晶闸管及单相可控整流电路
晶闸管相控整流电路
电源故障
输入电源缺相、电压过高或过 低，影响整流电路的正常运行
。
பைடு நூலகம்
故障诊断方法与步骤
外观检查
观察整流电路的外观，检查是否有明显的烧 毁、断裂等故障现象。
电阻测量
使用万用表测量整流电路中各元件的电阻值， 判断是否正常。
电压测量
测量整流电路的输入和输出电压，判断是否 在正常范围内。
的电压和电流。
电路优化方法
降低损耗 选择低阻抗的元件，以减小电路的导通电阻和漏电流。 采用合理的散热设计，确保元件温度不超过额定范围。
电路优化方法
提高效率
1
2
优化电路布局，减小线路损耗。
3
选择适当的触发延迟角，以平衡输出电压和电流， 提高转换效率。
电路优化方法
01
增强稳定性
02
加入适当的反馈控制，如电压反馈或电流反馈，以提高电 路的稳定性。
稳定性
确保电路在各种工况下都能稳定运行 。
设计原则与步骤
• 可靠性：选用可靠的元件，确保电路的长 期稳定运行。
设计原则与步骤
1. 明确设计要求
确定输出电压、电流的规格以及电路 的效率要求。
2. 选择合适的元件
根据设计要求选择合适的晶闸管、二 极管、电容、电感等元件。
设计原则与步骤
3. 设计主电路
03
优化元件参数匹配，减小参数失配对电路稳定性的影响。
06
晶闸管相控整流电路的 故障诊断与维护
常见故障类型与原因
晶闸管损坏
由于电流过大、电压过高或散 热不良等原因，导致晶闸管烧
毁或击穿。
触发电路故障
晶闸管与单向可控整流电路
• 工作原理 设图中 负载 RL为电阻性负载
u2 2U2 sint
（1）晶闸管的控制极上未加正向触发电压，那么根据晶闸管的导通条件，不论正弦交流 电压u2 是正半周还是负半周，晶闸管都不会导通。这时，负载端电压uo=0、负载电流 io=0， 因而电源的全部电压都由晶闸管承受，即UT=U2。
。
控制极相对于阴极接的是反向电 压，这时灯不亮，说明晶闸管也 不导通。
图（e）晶闸管的控制极和 阴极均接正向电压，阳极接 反向电压，此时灯不亮，说 明晶闸管也不导通，此时处 于反向阻断状态。
综上所述，可得出晶闸管有以下几个特点： （1）晶闸管导通是条件是阳极和门极均加正向电压。 （2）晶闸管导通后，门极就失去了控制作用。 （3）晶闸管的阻断条件是去掉阳极电压或阳极加反向电 压，或减小阳极电压使晶闸管中的电流IA小于维持电流IH。
晶闸管与单向可控整流电路
•1.1 晶闸管
晶闸管全称晶体闸流管，旧称可控硅 简称SCR。
它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶 闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管等等。晶 闸管只需几十到几百毫安的小电流，就能控制几百至几千 安的大电流，使电子技术从弱电领域扩展到强电领域。晶 闸管作为电力电子器件，具有体积小，重量轻，效率高等 优点，因此应用极为广泛。
门极G
阴极K
• 晶闸管的外形 •
• 晶闸管的工作原理 我们可以通过下图所示的电路图来说明晶闸管的工作
原理。在该图中电源、晶闸管和负载白炽灯组成的回路 为晶闸管主回路，由电源、开关、负载和晶闸管门极及 阴极组成的回路为晶闸管控制回路。
如图（a）晶闸管阳极经白 炽灯接电源的正极，门极 经电阻接电源的正极开关 断开，灯不亮，说明没有 触发信号，晶闸管不导通。
单相半波可控整流电路实验报告
单相半波可控整流电路实验报告实验目的:
通过单相半波可控整流电路实验，掌握半波可控整流电路的性能及其参数的测量方法。
实验原理:
单相半波可控整流电路是一种电源型可控整流电路，其主要由晶闸管、变压器、电感、电容等元器件组成。
在正半周中，晶闸管把电源电压加到负载上;而在负半周中，集电极电压为零，晶闸管闭合，负载电压等于零。
当控制角度为α时，输出电压的平均值为2Umax/π,当负载电流为I时，晶闸管的导通持续时间为
t=α/360°,输出电压的有效值为Vrms=Umax/√2。
实验装置:
单相半波可控整流电路实验用途是：通过观察电路实验现象，掌握半波可控整流电路的性能，熟悉参数的测量方法和标定；这是电力电子技术中最基础的实验之一。
实验内容：
1. 熟悉半波可控整流电路的构造和工作原理；
2. 测量晶闸管电流和电压值；
3. 手动测量及用示波器观测负载电压和电流波形；
4. 测量晶闸管控制角度和电压设定值；
5. 测量电路输入和输出电流及功率。
实验结果和分析：
