晶闸管及其工作原理演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 晶闸管及其应用电路,6-1 晶闸管,6-2 晶闸管整流电路,6-4 晶闸管的选择和保护,6-5 晶闸管的触发电路,6-3 负载对晶闸管整流的影响,1,6-1,晶闸管,一、晶闸管的结构、符号,P,P,N,N,A阳极,K阴极,G门极,A,K,G,晶闸管的结构,晶闸管的符号,2,晶闸管的导电特点：,（1）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,晶闸管导通的条件：,（1）阳极与阴极间加正向电压,（2）门极与阴极间加正向电压，这个电压称为触发电压。,（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：,（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,I,H,（2）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,（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,3,（1）,晶闸管一旦触发导通,，就能维持导通状态，,门极失去控制作用,。要使导通的晶闸管,关断,，必须减小阳极电流到,维持电流,I,H,以下,。,小结：,（2）晶阐管具有“,可控,”的单向导电特性，所以晶闸管又称单向可控硅。,“,可控,”有两层含义：,一是晶闸管的导通是受门极控制的,；,二是导通的晶闸管关断是受阳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），而阳极,A,与阴极,K,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,弱电对强电的控制,。,4,三、晶闸管的主要参数,断态重复峰值电压,U,DRM,结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管,A,与,K,间的正向峰值电压,反向重复峰值电压,U,RRM,结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管,A,与,K,间的反向峰值电压,通态平均电流,I,T（AV）,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,通态平均电压,U,T（AV）,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，A与K间的电压平均值，习惯上称为导通时的,管压降,维持电流,I,H,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,晶闸管由,通,到,断,的临界电流,5,四、晶闸管的型号,五、晶闸管的简单测试,6,6-2 晶闸管整流电路,一、单相可控整流电路,二、三相可控整流电路,晶闸管组成的整流电路可以在,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,。,7,一、单相可控整流电路,1、单相半波可控整流电路,R,L,单相半波可控整流电路,单相半波整流电路,0,u,g,0,u,L,2,t,1,t,2,u,2,+,u,2,+,-,-,u,L,+,-,i,L,（1）电路组成及工作原理,t,1,t,1,t,2,t,2,u,1,u,2,8,0,u,g,0,u,L,2,t,1,t,2,t,1,t,1,t,2,t,2,控制角,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。,导通角,晶闸管实际导通的角度。,+,=,改变,的大小，即可改变输出电压,u,L,的波形。,越大，,越小。,把控制角的变化范围称为,移相范围。,单相半波可控整流电路的,移相范围,为：,0,9,（2）主要参数计算,输出电压的平均值,负载电流平均值,通过晶闸管的平均电流,晶闸管承受的最大电压,（3）电路特点,优点：,电路简单，调整方便,缺点：,输出电压脉动大，设备利用率低,10,例6-1,单相半波可控整流电路中，变压器二次侧电压,U,2,=120V，当控制角分别为0,o,、90,o,、120,o,、180,o,时，负载上的平均电压分别是多少？,解：,=0,o,时,=90,o,时,=120,o,时,=180,o,时,改变控制角的大小可改变输出电压的高低，移相范围为：0,o,180,o,11,2、单相半控桥式整流电路,（1）电路组成及工作原理,t,o,2,3,u,2,t,o,2,3,u,L,t,o,2,3,u,g,V,3,V,4,V,2,V,1,R,L,u,2,正半周,单相整流电路,单相可控整流电路,t,时,V1、V4正向阻断，V2、V3反向阻断,u,L,=0,t,=,时,V1、V4导通，V2V3反向阻断,u,L,=,u,2,t,=,时,V1、V4关断,u,L,=0,+,-,+,-,u,L,+,-,i,L,负半周,t,时,V2、V3反向阻断，V1、V4正向阻断,u,L,=0,t,=,时,V2、V3反向阻断，V1、V4导通,u,L,=,u,2,t,=,时,V1、V4关断,u,L,=0,单相桥式可控整流电路的,移相范围,为：,0,12,（2）主要参数计算,输出电压的平均值,负载电流平均值,通过晶闸管的平均电流,晶闸管承受的最大电压,（3）电路特点,优点：,输出电压脉动小，设备利用率高,缺点：,元件多,13,例6-2,一单相桥式可控整流电路，输入电压,U,2,=220V，,R,L,=5要求输出电压的范围为0150V，试求输出的最大电流,I,LM,和晶闸管的导通角范围？