第11章 晶闸管及其应用电路-文档资料
电力电子(晶闸管整流)
一、概述二、课程设计方案本次课程设计的要紧内容是利用晶闸管整流来设计直流电机操纵系统，要紧设计内容有1、电路功能：〔1〕、用晶闸管缺角整流实现直流调压，操纵直流电动机的转速。
〔2〕、电路由主电路与操纵电路组成，主电路要紧环节：整流电路及保卫电路。
操纵电路要紧环节：触发电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保卫电路。
〔3〕、主电路电力电子开关器件采纳晶闸管、IGBT或MOSFET。
〔4〕、系统具有完善的保卫2、系统总体方案确定3、主电路设计与分析〔1〕、确定主电路方案〔2〕、主电路元器件的计算及选型〔3〕、主电路保卫环节设计4、操纵电路设计与分析〔1〕、检测电路设计〔2〕、功能单元电路设计〔3〕、触发电路设计〔4〕、操纵电路参数确定设计要求有一下四点：1、设计思路清晰，给出整体设计框图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。
4、绘制总电路图5、写出设计报告；要紧的设计条件有：1、设计依据要紧参数〔1〕、输进输出电压：〔AC〕220〔1+15%〕、〔2〕、最大输出电压、电流依据电机功率予以选择〔3〕、要求电机能实现单向无级调速〔4〕、电机型号布置任务时给定2、可提供实验与仿真条件三、系统电路设计1、主电路的设计〔1〕、主电路设计方案主电路的要紧功能是实现整流，将三相交流电变为直流电。
要紧通过整流变压器和三相桥式全控整流来实现。
整流变压器是整流设备的电源变压器。
整流设备的特点是原方输进电流，而副方通过整流原件后输出直流。
变流是整流、逆流和变频三种工作方式的总称，整流是其中应用最广泛的一种。
作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。
工业用的整流直流电源大局部根基上由交流电网通过整流变压器与整流设备而得到的。
整流变压器是专供整流系统的变压器。
整流变压器的功能：1.是提供整流系统适当的电压，2.是减小因整流系统造成的波形畸变对电网的污染。
晶闸管触发电路
形与时间横轴的交点,就改变了V4转为导通的时刻,即改变了触发脉冲产生的 时刻,达到移相的目的.
2.6.2
单结晶体管也称为双基极二极管,它有一个发射极和两个基 极, 外形和普通三极管相似. 单结晶体管的结构是在一块高电阻 率的N型半导体基片上引出两个欧姆接触的电极：第一基极B1 和第二基极B2；在两个基极间靠近B2处,用合金法或扩散法渗入 P型杂质,引出发射极E.单结晶体管共有上述三个电极, 其结构示 意图和电气符号如图1-15所示.B2 、B1间加入正向电压后, 发射 极E、 基极B1间呈高阻特性. 但是当E的电位达到B2 、B1间电压 的某一比值例如59%时,E、 B1间立刻变成低电阻,这是单结晶体 管最基本的特点.
1、KC04移相触发器 主要用于单相或三相全控桥装置
1KC04移相触发器的主要技术指标如下： 电源电压：DC±l5V,允许波动±5%； 电源电流：正电流≤l5mA,负电流≤8mA；
移相范围：≥ 170 0 u=s 30V, =lR54KΩ； 脉冲宽度：400s～2ms；
脉冲幅值：≥13V； 最大输出能力：100mA；
2． 移相控制
当调节电阻RP增大时,单结晶体管充电到峰点电压Up的时间 即充电时间增大,第一个脉冲出现的时刻后移,即控制角α增大, 实现了移相.
3．
触发脉冲由R1直接取出,这种方法简单、经济, 但触发电路 与主电路有直接的电联系,不安全. 可以采用脉冲变压器输出来 改进这一触发电路.
