电力电子学晶闸管及其基本电路
机电传动控制课程指导书
《机电传动控制》课程学习指导书课程学习方法指导《机电传动控制》是机械类、机械电子工程（机电一体化）等专业的一门主干技术基础课。
本课程的先修课程主要有电路、模拟电子技术、数字电子技术等。
本课程学习的基本要求是：（1）了解机电传动控制系统的组成，掌握机电传动的基本规律；（2）掌握常用电机、电器、晶闸管及其基本电路的基本工作原理、主要特性，了解其应用与选用；（3）掌握继电器-接触器控制、可编程控制器的基本工作原理，学会用它们来实现生产过程的自动控制；（4）学会分析机电传动控制系统的基本方法。
本课程学习时，首先要了解问题是如何提出的，特别是注意对基本物理概念、基本工作原理、基本公式的理解和掌握，学会分析问题的方法和思路，注意各个部分内容之间的联系，了解其应用；而后做课程指导书中的相关自测题目，用以检验对所学内容的掌握程度；同时应合理安排学习时间，按照计划阅读教材，提高学习效率。
课程学习进度安排本课程学习时建议每周完成3～4个学时。
并认真阅读本课程指导书、完成相关自测题目。
具体进度可参照下列学时分配进行第一章概述(1学时)第二章机电传动系统的动力学基础(3学时)第三章直流电机的工作原理及特性(5学时)第四章交流电动机的工作原理及特性(6学时)第五章继电器—接触器控制系统(4学时)第六章可编程序控制器PLC(5学时)第七章电力电子学—晶闸管及其基本电路(5学时)第八章步进电动机传动控制系统(3学时)课程学习课时分配第一章概述(1学时)1) 机电传动的目的和任务2) 机电传动及其控制系统的发展概况3) 课程的性质、任务及其总体安排第二章机电传动系统的动力学基础(3学时)1) 机电传动系统的运动方程式2) 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算3) 生产机械的机械特性4) 机电传动系统稳定运行的条件第三章直流电机的工作原理及特性(5学时)1) 直流电机的基本结构和工作原理2) 直流发电机3) 直流电动机的机械特性4) 直流他励电动机的启动、调速、制动特性第五章交流电动机的工作原理及特性(6学时)1) 三相异步电动机的结构和工作原理2) 三相异步电动机的定子电路和转子电路3) 三相异步电动机的转距与机械特性4) 三相异步电动机的启动、调速、制动特性5) 单相异步电动机6) 同步电动机的工作原理、特点及应用第八章继电器—接触器控制系统(4学时)1) 常用控制电器与执行电器2) 继电器—接触器控制的常用基本线路3) 继电器—接触器控制线路举例及设计简介第九章可编程序控制器PLC(5学时)1) 可编程序控制器的基本结构、工作原理和主要特点2) 可编程序控制器的内部等效继电器电路3) 可编程序控制器的编程和指令系统4) 可编程序控制器的应用第十章电力电子学—晶闸管及其基本电路(5学时)1) 电力半导体器件2) 单相可控整流电路3) 三相可控整流电路4) 逆变器第十二章步进电动机传动控制系统(3学时)1) 步进电动机2) 步进电动机的计算机控制3) 步进电动机的驱动电路第一章绪论（略）第二章机电传动系统的动力学基础2.1 本章学习目标1．理解多轴拖动系统中转矩和转动惯量的折算，了解集中典型的生产机械的机械特性；2．熟练掌握机电传动系统的运行方程式，转矩和转动惯量的折算原则，机电传动系统稳定运行的条件；3．能运用机电传动系统稳定运行的条件，分析和判别系统的稳定平衡点。
陈坚--电力电子学
In B(1a)In E(1a)IE
IEICIB
IC IC 0 BIn C ICB a O IE IC a(1 a )IB IC 0( B 1 a )
ICIB(1)IC0B
ICIB
25
2.2.2 三极管的静态特性 三极管输入、输出特性
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第2章
半导体电力开关器件
2 半导体电力开关器件
2.1 电力二极管 2.2 双极结型电力晶体管BJT 2.3 晶闸管及其派生器件 2.4 门极可关断晶闸管GTO 2.5 电力场效应晶体管P－MOSFET 2.6 绝缘门极双极型晶体管IGBT *2.7 *2.8 自学 2.9 半导体电力开关模块和功率集成电路 本章小结
IFRIFrms /1.57
15