,解：,输出最大平均电流,当输出电压为,150V,时,查表得,60,o,晶闸管的导通角的范围为,14,V,3,V,4,V,2,V,1,R,L,u,2,V,5,用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路,V,5,在电路中,不承受反向电压,，只要给晶闸管加上触发信号，晶闸管即能导通，,作用相当于接在负载电路中的一只,开关,。,注意：,1、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,特点：,15,u,L,二、三相可控整流电路,1、三相半波可控整流电路,（1）电路组成及工作原理,T,R,L,L,1,L,2,L,3,U,V,1,V,2,V,3,V,W,三相半波整流电路,三相半波可控整流电路,u,L,i,L,t,0,u,g,各晶闸管控制角的起点均为各自的,自然换相点,当控制角为,时,+,-,V,U,W,16,u,L,t,0,u,g,=120,0,=120,0,=120,0,=0时,工作波形,=120,V,U,W,输出波形连续,17,u,L,t,0,u,g,60,0,=60时,工作波形,60,0,60,0,=90,120,V,U,W,输出波形不连续,18,u,L,t,0,u,g,90,0,=90时,工作波形,90,0,90,0,120,=60,V,U,W,19,小结:,（1）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压,u,L,的大小：当,0时，输出波形同三相半波整流电路，输出电压最大，,增大，输出电压减小，,150时，,u,L,=0。,（2）当,30,时，,u,L,波形连续,，,（3）任一相对应晶闸管导通期间，其他晶闸管承受相应的,线电压,。,晶闸管关断点均在下一个晶闸管被触发导通时；,当,30,时，,u,L,波形断续,，晶闸管关断点均在各自相电压过,=120,零处，,120,移相范围,是,0150,20,（2）主要参数计算,输出电压的平均值,负载电流平均值,通过晶闸管的平均电流,晶闸管承受的最大电压,（3）电路特点,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,缺点：如直接接电网，会造成电网损耗；如由变压器供电，铁芯易发生直流磁化，使变压器效率降低。,21,2、三相半控桥式整流电路,三相桥式整流电路,L,1,L,2,L,3,T,R,L,V,1,V,2,V,3,U,V,W,V,4,V,5,V,6,三相半控桥式整流电路,i,L,-,u,g,0,t,（1）电路组成及工作原理,自然换相点,为各晶闸管控制角的起点,当控制角为,时,u,L,+,22,u,g,0,t,=0时,工作波形,输出波形同三相桥式整流电路,=120,23,u,g,0,t,60,0,=60时,工作波形,60,0,60,0,=120,0,60,输出波形连续,24,u,g,0,t,=90时,工作波形,90,0,90,0,90,0,120,=90,60,180,输出波形不连续,25,小结:,（1）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压,u,L,的大小：当,0,时，输出波形同三相桥式整流电路，输出电压最大；,增大，输出电压减小，,180,时，,u,L,=0。,60,时，,波形断续，,（3）任一相对应晶闸管和二极管导通期间，其他晶闸管和二极管,（2）当,60,时，,波形连续，,=120,E,时，加触发信号，晶闸管才能,导通,反电动势负载单相半控桥式整流电路,当,电源电压等于E,时，晶闸管,关断,晶闸管导通角,变小了，输出电流幅值增大,反电动势负载的影响：,采取的措施：,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,33,6-4 晶闸管的选择和保护,一、晶闸管的选择,二、晶闸管的保护,34,一、晶闸管的选择,1、电压等级的选择,2、电流等级的选择,35,例6-4,负载为纯电阻性的单相半控桥式整流电路，输出直流电流电压为,U,L,=060V,，直流电流为,010A,，试计算晶闸管反向峰值电压,U,RM,与,I,t（AV）,，并选择合适的晶闸管。,解：,由,设输出电压最大（60V）时的控制角 则,考虑到整流器件上压降等因素，,U,2,取值比计算值高10%，故取,晶闸管承受的反向峰值电压,晶闸管应取的反向峰值电压,36,通过晶闸管的最大平均电流,晶闸管应取的通态平均电流,可选用通态平均电流为,10A,，额定电压为,200V,的,KP102,晶闸管。,37,例6-5,一只接有续流二极管的单相半控桥式整流电路，,R,L,=5,，输入电压,U,2,=220V，晶闸管控制角=60。,试计算,（1）,晶闸管承受的反向峰值电压,；（2）通过晶闸管的实际工作电流，,并选择合适的管型。,解：,（1）,晶闸管承受的反向峰值电压,晶闸管应取的反向峰值电压,38,（2）通过晶闸管的实际工作电流,输出的直流电压,通过负载的平均电流,导通角,通过晶闸管的实际平均电流,晶闸管应取的通态平均电流,应选取通态平均电流为,20A,、额定电压为,600V,的,KP206,晶闸管两只。,39,二、晶闸管的保护,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施。