《电工电子技术第二版课件 教学课件 ppt 作者 叶淬 主编第十一章》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电工电子技术第二版课件 教学课件 ppt 作者 叶淬 主编第十一章(35页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章电力电子技术及应用,第一节、晶闸管的工作原理及参数 第二节、晶闸管的应用举例,晶闸管 别名:可控硅 它是一种大功率半导体器件,出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电 领域 。,体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容 量大(正向平均电流达千安、正向耐压 达数千伏)。,应用领域:,逆变,整流 (交流,直流),斩波,(直流,交流),变频,(交流,交流),(直流,直流),此外还可作无触点开关等,一、晶闸管的结构和工作原理,A,G,K,J1,J2,J3,第一节 晶闸管的工作原理及参数,符号,1. 晶闸管的结构和符号,结构,晶闸管是一种 大功率的半导 体器件。其内 部结构为: 四层
2、半导体, 三个 PN结。 文字符号为VT,VT,2. 晶闸管的导通原理,P,N,P,N,K,G,A,为了说明晶闸管的导通原理, 将晶闸管等效为由V1 (NPN型) 和V2 (PNP型) 两个三极管联接而成 , 每个三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。,从中可以看出无论A,K之间如何加电压,晶闸管都不通。,IG+IC2 流入V1的基极作再次放大,如此循环形成强正反馈 , 很快使V1和V2达到饱和导通。,但同时加入电源EA和EG后, 使晶闸管的阳极和控制极均加正向电压,因而V1正偏导通,IG= IB1, 而IC1=1IB1即是 IB2,IG,1IB1,12IB1,此时, 若去掉触发电压, 晶闸
3、管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通, 控制极失去作用。,经PNP管V2 作进一步放大, 形成集电极电流 IC2 =12IB1,IB1,工作原理说明,UAK 0 ,的同时 UGK0,V1导通,V2导通,形成正反馈,晶闸管迅速导通。,V1进一步导通,晶闸管单加正向电压时不导通,只有在,晶闸管开始工作时 ,UAK加反向电压, 或不加触发信号(即UGK = 0 );,晶闸管导通后,,UGK,,去掉,依靠正反馈,,晶闸管仍维持导通状态;,晶闸管截止的条件:,(1),(2),晶闸管正向导通后,令其截止,必须 减小UAK,或加大回路电阻,使晶闸管 中电流的正反馈效应不能维持。,晶闸管具有单向导电性(正,晶闸管一
4、旦导通,控制极失去作用。若使其关断,必须降低 UAK或加大回路电阻,把阳极 电流减小到维持电流以下。,向导通条件:A、K间加正向 电压,G、K间加触发信号);,二、晶闸管的特性与参数,C,B,A,0,IH,I,U,IG=0,IG1,IG2,UBR,IR,IG增加,UBO,反向特性,正向特性,UBO 正向转折电压,UBR 反向转折电压,IG 触发电流,IH 维持电流,晶闸管的导通条件: 阳极和阴极间加正向电压; 控制极和阴极间加正向触 发电压。,1、伏安特性,正向特性: 控制极开路时,随UAK的加大,阳极电流逐渐增加。当U = UBO时,晶闸管自动导通。正常工作时, UAK应小于 UBO。 UB
5、O:断态不重复峰值电压,又称正向转折电压。,特性说明,U - 阳极、阴极间的电压,I - 阳极电流,反向特性:随反向电压的增加,反向漏电流 稍有增加,当U = UBR 时,反向极击穿。正常 工作时,反向电压必须小于UBR。 UBR :反向不重复峰值电压。,0,IH,I,U,IG=0,IG1,IG2,UBR,IR,UBO,UDRM:,断态重复峰值电压。(晶闸管耐压值。 一般取 UDRM = 80% UBO 。普通晶闸管 UBO 为 100V-3000V),URRM:反向重复峰值电压。(控制极断路时, 可以重复作用在晶闸管上的反向重复电 压。一般取URRM = 80% UBR。普通晶 闸管UBR为
6、100V-3000V),ITAV:,通态平均电流。(环境温度为40OC时,在 电阻性负载、单相工频 正弦半波、导电 角不小于170o的电路中,晶闸管允许的最大通态平均电流。普通晶闸管ITAV 为 1A-1000A。),2、 主要参数,ITAV含义说明,主要参数(续),UF :通态平均电压。(管压降。在规定的条件 下,通过正弦半波平均电流时,晶闸管阳、 阴两极间的电压平均值。一般为1V左右。),IH:维持电流。(在室温下,控制极开路、晶闸管 被触发导通后,维持导通状态所必须的最 小电流。一般为几十到一百多毫安。),UG、IG:控制极触发电压和电流。(在室温下, 阳极电压为直流6V时,使晶闸管完全
7、导通 所必须的最小控制极直流电压、电流 。一 般UG为1到5V,IG为几十到几百毫安。),晶闸管型号,通态平均电压(UF),额定电压级别(UDRM),额定通态平均电流 (ITAV),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,晶闸管电压、电流级别,额定通态电流(ITAV)通用系列为,1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。,额定电压(UDRM)通用系列为:,1000V以下的每100V为一级,1000V到3000V的 每200V 为一级。,通态平均电压(UF)等级一般用A I字母表 示,由 0.