半导体电力二极管的开关特性
开关过程，由导通状态转为阻断状态 并不是立即完成，它要经历一个短时 的过渡过程；
此过程的长短、过渡过程的波形对不 同性能的二极管有很大差异；
理解开关过程对今后选用电力电子器 件，理解电力电子电路的运行是很有 帮助的，因此应对二极管的开关特性 有较清晰的了解。
现今商品化的电力三极管的额定电压、电流大都 不超过1200V、800A; 已经淘汰
28
2.3 晶闸管及其派生器件
晶闸管实物图
29
2.3 晶闸管及其派生器件
2.3.1 逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈 2.3.2 逆导型晶闸管RCT 2.3.3 光控晶闸管LCT 2.3.4 双向晶闸管TRIACIGBT
状态： 导通、阻断
过程： 开通、关断
16
半导体电力二极管的开关特性（续） 二极管开通及反向恢复过程示意图
电力电子实验报告
电力电子实验报告————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验一SCR（单向和双向）特性与触发实验一、实验目的1、了解晶闸管的基本特性。
2、熟悉晶闸管的触发与吸收电路。
二、实验内容1、晶闸管的导通与关断条件的验证。
2、晶闸管的触发与吸收电路。
三、实验设备与仪器1、典型器件及驱动挂箱（DSE01）—DE01单元2、触发电路挂箱Ⅰ（DST01）—DT02单元3、触发电路挂箱Ⅰ（DST01）—DT03单元（也可用DG01取代）4、电源及负载挂箱Ⅰ（DSP01）或“电力电子变换技术挂箱Ⅱa（DSE03）”—DP01单元5、逆变变压器配件挂箱（DSM08）—电阻负载单元6、慢扫描双踪示波器、数字万用表等测试仪器四、实验电路的组成及实验操作图1-1 晶闸管及其驱动电路1、晶闸管的导通与关断条件的验证：晶闸管电路面板布置见图1-1，实验单元提供了一个脉冲变压器作为脉冲隔离及功率驱动，脉冲变压器的二次侧有相同的两组输出，使用时可以任选其一；单元中还提供了一个单向晶闸管和一个双向晶闸管供实验时测试，此外还有一个阻容吸收电路，作为实验附件。
打开系统总电源，将系统工作模式设置为“高级应用”。
将主电源电压选择开关置于“3”位置，即将主电源相电压设定为220V；将“DT03”单元的钮子开关“S1”拨向上，用导线连接模拟给定输出端子“K”和信号地与“DE01”单元的晶闸管T1的门极和阴极；取主电源“DSM00”单元的一路输出“U”和输出中线“L01”连接到“DP01”单元的交流输入端子“U”和“L01”，交流主电源输出端“AC15V”和“O”分别接至整流桥输入端“AC1”和“AC2”，整流桥输出接滤波电容（“DC+”、“DC-”端分别接“C1”、“C2”端）；“DP01”单元直流主电源输出正端“DC+”接“DSM08”单元R1的一端，R1的另一端接“DE01”单元单向可控硅T1的阳极，T1的阴极接“DP01”单元直流主电源输出负端“DC-”。
机电传动控制重点
第一章概述了解机电传动控制系统的发展概况。
第二章机电传动系统的动力学基础【重点内容】运动方程式及其含义；多轴拖动系统中转矩折算；机电传动系统稳定运行的条件;分析系统的稳定平衡点.【难点】机电传动系统稳定运行的条件；分析系统的稳定平衡点.第三章直流电机的工作原理及特性【重点内容】直流电动机的机械特性；启动,调速,制动的各种方法；启动，调速,制动的各种方法的优缺点和应用场所。
【难点】启动，调速,制动的各种方法。
第四章机电传动系统的过渡过程【基本内容】在了解过渡过程产生的原因和研究过渡过程的实际意义的基础上,掌握机电传动系统在启动，制动过程中转速，转矩和电流的变化规律，掌握机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径.【重点内容】掌握机电时间常数的物理意义以及缩短过渡过程的途径.第五章交流电动机的工作原理及特性【重点内容】1.异步电动机的工作原理，基本结构，旋转磁场的产生;2。
异步电动机的机械特性;3.异步电动机的启动，调速和制动的方法（与直流电动机进行比较）；4。
学会用机械特性的四个象限来分析异步电动机的运行状态;5。
掌握单相异步电动机的启动方法和工作原理;6。
了解同步电动机的结构特点，工作原理,运行特性及启动方法;7。
