及开关等方面。,体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。,优点,：,晶闸管（Thyristor）体积小、重量轻、效,4,G,控制极,8.1 晶闸管,8.1.1 基本结构及工作原理,K,阴极,G,阳极,A,四 层 半 导 体,1.基本结构和符号,K,G,A,符号,外形,结构,三,个,PN,结,P1,P2,N1,N2,G控制极8.1 晶闸管8.1.1 基本结构及工作原理K,5,常用,晶闸管的图片,螺栓型晶闸管,晶闸管模块,平板型晶闸管外形及结构,常用晶闸管的图片螺栓型晶闸管晶闸管模块平板型晶闸管外形及结构,6,2.晶闸管导通实验,G,K,A,T,S,HL,(a),HL,G,K,A,T,S,(b),G,K,A,T,S,HL,(c),G,K,A,T,S,HL,(d),(c)去掉控制极正向电压，灯泡亮。,(d)阳极加反向电压，灯泡熄灭。,(a)控制极不加电压，灯泡不亮。,(b)控制极加正向电压，灯泡亮。,2.晶闸管导通实验GKATSHL(a)HLGKATS(b)G,7,晶闸管导通的条件：,晶闸管阳极与阴极之间加正向电压（,U,AK,0）。,同时 晶闸管控制极与阴极之间加正向触发电压或正向触发脉冲。,晶闸管导通后，控制极便失去作用。,依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。,晶闸管关断的条件：,晶闸管,阳极电流小于维持电流,（,I,A,I,H,）,，或将阳极电源断开或者在晶闸管的,阳极和阴极间加反相电压（,U,AK,0、,E,G,0,E,G,E,A,+,_,R,T1T2工作原理A 在极短时间内使两个三极管均饱和,10,晶闸管导通后，去掉E,G,，依靠正反馈，仍可维持导通状态。,工作原理,G,E,A,0、,E,G,0,K,E,A,+,_,R,T,1,T,2,E,G,A,形成正反馈过程,晶闸管导通后，去掉EG，依靠正反馈，仍可维持,11,正向特性,反向特性,U,RRM,U,FRM,I,G2,I,G1,I,G0,U,BR,I,F,U,BO,正向转折电压,I,H,o,U,I,I,G0,I,G1,I,G2,+,_,+,_,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,U,8.1.2 伏安特性及,主要参数,1.伏安特性,正向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG,12,2.主要参数,(1)正向平均电流,I,F,：,环境温度为40,C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。,I,F,t,2,如果正弦半波电流的最大值为,I,m,则,普通晶闸管,I,F,为1A 1000A。,2.主要参数(1)正向平均电流 IF：IFt2如果,13,(3)通态平均电压（管压降）,U,F,:,在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，,晶闸管阳、阴极间的电压平均值。,一般为1V左右。,(2)维持电流,I,H,:,在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导,通状态所必须的最小电流。,一般,I,H,为几十 一百多毫安。,(4)正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）,U,FRM,:,控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取,U,FRM,=80%,U,B0,。,普通晶闸管,U,FRM,为100V 3000V,(3)通态平均电压（管压降）UF:(2)维持电流 I,14,(5)反向重复峰值电压,U,RRM,：,控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。一般取,U,RRM,=80%,U,BR,普通晶闸管,U,RRM,为100V3000V,(6)控制极触发电压和电流,U,G,、,I,G,：,室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流。,一般,U,G,为1到5V，,I,G,为几十到几百毫安。,(7)浪涌电流,I,FSM,：,在规定时间内，晶闸管中允许通过的最大过载电流。,(5)反向重复峰值电压URRM：(6)控制极触发电压和电流U,15,晶闸管型号及其含义,导通时平均电压组别,共九级,用字母AI表示0.41.2V,额定电压,用百位或千位数表示取,U,FRM,或,U,RRM,较小者,额定正向平均电流,(,I,F,),（晶闸管类型）,P-普通晶闸管,K-快速晶闸管,S-双向晶闸管,晶闸管,K,P,普通型,如,KP200-18F,表示额定正向平均电流为200A，额定电压为1800V，管压降为0.9V的普通,晶闸管,。,晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别额定电压,用百位或千位,16,8.2 可控整流电路,8.2.1 单相半波可控整流,1.电阻性负载,(1)电路分析,u,0 时,：,若,u,g,=0，,晶闸管,不导通,，,u,0,时:,晶闸管承受反向电压不导通,u,o,=0,u,T,=,u,，,故称可控整流,。,控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通,，,u,u,o,R,L,+,+,u,T,+,T,i,o,8.2 可控整流电路8.2.1 单相半波可控整流(1),17,(2)工作原理,t,1,2,u,0,时,:,t,O,(2)工作原理t12u,0,时：,D反向截止，不影响整流电路工作。