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1、晶闸管变流技术,重难点：晶闸管可控整流、斩波、调压、逆变等典型电路的结构、工作原理、换相方法和基本数量关系，以及晶闸管变流装置的一般调试方法。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,主讲：詹良材,任课教师简介,詹良材，男，生于1970年9月，湖北省麻城市人。1992年6月毕业于武汉工业大学自动化系机械电子工程专业，工学学士学位。1992年7月至1995年7月于湖北省鄂州市建材设计研究院担任后勤保卫部主任助理（分管水、电）；1993年6月取得助理工程师职称； 1995年8月调入湖北函授大学鄂州分校任教并担任校政教小组成员、理工教研组副组长、 95级机电班班主任。兼湖北省计算机学会鄂州
2、秘书处副秘书长； 1996年10月取得教师资格； 1998年7月调入湖北鄂州大学电信系任教隶属于硬件组。1999年9月取得工程师讲师职称；2000年1月参加校科研处组织的电子显示屏的研制工作获奖；2002年9月参与教材编写，于2003年9月由中国轻工业出版社出版高等学校教材普通物理实验指导书中担任副主编；2006年1月开始主持并参与湖北省教育厅校企合作“中夏教育机器人”项目的研究与开发； 2006年2月因工作需要调入鄂州大学电子电气工程系至今,主要内容及时间安排,I、 晶闸管简介（2） II、 可控整流电路（3） III、斩波器与交流调压器（2） IV、逆变电路（3） V、 晶闸管中频电源装置
3、及其调试（2）,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,I 晶闸管简介,晶闸管是一种大功率的可控半导体器件。普通型晶闸管具有反向阻断特性，故又称为逆阻型晶闸管。近几年来，晶闸管技术发展很快，出现了许多派生型晶闸管，如快速型（FST） 、双向型（TRIAC） 、关断型和逆导型（RCT）和光控晶闸管（LATT）等晶闸管。晶闸管具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制灵敏、操作方便、维护简单等优点。晶闸管广泛应用于可控整流、逆变、斩波、调压及无触点开关等大功率的电能转换和自动控制领域。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,1、 晶闸管的结构,具有四层PNPN结构、三端引出线(
4、A、K、G)的器件。常见的外形有两种：螺栓型和平板型。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,内部结构、等效电路和符号,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,2、晶闸管的工作原理,2.1、晶闸管工作原理的实验说明 由电源、晶闸管的阳极和阴极、白炽灯组成晶闸管主电路；由电源、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路（触发电路）。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备两个条件: （1）晶闸管主电路加正向电压。 （2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。 晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。为使晶闸管关断，
5、必须使其阳极电流减小到一定数值以下，这只有通过使阳极电压减小到零或反向的方法来实现。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,2.2、晶闸管工作原理的等效电路说明当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时，形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下： IGIB2IC2(IB1)IC1IB2,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关断晶闸管可采用的方法有:将阳极电源断开；改变晶闸管的阳极电压的
6、方向，即在阳极和阴极间加反向电压。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,3 、 晶闸管的特性,3.1、晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管阳极电流IA之间的关系特性。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,（1）正向特性 在门极电流IG=0情况下，晶闸管处于断态，只有很小的正向漏电流；随着正向阳极电压的增加，达到正向转折电压UBO时，漏电流突然剧增，特性从正向阻断状态突变为正向导通状态。正常工作时，不允许把正向电压加到转折值UBO，而是从门极输入触发电流IG，使晶闸管导通。门极电流愈大阳极电压转折点愈低。晶闸管正向导通后，要使晶闸管恢
7、复阻断，只有逐步减少阳极电流。当IA小到等于维持电流IH时，晶闸管由导通变为阻断。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,（2）反向特性 是指晶闸管的反向阳极电压与阳极漏电流的伏安特性。晶闸管的反向特性与一般二极管的反向特性相似。当晶闸管承受反向阳极电压时，晶闸管总是处于阻断状态。当反向电压增加到一定数值时，反向漏电流增加较快。再继续增大反向阳极电压，会导致晶闸管反向击穿，造成晶闸管的损坏。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,3.2、晶闸管的开关特性,晶闸管的开关特性如图所示。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,晶闸管开关特性的说明 第一段延迟时间t
8、d。阳极电流上升到10所需时间，此时J2结仍为反偏，晶闸管的电流不大。 第二段上升时间tr，阳极电流由0.1上升到0.9所需时间，这时靠近门极的局部区域已经导通，相应的J2结已由反偏转为正偏，电流迅速增加。 通常定义器件的开通时间ton为延迟时间td与上升时间tr之和。即 ton=td+tr,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,电源电压反向后，从正向电流降为零起到能重新施加正向电压为止定义为器件的电路换向关断时间toff。反向阻断恢复时间trr与正向阻断恢复时间tgr之和。toff=trr+tgr,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,4 、 晶闸管的主要参数,4.1