3．单结晶体管触发电路
晶闸管及其应用《模拟电子技术基础》课件(全集)
利用逆变技术将直流电转换为交流 电，为电子设备提供电源。
04
04 晶闸管与其他电子元件的 比较
与二极管的比较
总结词
二极管与晶闸管在结构和工作原理上存在显著差异。
详细描述
二极管是由一个PN结组成的半导体器件，具有单向导电性，主要用于整流、检波和保护等电路中。而 晶闸管则是由三个PN结组成的半导体器件，具有可控的单向导电性，主要用于可控整流、开关和调压 等电路中。
晶闸管工作原理
总结词
晶闸管通过控制门极电压实现对其通断的控制。
详细描述
当在晶闸管的门极施加适当的正向电压时，晶闸管内部的空穴和电子在强电场的作用下分别向阴极和阳极运动， 形成正向电流。这个电流使晶闸管内部的PN结处于导通状态，允许电流通过。当门极施加反向电压时，晶闸管 内部的PN结处于截止状态，电流无法通过。
未来展望与研究方向
新材料与新工艺
研究新型半导体材料和制程技术，提高 晶闸管的性能和可靠性，以满足不断发
展的应用需求。
集成化与模块化
推动晶闸管的集成化和模块化发展， 简化电路设计和系统搭建，降低成本
并提高可靠性。
高频率、大容量
研究实现更高工作频率和更大容量的 晶闸管，提升电力电子系统的转换效 率和应用范围。
1970-1980年代
随着电力电子技术的快速发展，晶闸管在变频器、 电机控制等领域得到广泛应用。
ABCD
1950-1960年代
晶闸管技术逐渐成熟，开始应用于工业控制和电 力电子领域。
1990年代至今
晶闸管技术不断创新，新型材料和工艺的应用提 高了其性能和可靠性，拓宽了应用领域。
晶闸管的应用前景
新能源领域
02 晶闸管特性
晶闸管应用电路
在u2的正半周，VH1、VD2承受正向电压，当ωt=α时，控制极加上 触发脉冲uG，令晶闸管VH1触发导通，续流二极管VD3承受反向电压而 截止。电流流经VH1、L、RL、VD2，输出电压uo≈u2。
晶闸管刚触发导通时，由于电感元件产生阻碍电流变化的感应电动 势，电路中的电流不能跃变，将由零逐渐上升。当电流到达最大值时， 感应电动势为零，而后电流随u2沿正半周减小，电感感应电势改变极性， 和u2相同。
α=59o
导通角θ=180o－α=121o
负载电流有效值为
IO
Vi RL
sin 2 2 4
RL
VOAV I O( AV )
75 20
3.75
则
IO
220 3.75
180O 59O sin 2 59O
37.4A
360O
4
2. 单相桥式可控整流电路（电阻性负载）
在u2的正半周，VH1、VD2承受正向电压，若晶闸管的控制极不加脉 冲uG，VH1不导通，此时负载中没有电流流过。当ωt=α时，控制极加上触 发脉冲uG，VH1导通，电流流经VH1、RL、VD2。由于晶闸管导通时管压 降很小，所以负载上的电压uo≈u2。这时VH2和VD1因承受反向电压而处于 阻断状态。当ωt=π时，u2降为零，VH1又变为阻断。
【例10-1】一电热装置（电阻性负载）要求直流平均电压75V，负载电流
20A，采用单相半波可控整流电路直接从220V交流电网供电，试计算晶闸管
的控制角α、导通角θ及负载电流有效值。
解：由
VOAV
0.45Vi
1
cos
2
当UO(AV)=75V时，有
cos 2VO(AV ) 1 0.515
0.45Vi
11晶闸管电路及其应用-51页文档资料
K（阴极）
大电流螺 栓式
螺栓式结构
小电流 螺栓式
平板式结构
2.工作原理
A
P1 N1 N1
G
P2 P2 N2
K
阳极A和阴极KA加反正向电压
• 控制无极论G和控阴制极KG之与间阴不极加K 正 向电之压间是否加有V电T1压，晶闸 反 正偏 偏管均晶不闸G能管导不通导。通 反•电偏压控制极G和阴极K之间加VT正2 向 反 正偏正向电压足够大时，三个PN
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uou2, uT0。
u2 < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通,
uo = 0, uT = u2 ，故称可控整流。
工作原理 u2
O
ug
t1
2
t
O
t
u 2 > 0时:0~t1, ug 0, 晶闸管不导通。