在实验中，得到了以下结果：
1. 测得晶闸管最大电压为500V，维斯基电压为1.25V；
2. 测得晶闸管最大电流为20A，输入电流为3A左右；
3. 测得晶闸管的最大功率为120W，输入功率为2.1W左右；
4. 使用示波器测量输出电压及电流波形，可以直观的看到波形
的正弦性和对称性。
总结：
通过该实验，深刻理解半波可控整流电路的原理及性能，掌握
了半波可控整流电路的电路构建与参数测量方法。
同时，加深了
对电力电子器件的认识，为今后的学习和研究奠定了坚实的基础。
晶闸管相控电路
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由于晶闸管的 A-K 之间不可能承受正向电压，所以不可能导通，负载电压维持 0 值，电源 电压全部加在晶闸管上。由以上分析得出输出电压和晶闸管两端电压的表达式如式（2.2） 、 （2.3） 。
0 u d = 2U sin ωt 0 uVT 2U sin ωt = 0 2U sin ωt
VT u VR id
R ud L
图 2-6 单相半波带续流二极管的整流电路
图 2-7 单相半波带续流二极管的整流电路波形图
由图 2-7 可以看出， 由于二极管的作用， 尽管在进入电源电压负半周的一段时间负载电 流仍不为 0，但晶闸管关断，负载电压为 0，输出电压波形与图 2-2 所示电阻性负载完全相 同，所以可用式（2.4）来计算输出直流电压。负载电流的波形与纯电阻负载是有较大差异 的，但不难证明其平均值即直流成分之间仍存在着 Id=Ud/R 的关系。 当 电路 接入 续流二极管后，在电源 电压 负半 周 id 持续 的时间取决于负载 的时间常 数 τ=L/R，τ 越大持续时间越长，如果 τ 大到一定程度，id 就有可能维持到下一次晶闸管导通， 这样负载电流就连续了。在此基础上再进一步加大 τ，不仅 id 保持连续，波形的波动程度也
UO =
π −α 1 1 sin 2α + ( 2U sin ωt ) 2 d (ωt ) = U ∫ 4π 2π 2π α
π
（2.5）
流过晶闸管的电流有效值 IVT 和负载电流有效值 IO 相等，为
I VT = I O =
UO R
（2.6）
电路的视在功率为交流电源侧电压有效值和电流有效值的乘积，即 S=UIO，负载获得的 有功功率为负载电压有效值与电流有效值的乘积，即 P=UOI0，功率因数λ定义为有功功率 和视在功率的比值（注意这与正弦交流电的情况是有区别的） 。
电工——高级工——电子技术
主要内容•稳压电源电路•放大和振荡电路•逻辑门电路•晶闸管整流电路第一部分直流稳压电源电路•小功率直流稳压电源的组成：整流变压器：把输入的交流电压变为整流电路所要求的交流电压值。
整流电路：由整流器件组成，它把交流电变换成方向不变但大小随时间变化的脉动直流电。
滤波电路：把脉动的直流电变换为平滑的直流电供给负载。
稳压电路：使整流输入电压尽可能少受电源波动或负载变化的影响而保持稳定的电路。
第一部分稳压电源电路•整流电路单相整流电路半波整流全波整流桥式整流三相整流电路半波整流全波整流桥式整流•稳压电路不可控整流电路：晶体二极管，它具有单向导电特性，应用二极管就可构成最简单的整流电路。
在单相整流电路中，最基本的整流形式有半波整流和应用最广泛的桥式整流，这些整流电路都是利用二极管的单向导电性来将交流电变换为直流电，因此二极管是构成整流电路的关键器件。
这种用作整流的二极管称为整流二极管，简称整流管。
把二极管当作理想器件，即认为它正向导通时电阻为零，反向截止时电阻为无穷大。
1、单相半波整流电路2、半波整流工作原理•单相半波整流电路中，•二极管只导通半个周期，另半个周期截止。
•在二极管导通时，输出脉动直流电压平均值：U L ≈0．45U 2•输出脉动直流电流平均值：•二极管截止时，所承受的最大反向电压U RM 就是u 2的峰值：LL L L R U R U I 245.0≈=224.12U U U RM ≈=3、单相全波整流电路构成•单相全波整流电路的构成，在变压器二次侧有一个中央抽头，U2为整个副侧电压的一半，电路中有两个二极管。
4、全波整流工作原理1、当交流电源的波形处于正半周时，二极管V1导通，电流通过下述路径：电源+→V1→R L→整流变压器中间抽头2、当电源的波形处于负半周时，V2导通，电流通过下述路径：电源+→V2→R L→变压器中间抽头总之，流经Rc的电流的方向是相同的。
•R L两端输出电压平均值为U0=0.9U2•当V1导通时，V2截止。