8、4 1. 2V每 0.1V 为一级。,三、晶闸管的触发电路,晶闸管工作时必须通过门极加控制电压。门极控制电路称为触发电路。触发电路一般采用集成化的移相触发电路。 所谓移相控制就是指通过改变触发脉冲产生的不同时刻(即不同相位)来改变晶闸管的导通角。,四、晶闸管的其它类型,1、双向晶闸管,特点:,相当于两个反向晶闸管并联,两者共用一个控制极。,符号:,(控制极),(第一电极),(第二电极),工作原理,UT1UT2时,控制极相对于T1加正脉冲, 晶闸管正向导通,电流从T1流向T2。,UT2UT1时,控制极相对于T2加 负脉冲, 晶闸管反向导通,电流从T2流向T1。,双向晶闸管内部工作原理的详细分析,
9、 请参阅有关资料。,2、可关断晶闸管GTO,可关断晶闸管的触发导通与普通晶闸管相 同。不同之处在于:普通晶闸管的关断不能 控制,只能靠减小阳极电压或工作电流来实现。普通晶闸管属半控器件;而可关断晶闸管可在控制极上加负触发信号将其关断,因此它属全控器件。,晶闸管的类型较多,不一一介绍。,第二节、晶闸管的应用举例,一、单相半波可控整流电路,以电阻性负载为例,电路及工作原理,设u1为 正弦波,u2 0 时,加上触发电压 uG ,晶闸管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入的早晚而变化; u2 0 时,晶闸管不通,uL = 0 。故称可控整流。,(1),TH,工作波形,(2),:控制角,:导通角,输出
10、电压及电流的平均值,ULAV =,ILAV =,(3),二、单相无源逆变器,直流电源,工作原理,工作时, 两晶闸管由频率一定、相位差为180o的两个脉冲信号交替作用在它们的控制极上。从 而由直流电源提供能量,在负载上得到交流电压。,当触发脉冲作用于 TH1的控制极上时, TH1导通,直流电源 给电容C1充电,其 方向如图中虚线所 示。充电电流通过 变压器T给负载提供 一定的电压;,当触发脉冲作用于TH2的控制极时,TH2导通,电容C1通过TH2放电,其方向如图中虚线所示。放电电流通过变压器T给负载提供与上方向相反的电压。,电容放电时,放电电流在电感L2上产生感应电动势,方向如图所示。此感应电动
11、势通过互感,在L1上产生的电压将晶闸管TH1关断;同理,电容充电时L2上的感应电动势将TH2关断。,三、晶闸管的保护,晶闸管的过流、过压能力很差,是它的 主要缺点。晶闸管的热容量很小,一旦过流,温度急剧上升,器件被烧坏。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时,仅允许持续0.02秒,否则将被烧坏;晶闸管承受过电压的能力极差,电压超过其反向击穿电压时,即使时间极短,也容易损坏。正向电压超过转折电压时,会产生误导通,导通后的电流较大,使器件受损。,过 流 保 护,快速熔断器:电路中加快速熔断器;加入方法如下图:,过流继电器:在输出端装直流过电流继电器;,过流截止电路:利用电流反馈减小晶闸管的 导
12、通角或停止触发,从而切断过流电路。,保护措施,阻容吸收,硒整流堆,过压保护,(利用电容吸收过压。即 将过电压的能量变成电 场能量储存到电容中, 然后由电阻消耗掉。),(硒堆为非线性元件, 过压后迅速击穿,其 电阻减小,抑制过压 冲击。),模拟电子技术结束,模拟电路复习,一、半导体二极管,单向导电性,伏安特性,典型应用,正向压降,死区电压,反向电流,整流电路,稳压管的特性和使用,二、三极管及交流放大,1、三极管的特性曲线,2、几种典型交流放大电路工作点、 Au、ri、ro的计算和微变等效电路,分压式偏置电路,分压式偏置电路中没有CE的电路,射极输出器,特点,反馈类型,应用,反馈类型,3、负反馈对放大器性能的影响,4、功率放大器,三种工作状态,互补对称功率放大器的原理特点,复合管,5、差动放大电路,抑制零漂的原理,输入输出的方式及特点,共模输入和差模输入,三、集成运放,线性运用,非线性运用,u+u- uo=+UO(sat) u+u- uo= -UO(sat),虚短,虚断,信号产生方面的应用,正弦波,方波,三角波,锯齿波,四、电力电子技术,1.晶闸管的工作原理,2.单相半波可控整流 电路工作原理,