9、、额定电压UTn （1）正向重复峰值电压UDRM在控制极断路和正向阻断条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。规定此电压为正向不重复峰值电压UDSM的80%,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,（2）反向重复峰值电压URRM在控制极断路时，以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压。此电压取反向不重复峰值电压URSM的80%。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,晶闸管的额定电压则取UDRM和URRM的较小值且靠近标准电压等级所对应的电压值。 选择管子的额定电压UTn应为晶闸管在电路中可能承受的最大峰值电压的23倍。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,4
10、.2、额定电流IT(AV) 是指：在环境温度为+140度和规定的散热条件下，晶闸管在电阻性负载时的单相、工频（50Hz）、正弦半波（导通角不小于170度）的电路中，结温稳定在额定值125度时所允许的通态平均电流。 注意：晶闸管是以电流的平均值而非有效值作为它的电流定额，这是因为晶闸管较多用于可控整流电路，而整流电路往往按直流平均值来计算。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,它的通态平均电流IT(AV)和正弦电流最大值Im之间的关系表示为：正弦半波电流的有效值为：式中 Kf为波形系数,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,流过晶闸管的电流波形不同，其波形系数也不同，实
11、际应用中，应根据电流有效值相同的原则进行换算，通常选用晶闸管时，电流选择应取(1.52)倍的安全裕量。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,4.3、维持电流IH 在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从较大的通态电流降至维持通态所必须的最小阳极电流。4.4、擎住电流IL 晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号之后，要器件维持通态所需要的最小阳极电流。对于同一个晶闸管来说，通常擎住电流IL约为维持电流IH的(24)倍。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,4.5、门极触发电流IGT 在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。
12、 4.6、门极触发电压UGT 对应于门极触发电流时的门极触发电压。触发电路给门极的电压和电流应适当地大于所规定的UGT和IGT上限，但不应超过其峰值IGFM 和 UGFM。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,4.7、断态电压临界上升率du/ dt 在额定结温和门极断路条件下，不导致器件从断态转入通态的最大电压上升率。过大的断态电压上升率会使晶闸管误导通。4.8、通态电流临界上升率di / dt 在规定条件下，由门极触发晶闸管使其导通时，晶闸管能够承受而不导致损坏的通态电流的最大上升率。在晶闸管开通时，如果电流上升过快，会使门极电流密度过大，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。,维修
13、电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,5、 晶闸管的派生元件,快速晶闸管 双向晶闸管 逆导晶闸管 光控晶闸管,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,5.1、快速晶闸管（FST）,快速晶闸管的外观、符号、基本结构、伏安特性与普通晶闸管相同。另有如下特点： （1）通/断时间较普通晶闸管短（一般开通时间为12，关断时间为几至几十个； （2）开关损耗小； （3）有较高的电流和电压上升率。通态电流临界上升率di/dt100A/、断态电压临界上升率du/dt100V/； （4）允许使用频率在几十至几千之间。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,5.2、双向晶闸管（TRIA
14、C）,双向晶闸管从结构和特性来说，都可以看成是一对反向并联的普通晶闸管。在主电极的正、反两个方向均可用交流或直流电流触发导通。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,双向晶闸管在第和第象限有对称的伏安特性。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,5.3、逆导晶闸管（RCT）,逆导晶闸管是将一个晶闸管与一个二极管反并联集成在同一硅片上而构成的器件，它具有反向导通的能力。 逆导晶闸管的工作原理与普通晶闸管相同，即用正的门极信号来实现器件开通。 在逆导晶闸管的电路中，晶闸管（正半周）与二极管（负半周）交替工作。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,逆导晶闸管的二
15、个重要参数,额定电流: 晶闸管电流/二极管电流 用于逆变器时，电流比在2：11：1之间; 用于斩波器时，电流比为3：1反向恢复电流下降率: di/dt此值越大，元件换流能力越强，使用中需保证不超过元件规定的值,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,5.4、光控晶闸管（LATT）,光控晶闸管是一种以光信号代替电信号来进行触发导通的特殊晶闸管； 激光是光控晶闸管的理想光源。对小功率光控晶闸管，也可用白炽灯、太阳光等作为触发光源； 光触发与电触发相比，具有抗噪波干扰、主电路与控制电路间高度绝缘、重量轻、体积小等优点。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,II 可控整流电路,
16、一、单相半波可控整流电路（电阻性负载） 1、电路结构和工作原理,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,变压器Tr起变换电压和隔离的作用。 在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在t=处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上的电压等于变压器输出电压u2。在t=时刻，电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。 在电源电压负半波，uAK0，晶闸管承受反向电压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有输出电压，直到电源电压u2的下一周期。直流输出电压ud和负载电流id的波形相位相同。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,通过改变触发角的大小，直流输出电压ud的波形发生变化，负载上的输出电压平均值发生变化，显然=180时，Ud=0。由于晶闸管只在电源电压正半波内导通，输出电压ud为极性不变但瞬时值变化的脉动直流，故称“半波”整流。,维修电工技师培训,课件制作：鄂州大学单片机工作室,
