资源简介

(共19张PPT)
§8-1　晶闸管
§8-2　晶闸管的选择和保护
§8-3　晶闸管整流电路
§8-4　晶闸管的触发电路
§8-5　晶闸管的其他应用电路
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. 理解晶闸管的可控单向导电性。
4. 熟悉晶闸管的主要参数。
5. 了解国产普通型晶闸管型号的含义。
6. 了解快速晶闸管、双向晶闸管和逆导晶闸管及其图形符号。
学习目标
§8-1　晶闸管
一、晶闸管的结构、符号
图a 所示为晶闸管的结构。晶闸管外部有三个电极，内部由 P、N、P、N 四层半导体构成，最外层的 P 层和 N 层分别引出阳极 A 和阴极 K，中间的 P 层引出门极（或称控制极）G，内部有三个 PN 结。图b 所示为晶闸管的电路图形符号，文字符号用 V 或 VT 表示。图所示为常见晶闸管的外形。
晶闸管的结构和符号
a）晶闸管的结构　b）晶闸管的符号
常见晶闸管的外形
a）塑封式　b）螺栓式　c）平板式
二、晶闸管的工作特性
晶闸管导通和关断实验
晶闸管导通和关断实验
通过上述实验可知晶闸管的工作特性如下：
（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 IH 以下。
（2）晶闸管具有“可控”的单向导电特性，所以晶闸管又称单向可控硅。由于门极所需的电压、电流比较低（电流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，晶闸管可实现弱电对强电的控制。
三、晶闸管的主要参数
晶闸管的主要参数
四、晶闸管的型号
国产普通型晶闸管的型号有 3CT 系列和 KP 系列。各部分含义如下：
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. 了解晶闸管的过电压和过电流保护电路。
学习目标
§8-2　晶闸管的选择和保护
一、晶闸管的选择　
晶闸管的特性参数很多，在实际安装与维修时主要考虑的是晶闸管的额定电压和额定电流，即 URRM 和 IT（AV）。
1. 电压等级的选择
晶闸管承受的正、反向电压与电源电压、控制角 α 及电路的形式有关。一般可按下面的经验公式估算，即
式中，URm 是晶闸管在工作中实际承受的反向峰值电压。
2. 电流等级的选择
晶闸管的过载能力差，一般是按电路最大平均电流来选择的，即
式中，It（AV）是实际通过晶闸管的最大平均电流。
二、晶闸管的保护　
普通晶闸管承受过电流和过电压的能力很差，即使短时间的过电流和过电压，也可能导致晶闸管的损坏。在使用中，除了要使它的工作条件留有充分的余地外，还要采取一定的保护措施。
1. 过电压保护
晶闸管设备在运行过程中，会受到交流供电电网的操作过电压和雷击过电压的侵袭，在变压器一次侧拉闸、整流装置直流侧切断开关、晶闸管由导通转变为阻断等情况下，电感中都会产生很高的电动势，使晶闸管承受很高的电压，过电压虽然持续的时间极短，但也可能使晶闸管误导通，甚至被击穿损坏。因此，通常采用阻容吸收保护电路或压敏电阻等进行过电压保护。
阻容吸收保护电路
a）交流侧保护　b）直流侧保护　c）直接保护
2. 过电流保护
由于晶闸管的热容量很小，它在大功率条件下产生过电流时，温度会急剧升高，若超过允许值，晶闸管就会损坏。产生过电流的原因主要有负载过载、短路，晶闸管损坏，触发电路或控制系统有故障等。
稳压管的主要压敏电阻保护电路
a）单相电路中的接法　b）三相电路中的Y形接法　
c）三相电路中的△形接法参数
过电流保护
a）交流侧保护　b）直流侧保护　c）直接保护
过电流保护的作用是，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。(共25张PPT)
§8-1　晶闸管
§8-2　晶闸管的选择和保护
§8-3　晶闸管整流电路
§8-4　晶闸管的触发电路
§8-5　晶闸管的其他应用电路
1. 熟练掌握单相可控整流电路的工作原理，会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. 了解单相可控整流电路带感性负载时的失控现象，掌握其消除方法。
3. 会分析三相可控整流电路带纯阻性负载时的工作原理，了解不同控制角下输出电压的波形，掌握不同电路的移相范围，并能计算三相可控整流电路输出电压、电流。
学习目标
§8-3　晶闸管整流电路
晶闸管组成的整流电路在交流电压不变的情况下，可以方便地改变直流输出电压的大小，即可控整流。可控整流可实现交流到可变直流的转换。晶闸管组成的可控整流电路具有体积小、质量轻、效率高以及控制灵敏等优点，目前已取代直流发电机组，用作直流拖动调速装置，广泛用于机床、轧钢、造纸、电解、电镀、光电、励磁等领域。
为了研究问题方便起见，在分析过程中，除特别说明，一般情况下，负载为纯阻性，变压器为理想变压器，晶闸管为理想管（即晶闸管被触发导通时，等效电阻为零；加反向电压或未触发时，等效电阻为无穷大）。
一、单相可控整流电路
