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1、第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路7-1 7-1 晶闸管晶闸管7-2 7-2 晶闸管整流电路晶闸管整流电路7-4 7-4 晶闸管的选择和保护晶闸管的选择和保护7-5 7-5 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路7-8 7-8 晶闸管的其他应用电路晶闸管的其他应用电路7-3 7-3 负载类型对晶闸管整流的影响负载类型对晶闸管整流的影响7-6 7-6 有源逆变电路有源逆变电路7-7 7-7 无源逆变电路无源逆变电路第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路1.掌握晶闸管的结构、符号及作用.2.熟悉晶闸管导通和关断的条件.3.理解晶闸管的可控的单向导电性.4.熟悉晶闸管的主要参数
2、.5.掌握用万用表对晶闸管的简单测试方法.6.了解快速晶闸管、可逆晶闸管和双向晶闸管及其图形符号.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路7-1 7-1 晶闸管晶闸管一、晶闸管的结构、符号一、晶闸管的结构、符号PPNNA阳极阳极K阴极阴极G门极门极AKG晶闸管的结构晶闸管的结构晶闸管的符号晶闸管的符号第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路晶闸管的导电特点：晶闸管的导电特点： （1）晶闸管具有单向导电特性）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）晶闸管的导通是通过门极控制的晶闸管导通的条件：晶闸管导通的条件： （1）阳极与阴极间加正向电压）阳极与阴极间加正
3、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）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）（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：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）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）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）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）（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
4、二、晶闸管的工作特性第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（1）晶闸管一旦触发导通晶闸管一旦触发导通，就能维持导通状态，就能维持导通状态，门极失去控制作用门极失去控制作用.要使导通的晶闸管要使导通的晶闸管关断关断，必须减小阳极电流到，必须减小阳极电流到维持电流维持电流IH以下以下.小结：小结： （2）晶阐管具有）晶阐管具有“可控可控”的单向导电特性，所以晶闸管又称单的单向导电特性，所以晶闸管又称单向可控硅向可控硅.“可控可控”有两层含义：有两层含义：一是晶闸管的导通是一是晶闸管的导通是受门极控制的受门极控制的；二是导通的晶闸管关断是受二是导通的晶闸管关断是受阳极与阴极间电压控制的阳
5、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），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），而阳极而阳极A与阴极与阴极K可承受很大的电压，通过很大的电流（电流可大可承受很大的电压，通过很大的电流（电流可大到几百安培以上），因此，晶阐管可实现到几百安培以上），因此，晶阐管可实现弱电对强电的控制弱电对强电的控制.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路三、晶闸管的主要参数三、晶闸管的主要参数断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM结温为额定值，门极断开，允许重复加在结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管晶闸管A与与K间的正向峰值电压间的正
6、向峰值电压反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM结温为额定值，门极断开，允许重复加在结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管晶闸管A与与K间的反向峰值电压间的反向峰值电压通态平均电流通态平均电流IT（AV）在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值，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允许通过的工频正弦半波电流的平均值通态平均电压通态平均电压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，流，晶闸管导通时，A与与K间的电压平均值，习间的电压平均值，习惯上称为导通时的惯上称为导通时的管压降