掌握各种异步电动机和同步电动机的使用场所.【难点】异步电动机的旋转磁场的产生；分析异步电动机的运行状态;异步电动机的启动,调速和制动的方法.第六章控制电机了解机电传动控制系统中一些常用的控制电机种类，名称，结构等。
【重点内容】掌握各种控制电机的基本工作原理,主要运行特性及特点.第七章机电传动控制系统中电动机的选择【一般要求】在了解电动机的发热与冷却规律的基础上,重点掌握电动机容量的选择,并熟悉电动机的种类,电压,转速和结构型式的选择原则.【重点内容】重点掌握电动机容量的选择原则及方法，可以通过统计法或类比法进行选择.第八章继电器—接触器控制系统【一般要求】在熟悉各种控制电器的工作原理，作用,特点表示符号和应用场所的基础上,着重掌握继电器—接触器控制线路中基本控制环节的构成和工作原理，学会分析较复杂的控制线路,并通过训练学会设计一些较简单控制线路.【重点内容】结合书中内容及附录1，附录2，掌握各电器符号及标准;掌握基本线路的分析设计,提高改错能力；掌握机床启动,正反转,制动，保护等主电路及控制线路的设计.第九章可编程序控制器【一般要求】在了解可编程序控制器的基本组成，工作原理，特点和用途的基础上，重点掌握F 系列中小型可编程序控制器的指令系统和编程方法以及应用实例。
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。
电工电子应用技术 晶闸管可控整流电路教案
单元十三电力电子技术基础（教案）注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25倍行距，居中）13.2晶闸管可控整流电路【教学过程】组织教学：1．检查出勤情况。
2．检查学生教材，习题册是否符合要求。
3．宣布上课。
引入新课：1．可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
2．通过实物演示及列举实例，让学生了解桥式整流电路的原理及应用，从而激发他们的学习兴趣。
讲授新课：13.2晶闸管可控整流电路13.2.1整流电路可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
13.2.1整流电路单相半波可控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。
比较常用的是半控桥式整流电路，简称半控桥，其电路如图13-2-1所示。
在变压器副边电压u的正半周（a端为正）时，T1和D2承受正向电压。
这时如对晶闸管T1引入触发信号，则T1和D2导通，电流的通路为a→T1→R L→D2→b图13-2-1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路这时T2和D1都因承受反向电压而截止。
同样，在电压u的负半周时，T2和D1（讲解）（讲解）观看PPT：整流电路)承受正向电压。
这时，如对晶闸管T 2引入触发信号，则T 2和D 1导通，电流的通路为： b→T 2→R L →D 1→a图13-2-2 电阻性负载时单相半控桥式整流电路的电压与电流的波形这时T 1和D 2处于截止状态。
电压与电流的波形如图13-2-2所示。
桥式整流电路的输出电压的平均值为2cos 219.00a U U +⋅= (13-2-1)输出电流的平均值为2cos 19.000aR U R U I L L +⋅==(13-2-2) 13.2.2晶闸管的过电流、过电压保护1．晶闸管的过电流保护由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升而可能把PN 结烧坏，造成元件内部短路或开路。
中南大学电力电子课程设计(晶闸管整流)
3.2变压器的参数计算
3.3闸管电路对电网及系统功率因数的影响
四、整流电路原理及设计
4.1整流元件的选择
4.2电流定额（INVT）的计算
五、触发电路的选择、原理及设计
5.1相控触发芯片的选择
5.2相控触发工作原理及电路原理图
六、保护电路的工作原理及元器件的选择
6．1保护电路的工作原理
6. 2保护电路元器件的选择
电力电子技术
课程设计报告
任课老师：杨建老师
课题名称：单相双半波晶闸管整流电路的设计(反电势、电阻负载)
设计者：程壹涛