单相可控整流电路，常见的有单相半波可控整流电路和应用较多的单相半控桥式整流电路。
1. 单相半波可控整流电路
（1）电路组成及工作原理
单相半波可控整流电路
输出电压工作波形
a）理论波形　b）实测波形
（2）主要参数计算
单相半波可控整流电路参数计算公式
（3）电路特点
单相半波可控整流电路很简单，只用一只晶闸管，调整很方便。但由于整流输出电压脉动大、设备利用率不高等原因，只适用于对直流电压要求不高的小功率可控整流设备中。
2. 单相半控桥式整流电路
（1）电路组成及工作原理
将单相桥式整流电路中两只整流二极管换成两只晶闸管便组成了单相半控桥式整流电路，如图所示。晶闸管 V1、V2 的阴极接在一起，组成共阴极的电路形式；二极管 V3、V4 组成共阳极的电路形式。
单相半控桥式整流电路
（2）主要参数计算
单相半控桥式整流电路参数计算公式
用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路
（3）电路特点
与单相半波可控整流电路相比，整流输出电压较大，脉动较小，设备利用率较高，所以应用较广。
感性负载单相半控桥式整流电路
3. 感性负载对晶闸管整流的影响
当通过线圈的电流发生变化时，线圈会产生感应电动势并阻碍电流的变化，所以通过线圈的电流不能突变。
整流时的电流方向
（1）正常工作情况
续流时的电流方向
输出电压波形
（2）失控现象
当把控制角 α 增大到 180°或突然切断触发信号时，电路可能发生失控现象。
（3）加续流二极管后工作情况
在生产实际中，一旦电路出现失控，导通的晶闸管将因过热而损坏，若负载是电动机，将使电动机无法立即停车。为了防止半控桥式整流电路失控现象的发生，必须采取预防措施，其方法是在负载两端并联一只续流二极管 V5，如图所示。
加续流二极管的电路图
二、三相可控整流电路
对于大功率的负载，如果用单相可控整流电路，将造成供电线路三相的不平衡，影响电网的供电质量，所以中型以上的整流装置都采用三相可控整流电路。三相可控整流电路主要有三相半波可控整流电路和三相半控桥式整流电路，其中三相半控桥式整流电路应用最广泛。
1. 三相半波可控整流电路
（1） 电路组成及工作原理
将三相半波整流电路中的二极管换成晶闸管即构成三相半波可控整流电路，如图 所示为共阴极接法的三相半波可控整流电路。
三相半波可控整流电路　
三相交流相电压波形
α=0°时的输出电压波形
（2）主要参数计算
三相半波可控整流电路参数计算公式
（3）电路特点
对三相电源来说，三相半波可控整流电路比单相可控整流电路输出电压高，脉动小，电源平衡性好。但如果直接由电网供电，各相中都有较大的直流成分，会造成电网损耗。如果由变压器供电，由于铁芯直流磁化，效率将较低。实际电工设备常采用输出电压较高、脉动小、电源平衡性好、效率高的三相半控桥式整流电路。
2. 三相半控桥式整流电路
（1）电路组成及工作原理
图所示为三相半控桥式整流电路。电路是由共阳极的三相半波整流电路和共阴极的三相半波可控整流电路串联而成。
三相半控桥式整流电路
（2）主要参数计算
三相半控桥式整流电路参数计算公式
（3）电路特点
三相半控桥式整流电路使用了三只晶闸管，需三套触发电路，输出电压较高，且脉动较小，输出电压连续可调范围比三相半波可控整流电路宽，其线路简单、经济、方便，应用较广。(共13张PPT)
§8-1　晶闸管
§8-2　晶闸管的选择和保护
§8-3　晶闸管整流电路
§8-4　晶闸管的触发电路
§8-5　晶闸管的其他应用电路
1. 掌握单结晶体管的结构、符号、特点及作用。
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。
3. 了解集成触发器及其应用。
学习目标
§8-4　晶闸管的触发电路
要使晶闸管导通，除在它的阳极和阴极间加上正向电压外，还必须在它的门极加上适当的触发信号（电压、电流）。这种为晶闸管提供触发信号的电路称为触发电路。对触发电路的要求是，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，稳定性与抗干扰性能好，等等。
触发电路的种类很多，主要有单结晶体管触发电路和发展很快的集成触发电 路。
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
单结晶体管内部有一个 PN 结，所以称为单结晶体管；有三个电极，分别是发射极和两个基极，所以又称双基极二极管。单结晶体管是在一块高电阻率的 N 型硅片两端分别制作两个接触电极［分别称为第一基极和第二基极，用符号 B1（b1）和B2（b2）表示］，在硅片的另一侧靠近第二基极 B2 处制作一个 PN 结，并在 P 型硅片上引出发射极 E，如图 a 所示，其符号如图b 所示，外形如图c 所示。
单结晶体管
a）结构　b）符号　c）外形　d）等效电路
2）单结晶体管的伏安特性
图所示为单结晶体管的伏安特性曲线。
单结晶体管的伏安特性曲线
（3）单结晶体管引脚的辨别
单结晶体管引脚的辨别方法如图所示。
单结晶体管引脚的辨别方法
2. 单结晶体管振荡电路