单相全控桥式晶闸管整流电路设计(纯电阻负载)
1 单相桥式全控整流电路的功能要求及设计方案介绍1.1 单相桥式全控整流电路设计方案1.1.1 设计方案单相电源输出触发电路保护电路整流主电路负载电路图1设计方案1.1.2整流电路的设计主电路原理图及其工作波形图2 主电路原理图及工作波形主电路原理说明：（1）在u2正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。
因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。
（2）在u2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。
（3）在u2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。
（4）在u2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。
2 触发电路的设计2.1 晶闸管触发电路触发电路在变流装置中所起的基本作用是向晶闸管提供门极电压和门极电流，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。
根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。
触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。
，开始启动A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。
2.1.1 晶闸管触发电路的要求晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。
触发电路对其产生的触发脉冲要求:(１)触发信号可为直流、交流或脉冲电压。
(２)触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。
(３)触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。
晶闸管可控整流电路_图文
如EG 加反压 无论EA 是正或负
L不亮 KP截止
EA 加正压，S断开 EA 加正压， S闭合 KP导通后，S再断开
L不亮
L亮
L仍亮
KP截止
KP导通
KP仍导通
晶闸管导通的条件：
1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压 。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压
或晶正闸向管脉导冲通(后正，向控触制发极电便压失)。去作用。 依靠正反 馈，晶闸管仍可维持导通状态。
(3)工作波形(加续流二极管)
O
2
t
O
t
iL
t
O
t
加续流二极管整流输出电压及电流的平均 值与电阻性负载相同
改变控制角，可改变输出电压Uo ,移相范围
二、 单相全控桥式整流电路
1. 电阻负载
工作原理
a
(1)电压u 为正半周时
T1和DT4承受正向电压 。
+
u
–
T1
T3
加触发电压, 则T1和
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、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。
UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全
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。
晶闸管型号及其含义
KP
家用电器： “节能灯”、变频空调
• 其他： UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
13.1 电力电子器件
一、 电力电子器件的分类
1.不控器件，如整流二极管。 2.半控器件，如普通晶闸管。 3.全控器件，如可关断晶闸管、功率晶闸 管等。
晶闸管的单相半波可控整流电路
优点：电路简单，调整方便 导通角θ——晶闸管实际导通的角度。
t1
t2
ug
晶把闸控管 制组角成α的的变整化流范电围路称可为以移在+相-交范流围电。压不变的iL情况下+，方便地改变直0流输出电压的大小，即可控整流。
