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1、晶闸管在大功率变频技术中的应用的论文 摘要:晶闸管在大功率变频技术中的应用极为广泛。本文首先阐述晶闸管的结构与工作原理,然后分析一下晶闸管在大功率变频技术中的应用,具有一定的参考价值。 关键词:晶闸管;大功率变频技术;应用 1.前言 晶闸管又叫可控硅(scr)。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族,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。晶闸管是一种大功率半导体器件,它的最大特点是容量大、电压高、损耗小,控制灵便
2、。是大功率变频技术较理想器件。 2.晶闸管的结构与工作原理 2.1晶闸管的结构 它有三个电极,螺旋那一端是阳极a的引出端,并利用它与散热器固定;另一较粗的引线为阴极k,较细的引线则为控制极g。容量更大的晶闸管一般采用平板式,可带风冷或水冷散热器,容量较小的晶闸管与大功率二极管外形相似,只是多了一个控制极。晶闸管的内部结构由pnpn四层半导体构成,中间形成三个pn结:j1、j2、j3。从下面的p1层引出阳极,从上层引出阴极,由中间的p2层引出控制极。 晶闸管就如二极管一样,具有单向导
3、电特性,电流只能从阳极流向阴极,当元件加以反向电压,只有极小的反向漏电流从阴极流向阳极,晶闸管处于反向阻断状态。. 晶闸管不同于二极管,还具有正向导通的可控特性。当元件加上正向电压时,元件还不能导通,呈正向阻断状态,这是二极管所不具有的。 2.2晶闸管的工作原理 晶闸管在工作过程中,阳极a、阴极k和电源、负载相连,组成了晶闸管的主电路,门板g、阴极k和控制装置相连,组成了晶闸管的控制电路(或称触发电路)。当阳―阴极间加正向电压vak(ea),同时控制栅极―阴极间加正向电压vgk(eg)时,就
4、产生控制极电流ig(即ib2),经t2放大后,形成集电极电流ic2=β2*ib2,这个电流又是t1的基极电流,即,ib1=ic2同样经t1放大,产生集电极电流ic1=β1*β2*ib2,此电流又作为t2的基极电流再行放大,如此循环往复,形成正反馈过程,从而使晶闸管完全导通(电流的大小由外加电源电压和负载电阻决定)这个导通过程是在极短的时间内完成的,一般不超过几微秒,称为触发导通过程。导通后即使去掉eg,晶闸管依靠自身的正反馈作用仍然可以维持导通。并成为不可控。因此,eg只起触发导通的作用,一经触发
5、后,eg不管存在与否,晶闸管仍将导通。 导通时,晶闸管的正向压降一般约为0.6～1.2v。值得注意的是,如果因外电路负载电阻增加或电源电压ea减小使阳极电流降低到小于某一数值ih时,则使t1和t2管脱离饱和状态,即t1和t2管的集电极―发射极压降增高,使阳极电流进一步减小,形成正反馈。最终使t1和t2管截止,即晶闸管呈阻断状态。因此称ih为最小维持电流。若已导通的晶闸管的外加电压降到零或切断电源,则阳极电流降到零,晶闸管即自行阻断。 3.晶闸管在大功率变频技术中的应用 晶闸管在大功率
6、变频技术中的应用主要是进行电力变换及控制,按其功能有以下几种类型: (1)可控整流 利用晶闸管单向导电的可控性,把交流电整流成电压可调的直流电。这种可调的直流电源,广泛地应用于电解、电镀、充电、励磁、及合闸操作电源等领域。另一个主要用这是做成直流拖动的调速装置。以往对于要求调速或起制动性能较高的拖动装置,一般均采用电动机—发电机变流机组来得到可控直流电压,以实现控制要求。晶闸管问世以后,静止的可控整流装置,以它一系列的优点代替了机组,并可得到更佳的静态及动态指标。在海上石油钻井平台,目前从电动
7、机,到各中小型辅助机械的直流电动机中,均采用晶闸管供电或励磁的调速装置。 (2)逆变与变频 利用晶闸管的特性,相宜流变换成交流的过程称为逆变,将某一频率的交流变换成其它各种领率的交流的过程称为变频。整流、逆变、变频常常是结合在一起,或者联合远用的。电流、电压通过这些变换.常做成中频(400-8000hz)加热电源,用于熔炼、透热、淬火、焊接。现在最经济的长途高压直流输电,就是将交流整流成直流输送,然后,再将直流逆变成交流供人使用。另一个应用是对交流电机进行调速,如海上石油钻井平台电网串级调速和
8、变频调速中使用的各种形式的变频装置等。这是目前的技术发展方向,国外的交流调违拖动装置发展非常迅速。 (3)斩波调压 利用晶闸管作为直流开关,控制晶闸管的通断比和通断频率,将一固定直流电压变换成可调的直流电压称斩波电压。它主要用于直流拖动的脉冲调速,在地铁、电车、电气机车及作为码头和厂内运输的电瓶车上广泛使用,串电阻的调速方法,控制方便,节能显著。 (4)电力电子开关 利用晶闸管作为电子开关,代替频繁通断的接触器和继电器。具有无火花、无磨损、无噪音及寿命长的特点,并可得到较好