uo0, uTu。
t1 : 加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uou, uT0。
a
T1
RL
D2
a
+
u
T1
T2 RL
++uo
–
–
D1
D2 –
b
T1、T2 晶闸管 b D1、D2晶体管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
(b)电压u 为负半周时
a
T2和D1承受正向
+
T1
电压。 T2控制极加触 发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为
u
–
D1
b
b
T2
RL
D1
a
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
单向晶闸管等效电路-概述说明以及解释
单向晶闸管等效电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：单向晶闸管（SCR），又称为可控硅，是一种广泛应用于电力电子领域的器件。
它具有可控性强、可靠性好、耐高压等特点，被广泛应用于电压和电流控制、能量转换以及电力传输等领域。
单向晶闸管的出现，使得电力系统的控制和调节更加灵活方便。
本文旨在深入研究和探讨单向晶闸管的等效电路模型，以了解其在电路中的作用和工作原理。
通过对单向晶闸管的原理、等效电路模型以及其特点的总结，我们可以进一步探讨其在电力电子技术领域的应用前景和发展趋势。
在接下来的正文部分，我们将首先介绍单向晶闸管的原理，包括其基本结构和工作原理。
然后，我们会重点讨论单向晶闸管的等效电路模型，以便更加清楚地描述其在电路中的行为和特性。
通过深入了解单向晶闸管的等效电路模型，我们可以更好地理解其在电力电子系统中的应用和控制方法。
最后，文章将总结单向晶闸管的特点和优势，并展望其在电力电子技术领域的应用前景。
随着科技的不断发展，单向晶闸管在能量转换、电力传输和电路控制等领域将发挥越来越重要的作用。
对于电力系统的稳定运行和能源的高效利用，单向晶闸管的进一步研究和应用具有重要的意义。
本文的目的是通过对单向晶闸管的原理和等效电路模型的介绍，帮助读者了解和掌握单向晶闸管在电力电子领域的应用。
希望读者能够通过本文的学习，对单向晶闸管有更深入的认识，并进一步探索其在电力电子技术领域中的创新应用。
文章结构部分的内容主要是介绍整篇文章的组织结构，以帮助读者理清思路和掌握文章的脉络。
下面是文章结构部分的内容：1.2 文章结构本文共分为三个部分：引言、正文和结论。
下面将对每个部分的内容进行简要介绍。
引言部分（第1节）主要对单向晶闸管等效电路的研究背景和意义进行概述。
首先介绍晶闸管在电力电子领域中的重要性，以及单向晶闸管作为一种重要的电子元器件在各个领域中的广泛应用。
然后引出本文的研究目的，并简要阐述文章的结构和各个部分的主要内容。
电工电子技术教案11-模块十一 电力电子技术
电工电子技术及应用教案（83）【课题编号】83-11-01【课题名称】认识晶闸管【教学目标】知识传授目标：1.掌握晶闸管的结构和电路符号。
2.理解晶闸管的工作原理。
3.解晶闸管的特性、国产晶闸管型号及其含义及主要参数。
能力培养目标1.培养学生的抽象思维能力。
2.养成一定的动手实践能力。
【教学重点】晶闸管的工作原理和应用技术。
【难点分析】晶闸管的结构和种类，晶闸管的伏安特性曲线及主要参数。
【学情分析】学生的抽象思维能力较弱，不易直接讲解晶闸管的工作原理，就先通过演示实验，让学生观察到晶闸管的特性和应用，以激发他们的学习兴趣，从而引导他们掌握晶闸管的工作原理。
【教学方法】实验法、讲授法【教具资源】晶闸管及演示其导通的实验装置、多媒体课件【课时安排】1学时【教学过程】一、导入新课晶闸管是一种利用弱电控制强电的半导体器件，它使电子技术应用非常广泛。
国防军事、工业交通、农业商业、家用电器方面，无不渗透着电力电子技术的新成就。
二、讲授新课教学环节1 晶闸管的结构符号教师活动：投影晶闸管的多媒体动画。
学生活动：观察晶闸管的多媒体动画。
初步掌握晶闸管的结构和电路符号。
教学环节2 晶闸管的工作原理演示教师活动：演示晶闸管的触发导通实验学生活动：观察实验现象，理解晶闸管导通的条件和关断的条件。