班级：电气试验1301
学号：**********
时间：2015-12-05
一、课题选择
1.1课题名称
1.2设计条件
1.3任务要求
二、方案设计
2.1原理框图
三、主电路原理设计
3.1主电路中各元件参数的计算
结构比较简单。一方面是方便我们对设计电路中变压器型号。
第1章 晶闸管
有效值与平均值之比称为波形系数Kf则: Kf=I/Id或I= KfId 。 例:设晶闸管承受的电压有效值为２２０Ｖ，流过的电流平 均为１５７Ａ，波形系数为１.１１,考虑安全裕量，求晶 闸管电压、电流定额。 i 解：ＵＮ＝(2～3)1.414×220 IM =622 ～933Ｖ（取800Ｖ)
I K f Id I IT ( AV ) = (1.5 2) = (1.5 2) 1.57 1.57 1.11´ 157 0 （取 200 Ａ） = (1.5 2) = 166 222 A 图1-11 1.57
学习重点:
晶闸管的工作原理、基本特性、主要参数以 及选择和使用中应注意的一些问题。
1.1
引言
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，可控硅整流 器（Silicon Controlled Rectifier——SCR）
1956年美国贝尔实验室发明了晶闸管。 1957年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品。 1958年商业化。
第1章
1.1 引言
晶闸管
1.2 晶闸管的结构与工作原理 1.3 晶闸管的基本特性 1.4 晶闸管的主要参数 1.5 晶闸管的派生器件
1.6 电力二极管(整流二极管)
本章学习内容与重点
本章内容:
介绍晶闸管的工作原理、基本特性、主要参 数以及选择和使用中应注意的一些问题。 介绍电力二极管、晶闸管派生器件的基本特 性和使用中应注意的一些问题。
仿真实验
1.2 晶闸管的结构与工作原理
晶闸管的工作原理
⊕工作原理（从其内部四层结构来 A 分析） P1 ①定性分析 J1 N1 a. UG≤0，IG=0 G J2 P2 UAK＜0时，J1，J3反偏，J2正 J 3 偏，反向阻断，晶闸管不导通， N2 解释①。 K UAK＞0时，J1，J3正偏，J2反 偏，晶闸管不导通，解释⑤。图1-2 晶闸管的内部结构图
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2) 内部结构 ——它是PNPN四层三端元件。
3) 符号（如图所示）
2. 工作原理 l 实验情况
1)晶闸管承受正向电压，开关S（控制极 ）断开，此时电灯不亮，晶闸管关断。
2)在控制极与阴极之间再加上正向电压 （S接通），电灯发亮，晶闸管导通。
10.1.2 其它电力半导体器件
➢ 双向晶闸管 ➢ 可关断晶闸管 ➢ 功率晶体管 ➢ 整流二极管
1. 双向晶闸管（TRIAC）
l 特点 1) 三端子NPNPN元件； 2) 采用交流电源； 3) 相当于两只普通晶闸管反并联； 4) 双向控制，简化触发电路； 5) 成本低，可靠性好； 6) 主要应用于家用电器控制，调节交流电压。
IH
IH1120C 12IH2 25C
5. 型号及其含义（国产晶闸管）
3 CT /
U DRM
IT
可控整流元件
N型硅材料
例如：
三个电极
3CT50/500（ 为50A， 为500V）；
KP5-7（K—晶闸管，P—普通型，额定电流5A，额定电压700V）。
IT
U DRM
6. 判别管子的好坏 用万用表的欧姆档来判别管子的好坏。
3) （额定通态或正向平均电流，简称额定电流）——在环境温度不大
于40℃和标U准R散RM热及全导通时，晶闸管可以连续通过的工频正弦半波电流（
在一个周期内）的平均值。
U BR
“多少安的晶闸管”
IT
➢ 正弦半波电流的平均值
IT21 0 Imsi ntd (t)Im
➢ 正弦半波电流的有效值 ➢ 波形系数
l 符号(如图所示)
l 工作原理 1) 门极无信号时， 2) 导通条件：① ②
、 不导电。 "+" ， "-"，G "+"
"-"， "+"，G "-"
l 电压波形图(如图所示)
MT1 MT2
MT2
MT1
MT2
MT1
2. 可关断晶闸管（GTO）
l 特点 1) 控制极控制元件的导通和关断，所需