7、管压降维持电流维持电流IH在规定的环境温度下，门极断路时，维持晶闸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管导通所必须的最小电流晶闸管由晶闸管由通通到到断断的临界电流的临界电流第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路 晶闸管在正向工作时，可能处于导通状态，也可能处于阻断状态.晶闸管的参数中，断态和通态都是为了区分正向的两种不同状态，因此，“正向”二字可省去.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路四、晶闸管的型号四、晶闸管的型号五、晶闸管的简单测试五、晶闸管的简单测试第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路 晶闸管门极G与阴极K之间有一个PN
8、 结，类似一只二极管，具有单向导电性，而阳极A 与门极G 之间有两个PN 结，阳极A与阴极K之间有三个PN 结，因这些PN 结是反串在一起的，正、反向电阻均很大.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路1.熟练掌握单相可控整流电路的工作原理，并绘制不同控制角下的输出电压和电流波形，会计算输出电压、电流，会选择晶闸管与整流二极管.2.会分析三相可控整流电路电阻性负载时的工作原理，会绘制不同控制角输出电压的波形，并能计算可控整流电路输出电压、电流.返 回 章 目 录第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路7-2 7-2 晶闸管整流电路晶闸管整流电路一、单相可控整流电路一、单相可
9、控整流电路二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路 晶闸管组成的整流电路可以在晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变交流电压不变的情况的情况下，方便地下，方便地改变改变直流输出电压的大小直流输出电压的大小，即，即可控整流可控整流.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路一、单相可控整流电路一、单相可控整流电路1 1、单相半波可控整流电路、单相半波可控整流电路R RL L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单相半波整流电路0 0u ug g0 0u uL L22t t1 1t t2 2u u2 2+ +u u2 2+ +- - -u uL L+ +- -i iL L
10、（1 1）电路组成及工作原理）电路组成及工作原理t t1 1t t1 1t t2 2t t2 2u u1 1u u2 2第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路0 0u ug g0 0u uL L22t t1 1t t2 2t t1 1t t1 1t t2 2t t2 2控制角控制角从晶闸管开始承受正向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电压到被触发导通所对应的电角度. .导通角导通角晶闸管实际导通的角度晶闸管实际导通的角度. .+=改变改变的大小，即可改变输出电压的大小，即可改变输出电压u uL L的的波形波形. . 越大，越大，越小越小. .把控制角把控制角的变化范
11、围称为的变化范围称为移相范围移相范围. .单相半波可控整流电路的单相半波可控整流电路的移相范围移相范围为：为：0 0第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（2 2）主要参数计算）主要参数计算输出电压的平均值输出电压的平均值负载电流平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压晶闸管承受的最大电压（3 3）电路特点）电路特点优点：优点：电路简单，调整方便电路简单，调整方便缺点：缺点：输出电压脉动大，设备利用率低输出电压脉动大，设备利用率低第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路例例7-17-1 单相半波可控整流电路中，变压器二次侧电压单相半
12、波可控整流电路中，变压器二次侧电压U U2 2=120V=120V，当控制角，当控制角分别为分别为0 0o o、9090o o、120120o o、180180o o时，负载上的平均电压分别是多少？时，负载上的平均电压分别是多少？解：解：=0o时=90o时=120o时=180o时改变控制角改变控制角的大小可改变输出电压的高低，移相范围为：的大小可改变输出电压的高低，移相范围为：0 0o o180180o o第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路2 2、单相半控桥式整流电路、单相半控桥式整流电路（1 1）电路组成及工作原理）电路组成及工作原理V V3 3V V4 4V V2 2V V