R 晶单导闸相通管 半 角u组波θ—1成可—的控晶整整闸流流管电电实路路际可的导以移通在相u的u交范22角2流围度电为。压：不0～变π的L情况下u，L 方便地改变直流输出电t1压的大小，即可控t整2 流。
单相半波可控整流电路
学 校：长治市高级技工学校 授课人：刘新梅 时 间：
单相半波可控整流电路
可控整流
晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变的情况 下，方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。
单相半波可控整流电路
把控制角α的变化范围称为移相范围。
晶闸管组成的整流电路可以在交流电压不变的情况下，方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。
控制角α——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。
学 校：长治市高级技工学校
导通角θ——晶闸管实际导通的角度。
（1）电路组成及工作原理
学 学
校校： ：长 长（治 治1市 市）高 高级 级电技 技路工工学 学组校 校成及工作原理
学 校：长治市高级技工学校
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
优点：电路简单，调整方便 学 校：长治市高级技工学校
（单导单1相通相）半 角 半改波电波θ波路—变形可可组—控控α。成晶整整的及闸流流α工管大电电越作实路路小原际的的大理导，移移，通相相即的范范θ角可越围围度为为改小。：：变。00～～输ππ 出电压uL的
0
控制角α——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。
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第 1 章 电力电子器件认识
指导老师：谢 祥
电力电子技术实训
第 1 章 电力电子器件认识
1.1 晶 闸 管(SCR) 1.2 可关断晶闸管（GTO） 1.3 电力大功率晶体管(GTR) 1.4 电力场效应晶体管（MOSFET） 1.5 绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 1.6 其他新型电力器件 1.7 实训1 晶闸管的简易测试及导通关断条件实验 1.8 实训2 单相半控桥式整流电路的研究
电力电子技术实训
第1节晶闸管
图1-1 晶闸管的外形及符号
图1-2所示为晶闸管散热器
晶闸管是大功率器件，工作时发热大，必须安装散热器。如图 1-2所示为晶闸管散热器。
电力电子技术实训
第1节晶闸管
1.1.1.2 晶闸管的工作原理 我们通过如图1-3所示的电路来说明晶闸管的工作原理。
在该电路中，由电源UAA、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成 晶闸管主电路；由电源UGG、开关S、晶闸管的门极和阴极组成
电力电子技术实训
第1节晶闸管
综上所述，我们可得出如下结论。 (1) 在晶闸管阳极和阴极之间外加正向电压，但控制极 不加触发电压时，晶闸管一般不会导通。 (2) 晶闸管导通需要同时满足两个条件： 1) 阳极和阴极外加正向电压； 2) 控制极外加一定幅度的正触发电压。 (3) 普通的晶闸管一旦导通，触发信号则失去控制作用， 只要阳极、阴极间的正向电压存在，即使控制电压减小到零或 反向，晶闸管仍导通。 (4) 要使晶闸管从导通变为阻断，必须减小阳极电流或 切断正向电压或加反向电压才可以。
通过上述实验可知，晶闸管导通必须同时具备如下两个条 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。
电力电子技术实训
第1节晶闸管
普通晶闸管由4层半导体(P1、N1、P2、N2)组成，形成3 个结J1(P1N1)、J2(N1P2)、J3(P2N2) 。并分别从P1、P2、N2 引出A、G、K 3个电极，它和二极管一样，是一种单方向导电 的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完 全不同的工作特性。
电力电子技术实训
第1节 晶闸管
1.1.1 晶闸管的结构及工作原理 1.1.2 晶闸管的主要参数 1.1.3 晶闸管的型号及简单测试方法