,u,0时：u,23,工作波形(,加续流二极管,),i,L,t,t,O,t,O,2,t,O,工作波形(加续流二极管)iL t tOtO2,24,8.2.2 单相半控桥式整流电路,1.电路,2.工作原理,T,1,和D,2,承受正向,电压。T,1,控制极加触发电压,则T,1,和D,2,导,通，电流的通路为,T,1,、T,2,晶闸管,D,1,、D,2,二极管,a,R,L,D,2,T,1,b,(1)电压,u,为正半周时,i,o,+,+,T,1,T,2,R,L,u,o,D,1,D,2,a,u,+,b,此时，T,2,和D,1,均承受反向电压而截止。,8.2.2 单相半控桥式整流电路1.电路2.工作原理,25,i,o,+,+,T,1,T,2,R,L,u,o,D,1,D,2,a,u,+,b,T,2,和D,1,承受正向,电压。T,2,控制极加触发电压,则T,2,和D,1,导,通，电流的通路为,(2)电压,u,为负半周时,b,R,L,D,1,T,2,a,此时，T,1,和D,2,均承受反向电压而截止。,io+T1T2RLuoD1D2au+b,26,t,t,O,t,O,3.工作波形,2,t,O,t tOtO3.工作波形2 tO,27,4.输出电压及电流的平均值,4.输出电压及电流的平均值,28,两种常用可控整流电路,电路,特点,该电路只用一只晶闸管，且其上,无反向电压。,2.晶闸管和负载上的电流相同。,(1),u,T,D,2,D,1,D,4,u,0,R,L,D,3,+,-,+,-,两种常用可控整流电路电路该电路只用一只晶闸管，且其上2.,29,电路,特点,1.该电路接入电感性负载时，D,1,、D,2,便起,续流二极管作用。,(2),2.由于T,1,的阳极和T,2,的阴极相连，两管控,制极必须加独立的触发信号。,T,1,T,2,D,1,D,2,u,u,O,R,L,+,-,+,-,电路 1.该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起(2)2,30,8.3,单结晶体管触发电路,8.3.1 单结晶体管,B,2,第二基极,B,1,N,欧姆接触,接触电阻,P,发射极,E,第一基极,PN结,N型硅片,示意图,符号,B,2,E,B,1,1.结构与符号,8.3 单结晶体管触发电路8.3.1 单结晶体管B2第,31,2.工作原理,U,E,U,BB,+,U,D,=,U,P,时,PN结反偏，,I,E,很小；,PN结正向导通,I,E,迅速增加。,U,E,U,P,时,分压比,(,0.5 0.9,),U,P,峰点电压,U,D,PN,结正向导通压降,B,2,B,1,U,BB,E,U,E,+,_,+,_,R,P,+,_,+,_,等效电路,R,B1,R,B2,A,U,BB,E,U,E,+,_,R,P,+,_,+,_,B,2,B,1,测量单结晶体管的实验电路,由图可求得,2.工作原理 UE ,U,P,后,，,大量空穴注入基区，,致使,I,E,增加、,U,E,反,而下降，出现负阻,。,P,3.伏安特性UV、IV(谷点电压、电流):维持单,33,1.,U,E,U,P,时单结管导通，,U,E,U,V,时恢复截止。,单结晶体管的特点,B,2,E,B,1,2.,单结晶体,管的峰点电压,U,P,与,外加固定电压,U,BB,及分压比,有关，,外加电压,U,BB,或分压比,不同，则峰点电,压,U,P,不同。,3.不同单结晶体管的谷点电压,U,V,和,谷点电流,I,V,都,不一样。谷点电压大约在2 5V之间。常选用,稍大一些，,U,V,稍小的单结晶体管，以增大输,出脉冲幅度和移相范围。,1.UE UP时单结管导,34,8.3.2 单结晶体管振荡电路,1.振荡电路,单结晶体管弛张振荡电路,单结晶体管弛张,振荡电路利用单结管,的负阻特性及,RC,电路,的充放电特性组成频,率可调的振荡电路。,u,g,R,2,R,1,R,U,u,c,E,+,C,+,_,_,+,_,50,100k,300,0.47,F,8.3.2 单结晶体管振荡电路1.振荡电路单结晶体管,35,u,g,R,2,R,1,R,U,u,C,E,+,C,+,_,_,+,_,50,100k,300,0.47,F,2.振荡过程分析,设通电前,u,C,=0。,接通电源,U,电容,C,经电阻R充电。,电容电压,u,C,逐渐升高。,当,u,C,U,P,时,单结管导通,电,容,C,放电,R,1,上得到一脉冲电压。,U,p,U,v,U,p,-,U,D,u,C,t,u,g,t,电容放电至,u,C,U,v,时，单结管重新关断，使,u,g,0。,(a),(b),ugR2R1RUuCE+C+_+_50100k300,36,注意：,R,值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡,。,u,p,u,v,(c),电压波形,u,C,t,t,u,g,O,O,注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。,37,主电路,触发电路,u,1,+,R,L,R,1,R,2,R,P,C,R,u,Z,T,1,D,1,D,2,T,2,u,2,+,u,C,+,+,R,u,L,+,u,g,+,u,+,8.3.3 单结管同步触发电路,1.电路,主电路触发电路u1+RLR1R2RPCRuZT1D1D2T2,38,2.工作原理,(1)整流削波,U,2M,削波,U,Z,R,u,2,+,+,u,o,+,u,Z,整流,U,2M,t,O,Z,t,O,t,O,2.工作原理(1)整流削波U2M削波UZRu2+uo,39,(2)触发电路,U,P,-,U,D,R,1,R,2,R,P,C,u,c,+,R,u,g,+,u,Z,+,t,t,U,v,U,p,R,L,T,1,D,1,D,2,T,2,u,