13、1 1R RL Lu u2 2正半周正半周单相整流电路单相整流电路tt 时时V1V1、V4V4正向阻断，正向阻断，V2V2、V3V3反向阻断反向阻断u uL L=0=0tt= =时时V1V1、V4V4导通，导通，V2V2、V3V3反向阻断反向阻断u uL L= =u u2 2tt= =时时V1V1、V4V4关断关断u uL L=0=0+ +- -+ +- -u uL L+ +- -i iL L单相桥式可控整流电路的单相桥式可控整流电路的移相范围移相范围为：为：0 0第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路单相可控整流电路单相可控整流电路 to 2 3 u2 to 2 3 uL to
14、2 3 ug负半周负半周t时时V2、V3反向阻断，反向阻断，V1、V4正向阻断正向阻断uL=0t=时时V2、V3反向阻断，反向阻断，V1、V4导通导通uL=u2t=时时V1、V4关断关断uL=0第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（2 2）主要参数计算）主要参数计算输出电压的平均值输出电压的平均值负载电流平均值负载电流平均值通过晶闸管的平均电流通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压晶闸管承受的最大电压（3 3）电路特点）电路特点优点：优点：输出电压脉动小，设备利用率高输出电压脉动小，设备利用率高缺点：缺点：元件多元件多第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路例例7-2
15、7-2 一单相桥式可控整流电路，输入电压一单相桥式可控整流电路，输入电压U U2 2=220V=220V，R RL L=5=5，要求输出，要求输出电压的范围为电压的范围为0 0150V150V，试求输出的最大电流，试求输出的最大电流I ILMLM和晶闸管的导通角范围？和晶闸管的导通角范围？解：解：输出最大平均电流输出最大平均电流当输出电压为当输出电压为150V150V时时查表得查表得6060o o晶闸管的导通角的范围为晶闸管的导通角的范围为第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路V3V4V2V1RLu2V5用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路V5在电路
16、中在电路中不承受反向电压不承受反向电压，只要给晶，只要给晶闸管加上触发信号，晶闸管即能导通，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作用相当于接在负载电路中的一只开关开关.注意：注意：1、整流电路之后不能接滤波电容、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、晶闸管应选维持电流较大的管子特点：特点：第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路 晶闸管前不能接滤波电容C，否则当电源电压过零时，会影响晶闸管的关断.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路二、三相可控整流电路二、三相可控整流电路1 1、三相半波可控整流电路、三相半波可控整流电路
17、（1 1）电路组成及工作原理）电路组成及工作原理T TR RL LL L1 1L L2 2L L3 3U UV V1 1V V2 2V V3 3V VW W三相半波整流电路三相半波整流电路三相半波可控整流电路三相半波可控整流电路u uL Li iL L各晶闸管控制角的起点均为各自各晶闸管控制角的起点均为各自的的自然换相点自然换相点当控制角为当控制角为时时+ +- -uLt0ugVUW第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路=0时，时，工作波形工作波形 =120uLt0ug=1200=1200=1200VUW输出波形连续输出波形连续第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路=6
18、0时，时，工作波形工作波形 =90 120uLt0ug600600600VUW输出波形不连续输出波形不连续第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路=90时，时，工作波形工作波形120 =60uLt0ug900900900VUW第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路小结小结: :（1 1）改）改变变触触发发脉冲的脉冲的时间时间，就能改，就能改变变整流整流电电路路输输出出电压电压u uL L的大小：的大小：当当0 0时时，输输出波形同三相半波整流出波形同三相半波整流电电路，路，输输出出电压电压最大，最大，增增大，大，输输出出电压电压减小，减小，150150时时，u uL L=
19、0.=0.（2 2）当）当3030时，时，u uL L波形连续波形连续，（3 3）任一相）任一相对应对应晶晶闸闸管管导导通期通期间间，其他晶，其他晶闸闸管承受相管承受相应应的的线电压线电压. .晶闸管关断点均在下一个晶闸管被触发导通时；晶闸管关断点均在下一个晶闸管被触发导通时；当当3030时，时，u uL L波形断续波形断续，晶闸管关断点均在各自相电压过，晶闸管关断点均在各自相电压过=120=120零处，零处，120120移相范围移相范围是是0 0150150第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（2 2）主要参数计算）主要参数计算输出电压的平均值输出电压的平均值负载电流平均值负载