电力电子技术实训
第1节晶闸管
1.1.1 晶闸管的结构及工作原理
1.1.1.1 晶闸管的结构及分类 根据晶闸管的外形：有螺栓型封装和平板型封装两种。其 封装形式可分为小电流塑封式、小电流螺栓式、大电流螺栓式 和大电流平板式(额定电流在 200A以上)，如图 1-1(a)、(b)、 (c)所示。晶闸管有3个电极，分别是阳极A、阴极K和门极(或 称控制极)G，它的图形及文字符号如图1-1(d)所示。
正反馈过程，两个晶体管VT1、VT2都快速进入饱和状态，使 晶闸管阳极A与阴极K之间导通。
电力电子技术实训
第1节晶闸管
图1-4 晶闸管的等效电路
IG
I b2
Ic2 ( 2 Ib2 ) Ib1
Ic1( 1Ib1)
电力电子技术实训
第1节晶闸管
此时若撤除UG，VT1、VT2内部电流仍维持原来的方向，只
要满足阳极正偏的条件，晶闸管就一直导通。就像二极管一样 正向导通。由此可见，晶闸管与二极管一样具有单向导电特性， 电流只能从阳极流向阴极。与二极管不同的是晶闸管具有正向 阻断特性。
当晶闸管A、K间承受正向电压，而门极电流IG=0时，上述
VT1和VT2之间的正反馈不能建立起来，晶闸管A、K之间只有 很小的正向漏电流，它处于正向阻断状态。当加上正向电压时 管子还不能导通，必须同时加上门极电压，有足够的门极电流 流入后才能使晶闸管正向导通。因此，晶闸管具有正向导通的 可控特性，这种门极电压对晶闸管正向导通所起的控制作用称 为闸流特性，也称为晶闸管的可控单向导电性。门极电压只能 触发晶闸管开通，不能控制它的关断，从这个意义上讲，晶闸 管是半控型电力器件。
(3) 如图1-3(c)所示，晶闸管的阳极和阴极间加正向电压， S闭合，此时控制极相对于阴极加正向电压，这时灯亮，说明 晶闸管导通，这一过程称为触发导通。晶闸管导通后去掉控制 极上的电压，如图1-3(d)所示，即开关S断开，灯仍然亮，表 明晶闸管继续导通。这说明晶闸管一旦导通，控制极就失去了 控制作用。
由于采用扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以 等效成(如图1-4所示)由两个晶体管VT1(P1-N1-P2)和VT2(N1P2-N2)组成的等效电路。
当晶闸管阳极和阴极之间施加正向电压UA时，若给门极G
也加正向电压UG，门极电流IG经晶体管VT2放大后成为集电极 电流Ic2，Ic2又是晶体管VT1的基极电流，放大后的集电极电流 Ic1进一步使IG增大且又作为 VT2的基极电流流入。重复上述
电力电子技术实训
第1节晶闸管
(4) 如图1-3(e)所示，电路中灯原本是亮的，如果不断地 减小阳极电流，当阳极电流小于某一数值之后，灯即灭，说明
晶闸管重新关断，这一维持导通的最小电流称为维持电流IH，
此时晶闸管处于正向阻断状态。 (5) 如图1-3(f)所示，控制极与阴极之间加正向电压，阳
极加反向电压，此时灯不亮，晶闸管不导通，处于反向阻断状 态。
电力电子技术实训
第1节 晶闸管
晶闸管全称晶体闸流管，曾称可控硅(SiliconControlled Rectifier)，简称 SCR。1957年美国通用电器公司开发出世界 上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；
晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极 和门极；
晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件 下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交 流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中，成为特 大功率低频(200 Hz以下)装置中的主要器件。
控制电路，也称触发电路。 (1) 如图1-3(a)所示，晶闸管阳极经负载(白炽灯)接电源
UAA正极，阴极接电源负极，此时晶闸管承受正向电压。在触 发电路中与控制极串联的开关S断开，灯不亮，说明晶闸管不 导通。
电力电子技术实训
第1节晶闸管图1-3 晶闸源自工作情况的实训电力电子技术实训
第1节晶闸管
(2) 如图1-3(b)所示，晶闸管的阳极和阴极间加正向电压， S闭合，但控制极相对于阴极加反向电压，这时灯不亮，说明 晶闸管也不导通。