讲解教师活动：重点讲解晶闸管内部可看成是两个三极管连结。
有触发信号时内部电路形成强烈的正反馈，其使迅速导通。
教学环节3晶闸管的伏安特性教师活动：投影晶闸管伏安特性曲线的多媒体课件。
学生活动：观察伏安特性曲线的转折点并理解原理。
教学环节4晶闸管的型号和主要参数教师活动：展示晶闸管的型号和主要参数学生活动：认真听讲，理解并记忆。
三、课堂小结教师与学生共同回顾晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、晶闸管的型号以及主要参数，把分散的知识联系起来，综合理解晶闸管的特性。
四、课堂练习1.晶闸管是由半导体材料制成的可控电子开关。
（）2.晶闸管一旦导通后，其阳阴极伏安特性与整流二极管的正向伏安特性相似。
晶闸管及其触发电路简介
C3
12
13
14 15
R1 2
16
(1~ 6脚为6路单脉冲输入)
16
1
15
2
14
3
4
5
6
7
8
13
12
KJ0 4 1
11
10
9
(1 5 ~1 0脚为6路双脉冲输出)
至VT1 至VT2 至VT3 至VT4 至VT5 至VT6
电力电子技术 第5章
晶闸管的触发电路
交流开关及其应用电路
常规的电磁式开关在断开负载时往往有电弧产生， 触头易烧损、开断时间长；在运行过程中会产生噪音 污染环境等等。由电力电子器件组成的交、直流开关 具有无触头、开关速度快、使用寿命长等优点，因而 获得广泛的应用。
A
P1
N1
G
P2
N2
K
A
IA α1
P1N1P2
IC1
IC2
G
α2
N1P2N2
IK
K
A
G K
电力电子技术 第5章 晶闸管的触发电路
门极关断（GTO）晶闸管
2. 导通关断条件
A
G K
A
R
IA
P1N1P2
IG
α1
IC1
IC2
EA
G N1P2N2 α2
EG
IK
K
导通过程等效电路
导 通 与晶闸管相同，AK正偏，GK正偏。
电力电子技术 第5章 晶闸管的触发电路
第一节 单结晶体管触发电路
b2
e
VD Rb2 A
UD Rb1
UA
Rb2U bb Rb1 Rb2
Ubb
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N1
P2
J2 g
P2
g
J3
N2
N2
k
k
(a)
(b)
P1
N1
IC2
IC1
g
P2Байду номын сангаас
RG
IG
V1
＋
UGG －
k
(c)
RA
＋ UAA
－
图11.4
(a) 内部结构示意图； (b) 分解两个晶体管； (c) 等效电路
晶闸管及其应用电路
如果在控制极不加电压, 无论在阳极与阴极之间加上何 种极性的电压, 管内的三个PN结中, 至少有一个结是反偏的, 因而阳极没有电流产生, 当然就出现了图11.3(a)、 (b)所示 灯泡不亮的现象。
晶闸管及其应用电路
11.1.2 晶闸管的内部结构及工作原理
1．内部结构
晶闸管的内部结构如图11.4(a)所示。 由图可知， 晶闸 管由PNPN四层半导体构成, 中间形成三个PN结: J1, J2, J3, 由最外层的P1、 N2分别引出两个电极称为阳极a和阴极k, 由中间的P2引出控制极g。
2． 工作原理
R － UGG ＋
S
(e)
S
(g)
R ＋
UAA
＋
－
UGG
－
亮
S
暗
灭
(f)
＋
R
UAA
－
－
UGG
＋
S
(h)
图 11.3 晶闸管工作示意图
＋ UAA
－
－ UAA
＋
晶闸管及其应用电路
(4) S合上, UGK为正向, UAA为正向, 灯泡亮, 称之为触发 导通, 如图11.3(d)所示。
(5) 在(4)基础上, 断开S, 灯泡仍亮, 称之为维持导通, 如 图11.3(e)所示。
晶闸管及其应用电路
第11章 晶闸管及其应用电路
11.1 晶闸管 11.2 单相控制整流电路 11.3 单结晶体管出发电路 11.4 双向晶闸管及其应用电路
晶闸管及其应用电路
11.1 晶闸管
11.1.1 晶闸管的实物图及其性能演示 1． 外形及其符号
阳极a
晶闸管及其应用电路
控制极g 阳极a
k g
阴极k
晶闸管及其应用电路