20、电流平均值通过晶闸管的平均电流通过晶闸管的平均电流晶闸管承受的最大电压晶闸管承受的最大电压（3 3）电路特点）电路特点优点：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：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，使变压器效率降低生直流磁化，使变压器效率降低. .第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路2 2、三相半控桥式整流电路、三相半控桥式整流电路三相桥式整流电路三相桥式整流电路L1L2L3TRLV1V2V3UVWV4V5V6
21、iL（1 1）电路组成及工作原理）电路组成及工作原理自然换相点自然换相点为各晶闸管控制角的起点为各晶闸管控制角的起点当控制角为当控制角为时时-三相半控桥式整流电路三相半控桥式整流电路ug0tuL+第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路ug0t=0=0时，时，工作波形工作波形输出波形同三相输出波形同三相桥式整流电路桥式整流电路=120=120第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路ug0t600=60=60时，工作时，工作波形波形600600=120=1200 0 6060输出波形连续输出波形连续第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路ug0t=90=90时，工作
22、时，工作波形波形900900900120120=90=906060 180180输出波形不连续输出波形不连续第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路小结小结: :（1 1）改）改变变触触发发脉冲的脉冲的时间时间，就能改，就能改变变整流整流电电路路输输出出电压电压u uL L的大的大小：当小：当0 0时时，输输出波形同三相出波形同三相桥桥式整流式整流电电路，路，输输出出电压电压最大；最大；增大，增大，输输出出电压电压减小，减小，180180时时，u uL L=0.=0.6060时时，波形断波形断续续，（3 3）任一相）任一相对应对应晶晶闸闸管和二极管管和二极管导导通期通期间间，其他晶，
23、其他晶闸闸管和二极管管和二极管（2 2）当）当6060时，时，波形连续，波形连续，=120=120120E时，加触发时，加触发信号，晶闸管才能信号，晶闸管才能导通导通反电动势负载单相半控桥式整流电路反电动势负载单相半控桥式整流电路0uL0ugE0iL当当电源电压等于电源电压等于E时，晶闸管时，晶闸管关断关断晶闸管导通角晶闸管导通角变小了，输出电流变小了，输出电流幅值增大幅值增大反电动势负载的影响：反电动势负载的影响：采取的措施：采取的措施：在负载回路上串联平波电感器，然后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在其两端再并一个续流二极管第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及
24、其应用电路1.对不同的单相可控整流电路，能选择与之适应的晶闸管.2.了解晶闸管的过压和过流保护电路.返 回 章 目 录第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路7-4 晶闸管的选择和保护晶闸管的选择和保护一、晶闸管的选择一、晶闸管的选择二、晶闸管的保护二、晶闸管的保护第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路一、晶闸管的选择一、晶闸管的选择1 1、电压等级的选择、电压等级的选择2 2、电流等级的选择、电流等级的选择第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路例例6-46-4 负载为纯电阻性的单相半控桥式整流电路，输出直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
25、为流电流电压为U UL L=060V=060V，直流电流为，直流电流为010A010A，试计算晶闸管反，试计算晶闸管反向峰值电压向峰值电压U URMRM与与I It t（AVAV），并选择合适的晶闸管，并选择合适的晶闸管. .解：解：由由设输出电压最大（设输出电压最大（60V60V）时的控制角）时的控制角 则则考虑到整流器件上压降等因素，考虑到整流器件上压降等因素，U U2 2取值比计算值高取值比计算值高10%10%，故取，故取晶闸管承受的反向峰值电压晶闸管承受的反向峰值电压晶闸管应取的反向峰值电压晶闸管应取的反向峰值电压第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路通过晶闸管的最大平均电