控制电流较大。 20 m A / 30μA
Ie 21 0Im 2si2ntd(t)I2m
即
K Ie 1.57
IT 2
一般按
选Ie晶闸1管.5（7IT ——实际电流有效值）
的最小4)电流I（T。维(持1.电5~流2）)1—.I5e—7在规定的环境温度I e'和控制极断路时，维持元件继续导通
一般为几十mA ~ 一百多mA，其数值与温度成反比，如：
2) 动态特性较好，关断时间较短。 1μs / (5 ~ 30) μs
3) 主要用于直流调压和直流开关电路。 4) 电路简单，工作频率高。
）或正向转折电压（I g ）。
↑， ↓，晶闸管容易导通。
U DSM
U BO
注：在晶I g闸管的U阳极BO与阴极之间加上6V直流电压，使元件导通的控制极最小电流（
电压）称为触发电流（电压）。
时，3从)导维通持状电态流转化（正保向证阻I 晶H断闸I状H管态导。通的最小阳极电流）——当电流小于
4) 反向阻断状态——阳极加反向电压时，反向漏电流很小。当反向 阳极电压增加到某一数值时，反向漏电流 ，这时对应的电压值称为 (反向不重复峰值电压)或 (反向转折电压，反向击穿电压)。
（即I g 基VT极2电流），再次
放大，循环往复， 2直I g至导通VT为1 止（“触发导通过程”——VT微1秒级）。 VT 1
12 I g
VT 2
3) 晶闸管导通后， 基极电VT流2比 （控制电
流）大得多，故去掉 ，晶闸管仍导通。
I4g)
ug
阳极加反向电压，无放大作用，晶闸管不
导通；控制电压反向或未加入，不产生起始 ，晶
l 结论 1)晶闸管导通条件：阳极加正向电压，控制极也加正向电压。 2)控制极只需加正触发脉冲电压。 3)具有可控单向导电性（正、反向阻断能力）。
l 导通原因
1) 等效为PNP型和NPN型两个晶体管的组合。
2) 阳极和控制极均加正向电压时， 经 基极电流），又经 放大， 集电极电流为
放大，集电极电流为 （闸管的伏安特性——晶闸管的阳极电压与阳极电流的关系。
1) 截止状态（正向阻断状态）——阳极加正向电压，门极开路（ ＝0），电
流很小，电阻很大，称为正向漏电流。
2) 导通I状g 态——正向阳极电压上升到某一定值，
，晶闸管突然变为导通
状态。这时阳极电压称为断态不重复峰值电压（
电力电子学晶闸管及其基本电路
B. 晶闸管的优缺点
l 优点： 1) 功率放大倍数可达几十万倍； 2) 控制灵敏，反应快； 3) 损耗小，效率高； 4) 体积小，重量轻； 5) 改善了工作条件，维护方便。
l 缺点： 1) 过载能力弱； 2) 抗干扰能力差； 3) 导致电网电压波形畸变； 4) 控制电路比较复杂。
3)晶闸管承受反向电压，不论S是否接通 ，电灯均不亮，晶闸管关断（阻断）。
4)晶闸管导通后（情况2），断开控制极 电压（控制极失去作用），电灯仍发亮，晶 闸管仍导通。
5)晶闸管导通后（情况2），如果控制极 电压加反向电压，不论阳极电压是正或负， 电灯均不亮，晶闸管关断（阻断）。
说明：可用灯泡 代替电阻RL。
注：晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类U似R。SM
U BR
4. 主要参数
1) （断态重复峰值电压）——在控制极断路和晶闸管正向阻断时，
可以重复加U在D晶RM闸管两端的正向峰值电压，它比 小100V。
“多少伏的晶闸管”
2)
（U 反BO向重复峰值电压）——在控制极断路时，可以重复加在晶闸
管两端的反向峰值电压，它比 小100V。
10.1 电力半导体器件 10.1.1 晶闸管（SCR）
——新型大功率半导体器件，也称可控硅。 1. 基本结构
1) 外形
•螺栓形 螺栓一阳 端极 ， 是A另一端阴 粗极 线 ，K是 细线 控是 制极（门 。
•平板形 中间金属 控环 制是 ， 极远 G 的一 阳面 极 ，是 A近的一 阴面 极 。是 K
表10.1 用万用表测试晶闸管各管脚之间的电阻
测试点 A—K
A—G
表内电池极性 顺向或逆向
同上
测量范围 R×1000
同上
测试结果
高电阻 （表针不动）
同上
K—G
顺向：G “+”,K “-” 逆向：G -”,K “+”
R×1 R×1
10 ~ 100 50 ~ 500
注意：当A—K间为高阻值，而K—G间逆向电阻大于顺向电阻时，管子良好。