利用单结晶体管的负阻特性和 RC 电路的充放电特性，组成频率可调的振荡电路，用来产生晶闸管的触发脉冲。该电路又称单结晶体管脉冲振荡电路，其电路如图a 所示。
单结晶体管振荡电路及其工作波形
a）电路　b）理论波形　c）实测波形
振荡过程的形成利用了单结晶体管的负阻特性和 RC 的充放电特性。改变 RP 的阻值（或电容 C 的大小），便可改变电容充电的快慢，使输出脉冲波形前移或后移，从而控制晶闸管的触发导通时刻。显然 t=RC 大时，触发脉冲后移，控制角增大；t 小时，触发脉冲前移，控制角减小。
单结晶体管同步触发电路
3. 单结晶体管触发电路
自动控制的单结晶体管触发电路
4. 实际应用电路
二、集成触发器
图所示为采用集成触发器的单相半控桥式整流电路。
集成触发器的应用(共16张PPT)
§8-1　晶闸管
§8-2　晶闸管的选择和保护
§8-3　晶闸管整流电路
§8-4　晶闸管的触发电路
§8-5　晶闸管的其他应用电路
1. 理解整流与逆变的区别。
2. 了解有源逆变和无源逆变的概念，了解逆变电路的能量传递关系。
3. 掌握有源逆变的工作原理及逆变条件。
4. 了解电压型和电流型逆变电路。
5. 了解变频器的分类。
6. 了解变频器和单相交流调压器的基本工作原理。
学习目标
§8-5　晶闸管的其他应用电路
整流电路可以把交流电变换为直流电，在生产实践中，利用晶闸管电路也可以把直流电变换为交流电，这种对应于整流的逆向过程，称为逆变。直流电逆变为交流电的电路称为逆变电路。当交流侧和电网相连时，这种逆变电路称为有源逆变电路。如果交流侧接负载，即将直流电逆变为某一频率或频率可调的交流电为负载供电，称为无源逆变。
一、有源逆变电路
将逆变电路的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电反送到电网去，这种逆变电路称为有源逆变电路。应用于直流电动机的可逆调速、绕线型异步电动机的串级调速、高压直流输电和太阳能发电等方面。
1. 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
a）两电动势同极性 EG>EM　b）两电动势同极性 EG　c）两电动势反极性
2. 有源逆变电路的工作原理
以提升机提升重物和下放重物为例，用三相半波可控整流电路代替上图中的发电机 G 给电动机 M 供电，讨论有源逆变电路的工作原理，如图所示。
（1）提升重物，整流电路工作在整流状态
（2）下放重物，整流电路工作在逆变状态
三相半波可控整流电路整流与逆变
a）整流电路　b）逆变电路
3. 实现有源逆变的条件
通过以上分析，可以发现实现有源逆变必须同时满足以下两个条件：
（1）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，数值大于 Ud，才能提供逆变能量。
（2）晶闸管的控制角 α> 90°，使直流侧输出平均电压为负值，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。
二、无源逆变电路
1. 无源逆变电路的基本工作原理
逆变器的交流侧不与电网连接，而是直接接到负载，即将直流电逆变成某一频率的交流电供给负载，这种逆变电路称为无源逆变电路。其在交流电动机变频调速、感应加热、不停电电源等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。
下面以图a 所示单相桥式逆变电路为例分析其最基本的工作原理。图中开关 S1 ～ S4 是桥式电路的四个桥臂，它们由电力电子器件及其辅助电路组成。当开关 S1、S4 闭合，S2、S3 断开时，负载电压 uo 左正右负；当开关 S2、S3 闭合，S1、S4 断开时，uo 为负，其波形如图b 所示。这样，就把直流电转变成了交流电，改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率。
当负载为纯阻性时，输出电流 io 与输出电压uo 波形相同，且为同相位。当负载为感性时，io 的相位滞后 uo ，两者的波形形状不同，如图所示。
逆变电路及其波形举例
a）无源逆变电路原理图　b）感性负载上的电压、电流波形
2. 电压型逆变电路与电流型逆变电路
无源逆变电路根据输入直流电源特点不同分为电压型和电流型逆变电路。
（1）电压型逆变电路
电压型逆变电路
a）半桥逆变电路 　b）全桥逆变电路
（2）电流型逆变电路
电流型三相桥式逆变电路
三、变频器
将某一频率的电源转换成另一频率（或频率可调）的电源称为变频。变频器可分为交—交变频器和交—直—交变频器两大类。
交—交变频原理
交—直—交变频原理
四、单相交流调压器
交流调压器常用于电动机的调压、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。
单相交流调压电路及其波形图
a）电路图　b）波形图

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