26、流通过晶闸管的最大平均电流晶闸管应取的通态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可选用通态平均电流为10A10A，额定电压为，额定电压为200V200V的的KP10KP102 2晶闸管晶闸管. .第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路例例6-56-5 一只接有续流二极管的单相半控桥式整流电路，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，输入电压U2=220V，晶闸管控制角，晶闸管控制角=60.试计算试计算（1 1）晶闸管承受的反向峰值电压晶闸管承受的反向峰值电压；（；（2）通过晶闸管的实际）通过晶闸管的实际工作电流，工作电流，并选择合适的管型并选择合
27、适的管型. .解：解：（1）晶闸管承受的反向峰值电压晶闸管承受的反向峰值电压晶闸管应取的反向峰值电压晶闸管应取的反向峰值电压第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（2）通过晶闸管的实际工作电流）通过晶闸管的实际工作电流输出的直流电压输出的直流电压通过负载的平均电流通过负载的平均电流导通角导通角通过晶闸管的实际平均电流通过晶闸管的实际平均电流晶闸管应取的通态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应选取通态平均电流为20A、额定电压为、额定电压为600V的的KP206晶闸管两只晶闸管两只.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路二、晶闸管的保护二、晶闸管的保护
28、普通晶闸管承受过压过流的能力很差，在使用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中，除了需有充分的的余地外，还要采取一定的保护措施施. .1 1、过电压保护、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）由于晶闸管电路中含有电感元件（如变压器、电抗线圈等）变压器一次侧拉闸变压器一次侧拉闸整流装置直流侧切断开关整流装置直流侧切断开关晶闸管由导通转变为阻断等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）压（过电压）. .（1 1）产生过电压的
29、原因及后果）产生过电压的原因及后果原因：原因：后果：后果： 过电压即使作用时间很短，也可使晶闸管过电压即使作用时间很短，也可使晶闸管误导通误导通，甚至，甚至被被击穿损坏击穿损坏. .第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（2 2）过压保护的方法）过压保护的方法1）阻容吸收电路R RL LR RL LR RL L交流侧保护交流侧保护直流侧保护直流侧保护直接保护直接保护第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路第六章第六章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路2 2）压敏电阻保护）压敏电阻保护RUL1L2L3RURUL1L2L3单相电路中的接法单相电路中的接法三相电路中的三相电
30、路中的Y Y形接法形接法三相电路中的三相电路中的形接法形接法 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. .第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路2 2、过电流保护、过电流保护（1 1）过流产生的原因及后果）过流产生的原因及后果原因：原因：负载过载负载过载短路短路其
31、他晶闸管击穿其他晶闸管击穿触发电路使晶闸管误触发触发电路使晶闸管误触发后果：后果： 晶闸管的热容量较小，当发生过电流时，温度升高，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，晶闸管会若超过允许值，晶闸管会损坏损坏. .（2 2）过流保护的作用）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，以防晶闸管损坏地将过电流切断，以防晶闸管损坏. .第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（3 3）保护方法）保护方法FUFUFUFUFUFUFUFUR RL LFUFUR RL LFUFUR RL L
32、FUFU交流侧保护交流侧保护直流侧保护直流侧保护直接保护直接保护采用采用快速熔断器快速熔断器进行保护进行保护熔断速度很快熔断速度很快第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路 快速熔断器熔断时间比普通熔断器短，所以实际使用时，切不可用普通熔断器来代替快速熔断器.否则，一旦发生过流，普通熔断器还未来得及熔断，晶闸管就已经烧毁了.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路1.掌握单结晶体管的结构、符号及作用.2.熟悉单结晶体管触发电路各环节的组成、工作原理、工作点波形的形成、电路的特点等.返 回 章 目 录第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路触发电路：触发电路：为晶闸
33、管提供触发信号的电路为晶闸管提供触发信号的电路对触发电路的要求：对触发电路的要求：与主电路同步与主电路同步能平稳移相，且有足够的移相范围能平稳移相，且有足够的移相范围脉冲前沿陡，且有足够的幅值与脉宽脉冲前沿陡，且有足够的幅值与脉宽稳定性与抗扰性能好稳定性与抗扰性能好触发电路的分类：触发电路的分类：单结晶体管触发电路和集成触发电路单结晶体管触发电路和集成触发电路7-5 7-5 晶闸管的触发电路晶闸管的触发电路第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路一、单结晶体管触发电路一、单结晶体管触发电路1 1、单结晶体管、单结晶体管（1 1）单结晶体管的结构、符号）单结晶体管的结构、符号EB1B2