11.1.3 晶闸管的伏安特性曲线及其主要参数 1． 晶闸管的伏安特性 晶闸管的伏安特性如图11.5所示。 以下分别讨论其正 向特性和反向特性。 1） 正向特性 (1) 正向阻断状态。 若控制极不加信号, 即IG=0, 阳极加正向电压UAA, 晶闸 管呈现很大电阻, 处于正向阻断状态, 如图中OA段。
(6) 在(5)基础上, 逐渐减小UAA, 灯泡亮度变暗, 直到熄 灭, 如图11.3(f)所示。
(7) UGG反向, UAA正向, 灯泡不亮, 称之为反向触发, 如 图11.3(g)所示。
(8) UGG反向, UAA反向, 灯泡仍不亮, 如图11.3(h)所示。
晶闸管及其应用电路
3） 现象分析及结论 (1) 由图11.3(c)、 (d)得出, 晶闸管具有单向导电性。 (2) 由图(a)、 (b)、 (d) 、 (g)、 (h)得出, 只有在控 制极加上正向电压的前提下, 晶闸管的单向导电性才得 以实现。 (3) 由图11.3(e)得出, 导通的晶闸管即使去掉控制极 电压, 仍维持导通状态。 (4) 由图11.3(f)得出, 要使导通的晶闸管关断, 必须 把正向阳极电压降低到一定值才能关断。
晶闸管及其应用电路
直至晶闸管完全导通。 这时晶闸管ak之间的正向压降约 为0.6～1.2 V。 因此流过晶闸管的电流IA由外加电源UAA 和负载电阻RA决定, 即IA≈UAA/RA。 由于管内的正反馈, 使管子导通过程极短, 一般不超过几微秒。 图11.3(d)的演 示就是证明。
晶闸管一旦导通, 控制极就不再起控制作用, 不管UGG 存在与否, 晶闸管仍将导通。 若要导通的管子关断, 则只 有减小UAA, 直至切断阳极电流, 使之不能维持正反馈过程, 如图11.3(f)所示。 在反向阳极电压作用下, 两只三极管均 处于反向电压, 不能放大输入信号, 所以晶闸管不导通。
为了说明晶闸管的工作原理, 可把四层PNPN半导体分 成两部分, 如图11.4(b)所示。 P1, N1, P2组成PNP型管, N2, P2, N1组成NPN型管, 这样, 可控硅就好像是由一对互补复 合的三极管构成的, 其等效电路如图11.4(c)所示。
晶闸管及其应用电路
a
a
a
IA
V2
P1
J1 N1
晶闸管及其应用电路
iA
C
正向导通
如果在晶闸管ak之间接入正向阳极电压UAA后, 在控制 极加入正向控制电压UGG, V1管基极便产生输入电流IG, 经V1 管放大, 形成集电极电流IC1=β1UG, IC1又是V2管的基极电流, 同样经过V2的放大, 产生集电极电流IC2=β1β2IG, IC2又作为V1 的基极电流再进行放大。 如此循环往复, 形成正反馈过程, 晶闸管的电流越来越大, 内阻内阻急剧下降, 管压降减小,
(3) S合上, UGK为正向, UAA为反向, 灯泡不亮, 称之为 反向阻断, 如图11.3(c)所示。
R
＋ UGG
－
S
(a)
R
＋ UGG
－
S
(c)
晶闸管及其应用电路
＋
UAA －
UGG
R ＋
－
S
(b)
－
UAA ＋
UGG
R ＋
－
S
(d)
－ UAA
＋
＋ UAA
－
晶闸管及其应用电路
R ＋ UGG －
晶闸管及其应用电路
a
R
＋ UGG
－
Sg k
图 11.2 晶闸管连接图
＋
UAA －
晶闸管及其应用电路
(1) 阳极与阴极之间通过灯泡接电源UAA。 (2) 控制极与阴极之间通过电阻R及开关S接控制电源 (触发信号)UGG。 2） 操作过程及现象 (1) S断开, UGK=0, UAA为正向, 灯泡不亮, 称之为正向 阻断， 如图11.3(a)所示。 (2) S断开, UGK=0, UAA为反向, 灯泡不亮, 如图11.3(b) 所示。
k g
V
阴极k
a
(a)
a
控制极g
kag
(b)
(c)
(d)
图11.1 (a) 螺栓式； (b) 平板式； (c) 塑封式； (d) 符号
晶闸管及其应用电路
2． 类型 可控硅按其容量有大、 中、 小功率管之分, 一般认 为电流容量大于50 A为大功率管, 5 A以下则为小功率管, 小功率可控硅触发电压为1 V左右, 触发电流为零点几到 几毫安, 中功率以上的触发电压为几伏到几十伏, 电流几 十到几百毫安。 按其控制特性, 有单向可控硅和双向可控 硅之分。 3． 演示电路及操作过程 1) 演示电路 电路的连接, 如图11.2所示。