,1、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）,变压器一次侧拉闸,整流装置直流侧切断开关,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压（过电压）。,（,1）产生过电压的原因及后果,原因：,后果：,过电压即使作用时间很短，也可使晶闸管,误导通,，甚至,被击穿损坏,。,40,（2）过压保护的方法,1）阻容吸收电路,R,L,R,L,R,L,交流侧保护,直流侧保护,直接保护,41,2）压敏电阻保护,R,U,L,1,L,2,L,3,R,U,R,U,L,1,L,2,L,3,单相电路中的接法,三相电路中的Y形接法,三相电路中的形接法,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。,42,2、过电流保护,（1）过流产生的原因及后果,原因：,负载过载,短路,其他晶闸管击穿,触发电路使晶闸管误触发,后果：,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,损坏,。,（2）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地将过电流切断，以防晶闸管损坏。,43,（3）保护方法,FU,FU,FU,FU,R,L,FU,R,L,FU,R,L,FU,交流侧保护,直流侧保护,直接保护,采用,快速熔断器,进行保护,熔断速度很快,44,6-5 晶闸管的触发电路,触发电路：,为晶闸管提供触发信号的电路,对触发电路的要求：,与主电路同步,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,稳定性与抗扰性能好,触发电路的分类：,单结晶体管触发电路和集成触发电路,45,一、单结晶体管触发电路,1、单结晶体管,（1）单结晶体管的结构、符号,E,B,1,B,2,V,一个PN结,三个电极：,单结晶体管,一个发射极，两个基极,双基极二极管,结构,符号,E,B,2,B,1,A,RB2,R,B1,V,D,等效电路,46,（2）,单结晶体管的伏安特性曲线,E,B,2,B,1,A,R,B2,R,B1,V,D,U,E,U,BB,+,+,-,-,V,P,I,V,I,P,U,V,U,P,截止区,负阻区,饱和区,u,E,i,E,0,分压比，其值一般为0.30.9,当,U,E,U,A,时，PN结反向截止，单结晶体管截止,当,U,E,U,A,时，PN结正向导通，,I,E,显著增加，,R,B1,迅速减小，,U,E,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：,峰点电流：,I,P,当,U,E,下降至谷点时，谷点电压为,U,V,，谷点电流为,I,V,过了,V点后，管子又恢复正向特性。随,I,E,增大，,U,E,略有增大饱和区,U,P,是管子由截止转导通的临界点,工作区,U,V,是维持管子导通的临界点最小发射极电压,47,单结晶体管的工作特点：,当发射极电压等于峰点电压,U,P,时，单结晶体管导通。导通后，发射极电压,U,E,减小，当发射极电压减小到谷点电压,U,V,时，管子又由导通转变为截止。,单结晶体管的型号：,BT31、BT33、BT35等。其中，B半导体，T特种管，33个电极，第四个数字耗散功率，分别为100mW、300mW、500mW。,（3）单结晶体管管脚的辨别,48,2、单结晶体管振荡电路,U,BB,C,R,E,R,P,R,2,R,1,E,B,2,B,1,V,单结晶体管振荡电路,t,u,R1,0,充电,充电,充电,放电,放电,放电,t,u,E,0,U,P,U,V,+,-,接通电源后，,U,BB,经,R,P,、,R,E,给电容C充电，,u,C,按指数规律增大，当,u,C,=,U,P,时，单结晶体管,导通,，,R,B1,迅速减小，电容通过,R,B1,、,R,1,迅速放电，在,R,1,上形成脉冲波形,。当,u,C,=,U,V,时，单结晶体管,截止,，放电结束，,输出电压降为0值,，完成一次振荡。电源再次对电容充电，并重复上述过程。,充电,放电,u,R1,+,-,49,改变,R,P,的阻值（或电容C的大小），可改变电容充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。,越大，触发脉冲后移，控制角增大，反之控制角减小。,利用单结晶体管的负阻特性和RC的充放电特性，组成频率可调的振荡电路。,50,3、单结晶体管触发电路,u,1,V,7,V,8,V,9,V,10,R,L,u,L,+,-,E,B,1,B,2,R,4,R,1,R,E,R,P,C,V,5,V,1,V,2,V,3,V,4,R,3,u,2,O,A,B,单结晶体管触发电路,t,0,u,A,t,0,u,B,t,0,u,E,U,P,U,V,t,0,u,G,51,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。,改变电容的充放电时间常数，可实现脉冲的移相。,如：,增大,R,P,或,C,，使,=（,R,P,+,R,E,）C增大，充电时间变长，即达到,U,P,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。,在实际工作中，通过改变,R,P,的大小，可改变控制角的大小。,52,4、实际应用电路,T,V,1,V,2,R,6,V,3,V,4,V,5,R,4,R,3,R,2,R,5,R,1,u,k,C,V,6,u,1,u,2,自动控制的单结晶体管触发电路,改变,u,k,的大小可改变控制角,的大小,V,3,相当于一个可变电阻，改变它的大小可改变控制角,的大小,V,5,起续流作用,V,6,保证只输出正半周信号,53,