34、V一个一个PN结结三个电极：三个电极：单结晶体管单结晶体管一个发射极，两个基极一个发射极，两个基极双基极二极管双基极二极管结构结构符号符号EB2B1ARB2RB1VD等效电路等效电路第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路（2 2）单结晶体管的伏安特性曲线）单结晶体管的伏安特性曲线E EB B2 2B B1 1A AR RB2B2R RB1B1V VD DU UE EU UBBBB+ + +- - -V VP PI IV VI IP PU UV VU UP P截止截止区区负阻负阻区区饱和饱和区区u uE Ei iE E0 0分压比，其值一般为分压比，其值一般为0.30.90.30.9
35、当UEUA时，PN结反向截止，单结晶体管截止当UEUA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：峰点电压：峰点电流：峰点电流：I IP P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U UP P是管子由截止转导是管子由截止转导通的临界点通的临界点工作区工作区U UV V是维持管子导通的是维持管子导通的临界点最小发射极临界点最小发射极电压电压第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路单结晶体管的工作特点：单结晶体管的工作特点： 当发射极电压等
36、于峰点电压当发射极电压等于峰点电压U UP P时，单结晶体管导通时，单结晶体管导通. .导通后导通后，发射极电压，发射极电压U UE E减小，当发射极电压减小到谷点电压减小，当发射极电压减小到谷点电压U UV V时，管子又时，管子又由导通转变为截止由导通转变为截止. .单结晶体管的型号：单结晶体管的型号：BT31BT31、BT33BT33、BT35BT35等等. .其中，其中，B B半导体，半导体，T T特种管，特种管，3 33 3个电极，第四个数字个电极，第四个数字耗散功率，分别为耗散功率，分别为100mW100mW、300mW300mW、500mW.500mW.（3 3）单结晶体管管脚的辨
37、别）单结晶体管管脚的辨别第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路2 2、单结晶体管振荡电路、单结晶体管振荡电路U UBBBBC CR RE ER RP PR R2 2R R1 1E EB B2 2B B1 1V V单结晶体管振荡电路单结晶体管振荡电路t tu uR1R10 0充电充电充电充电充电充电放电放电放电放电放电放电t tu uE E0 0U UP PU UV V+ +- - 接通电源后，接通电源后，U UBBBB经经R RP P、R RE E给电容给电容C C充电，充电，u uC C按指数规律增大，当按指数规律增大，当u uC C= =U UP P时，单结晶体管时，单结晶体管
38、导通导通，R RB1B1迅速减小，电容通过迅速减小，电容通过R RB1B1、R R1 1迅速放电，在迅速放电，在R R1 1上上形成脉冲波形形成脉冲波形. .当当u uC C= =U UV V时，单结晶体管时，单结晶体管截止截止，放电结束，放电结束，输出电压降为输出电压降为0 0值值，完成一次振荡完成一次振荡. .电源再次对电容充电，并重复上述过程电源再次对电容充电，并重复上述过程. .充充电电放放电电u uR1R1+ +- -第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路 改变改变RP的阻值（或电容的阻值（或电容C的大小），可改变电容充的大小），可改变电容充电的快慢，使输出脉冲提前或移后
39、，从而控制晶闸管触电的快慢，使输出脉冲提前或移后，从而控制晶闸管触发导通的时刻发导通的时刻.越大，触发脉冲后移，控制角增大，反之控越大，触发脉冲后移，控制角增大，反之控制角减小制角减小. 利用单结晶体管的负阻特性和利用单结晶体管的负阻特性和RC的充放电特性，组的充放电特性，组成频率可调的振荡电路成频率可调的振荡电路.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路3 3、单结晶体管触发电路、单结晶体管触发电路u u1 1V V7 7V V8 8V V9 9V V1010R RL Lu uL L+ +- -E EB B1 1B B2 2R R4 4R R1 1R RE ER RP PC CV
40、V5 5V V1 1V V2 2V V3 3V V4 4R R3 3u u2 2O OA AB B 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路t t0 0u uA At t0 0u uB Bt t0 0u uE EU UP PU UV Vt t0 0u uG G第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路 由于每半个周期内，第一个脉冲可使晶闸管触发由于每半个周期内，第一个脉冲可使晶闸管触发导通，后面的脉冲信号均不起作用导通，后面的脉冲信号均不起作用. .改变电容的充放电时间常数，可实现脉冲的移相改变电容的充放电时间常数，可实现脉冲的移相. .如：如：增大增大R RP P或或C C，使，使= =
41、（R RP P+ +R RE E）C C增大，充电时间变长，增大，充电时间变长，即达到即达到U UP P的时间就慢，第一脉冲输出的时间越晚；反之，的时间就慢，第一脉冲输出的时间越晚；反之，第一脉冲输出时间越提前第一脉冲输出时间越提前. . 在实际工作中，通过改变在实际工作中，通过改变R RP P的大小，可改变控制的大小，可改变控制角的大小角的大小. .第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路4 4、实际应用电路、实际应用电路T TV V1 1V V2 2R R6 6V V3 3V V4 4V V5 5R R4 4R R3 3R R2 2R R5 5R R1 1u uk kC CV V
42、6 6u u1 1u u2 2自动控制的单结晶体管触发电路自动控制的单结晶体管触发电路改变改变u uk k的大小的大小可改变控制角可改变控制角的大小的大小V V3 3相当于一个可变相当于一个可变电阻，改变它的大电阻，改变它的大小可改变控制角小可改变控制角的大小的大小V V5 5起续流作用起续流作用V V6 6保证只输保证只输出正半周信出正半周信号号第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路二、集成触发器二、集成触发器KJ004KJ004集成触发器的应用电路集成触发器的应用电路集成触发器集成触发器单相半波可控单相半波可控整流电路整流电路为为V1管提供触管提供触发信号发信号为为V2管提供触
43、管提供触发信号发信号改变改变RP可调整控可调整控制角制角的大小的大小第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路1.理解有源逆变的工作原理.2.掌握有源逆变的条件.3.理解逆变角和逆变失败，了解最小逆变角.返 回 章 目 录第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路7-6 7-6 有源逆变电路有源逆变电路一、直流发电机电动机系统的功率传递一、直流发电机电动机系统的功率传递直流发电机、电动机之间的能量转换第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路二、有源逆变电路的工作原理二、有源逆变电路的工作原理三相半波整流电路整流与逆变三相半波整流电路整流与逆变a)a)整流电路整流电路b
44、)b)逆变电路逆变电路第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路()重物提升，整流电路工作在整流状态IdUdEM()重物下放，整流电路工作在逆变状态IdEM Ud 由于晶闸管的单向导电性，逆变时Id 方向未变，电动机电磁转矩的方向也未变，当重物下降时，电磁抱闸通电松开，电动机在下降重物的带动下反转并逐渐加速，产生的电动势也逐渐增加，可调节 到大于，当EM Ud 时有Id 流过，电动机产生制动转矩，当制动转矩增大到与重物产生的机械转矩相等时，重物保持匀速下降，在之间调节 值，就可方便地改变重物匀速下降的速度.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路三、实现有源逆变的条件三、实现
45、有源逆变的条件 通过以上分析，可以发现实现有源逆变必须同时满足两个条件:.要有直流电动势，如直流电机的电枢电势或蓄电池等，其极性和晶闸管的导通方向一致，其值大于Ud，才能提供逆变能量.晶闸管的控制角，使Ud，才能把直流功率逆变为交流功率返送回电网.以上两个条件，缺一不可.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路()对于半控桥式晶闸管电路或直流侧并接有续流二极管的电路，由于整流电压Ud不可能为负值，所以不能实现有源逆变.要实现逆变，只能采用晶闸管全控电路.()为了保证电路回路电流的连续性，逆变电路中一定要串联大电抗.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路四、逆变角四、逆变角
46、 通过以上分析得知，同样的整流电路既可工作在整流状态，又可工作在逆变状态，这两种工作状态的区别仅仅是控制角 的不同，当时，电路工作在整流状态，当时，电路工作在逆变状态，这两种状态的直流输出电压都是UdUdocos逆变角 的表示方法a)三相b)单相第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路五、三相桥式有源逆变电路五、三相桥式有源逆变电路 三相桥式整流电路用作有源逆变时，就成了三相桥式有源逆变电路.三相桥式有源逆变电路的工作和三相桥式整流电路一样，要求每隔依次触发晶闸管，当电流连续时，每个晶闸管导通，触发脉冲是双窄脉冲或宽脉冲.如图所示为时的输出电压波形.直流输出电压为Ud.Ucos三相全
47、控桥式三相全控桥式有有源逆变电路输出工作波形源逆变电路输出工作波形a)a)变压器二次侧电压波形变压器二次侧电压波形b)b)有源逆变电路输出电压波有源逆变电路输出电压波形形第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路六、逆变失败原因和最小逆变角六、逆变失败原因和最小逆变角 逆变电路运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管形成短路，或者使交流电源和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路内阻很小，超过一定的时限就会形成极大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆.造成逆变失败的原因很多，主要有下列几种情况.触发电路工作不可靠.晶闸管发生故障.交流电源发生异常.换相时逆变角太
48、小， 引起换相失败第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路1.了解无源逆变的工作原理.2.了解电路的换流方式.3.了解电压型和电流型逆变电路.返 回 章 目 录第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路7-7 7-7 无源逆变电路无源逆变电路逆变电路及其波形举例a)无源逆变电路原理图b)负载上的电压电流波形 当负载为电阻性时，输出电流io与输出电压uo波形相同，且为同相位.当负载为电感性时，io的相位滞后uo，两者的波形的形状不同.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路二、换流方式二、换流方式()器件换流 利用全控器件的自关断能力换流称为器件换流.在采用IGBT、
49、电力MOSFET、GTO等全控器件的电路中，其换流方式即为器件换流.()电网换流 由电网提供换流电压称为电网换流.前面介绍的可控整流电路用有源逆变电路，都是借助电网电压实现换流的，都属于电网换流.()负载换流 由负载提供换流电压称为负载换流.凡是负载电流相位超前负载电压的场合，都可以实现负载换流.当负载为电容性负载，或负载为同步电动机时，就可以实现负载换流.图直接耦合式强迫换流的原理图第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路()强迫换流 设置附加的换流电路，给出欲关断的晶闸管强迫施加反向电压或反向电流的换流方式称为强迫换流.强迫换流通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容
50、换流. 强迫换流有两种方式，分别是直接耦合式换流和电感耦合式换流.直接耦合式强迫换流的原理图第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路 a和b是两种不同的电感耦合式换流原理图.图a中晶闸管在LC振荡的第一个半周期内关断，图b中晶闸管在LC振荡第二个半周期内关断(因为在晶闸管导通期间，两图中电容所充的电压的极性不同).这两种情况下，晶闸管都是在正向电流减至零且二极管开始流过电流时关断.二极管上的管压降就是加在晶闸管上的反向电压.第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路三、电压型和电流型逆变电路三、电压型和电流型逆变电路.电压型逆变电路电压型逆变电路主要有半桥式、单相全桥式和三相
51、桥式三种.图为电压型半桥和单相全桥两种逆变电路.电压型逆变电路第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路.电流型逆变电路 电流型逆变电路主要有单相桥式逆变电路和三相桥式逆变电路.图为电流型三相桥式逆变电路.在电流型逆变器中，为了吸收换流时负载电感储存的能量，一般在交流侧设置电容器.在换流时，由于负载电感中的电流给电容充电，使电流型逆变器的输出中出现了浪涌电压.电流型三相桥式逆变电路第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路1.了解无源逆变的工作原理.2.了解电路的换流方式.3.了解电压型和电流型逆变电路.返 回 章 目 录第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路一、变
52、频器一、变频器变频变频：将某一频率的电源转换成另一频率（或频率可调）的电源：将某一频率的电源转换成另一频率（或频率可调）的电源.变频器变频器直接变频器（交直接变频器（交交变频器）交变频器）间接变频器（交间接变频器（交直直交变频器）交变频器）交交交变频器及工作原理交变频器及工作原理交交直直交变频器及工作原理交变频器及工作原理逆变器逆变器整流器整流器正正组组反反组组uLuLt0uLt0uLRL+-UiV1V2V3V4频率的大小取决于两组电路的切换频率频率的大小取决于两组电路的切换频率.7-8 7-8 晶闸管的其他应用电路晶闸管的其他应用电路第七章第七章 晶闸管及其应用电路晶闸管及其应用电路二、单相
53、交流调压器二、单相交流调压器应用：应用：电动机的调压、调速与正反转控制，以及机场、摄影、电动机的调压、调速与正反转控制，以及机场、摄影、舞台灯的调光和加热炉的温度控制等舞台灯的调光和加热炉的温度控制等.工作原理：工作原理：ui为正半周时，在为正半周时，在t1（t1=）时刻将触发信号加到）时刻将触发信号加到V2的门极，的门极，V2导通，当导通，当ui过零时，过零时，V2自行关断自行关断. ui为负半周时，在为负半周时，在t2 （t2=+）时刻将触发信号加到）时刻将触发信号加到V1的门极，的门极，V1导导通，当通，当ui过零时，过零时，V1自行关断自行关断. 调节控制角调节控制角，可改变输出电压的高低，可改变输出电压的高低.V1V2uiuLRLui0tuLt1t2t3t交流调压电路图交流调压电路图交流调压波形图交流调压波形图返 回 章 目 录
