《晶闸管及其基本》PPT课件

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1、第10章电力电子技术掌握晶闸管的基本工作原理,特性和主要参数的含义;掌握几种单相和三相可控整流电路的工作原理及其在不同性质负载下的工作特点;熟悉逆变器的基本工作原理,用途和控制;了解晶闸管工作时对触发电路的要求.10.1电力半导体器件1.晶闸管(SCR)1)晶闸管的结构和特号3个PN结的四层三端元件2)晶闸管的工作原理将晶闸管等效地看成是两只晶体管的组合:一只为PNP型晶体管,另一只为NPN型晶体管.中间的PN结为两管共用.在A-K和G-K之间加上正向电压,会形成强烈的正反馈,循环下去,晶闸管就导通了.思考题:什么是闸流特性?3)晶闸管的伏安特

2、性(1)伏安特性:晶闸管阳极电压与阳极电流的关系曲线.(2)伏安特性上几个点:正向转折电压UBO(正向不重复峰值电压UDSM);正向重复峰值电压UDRM;UDRM约为UBO的80%.4)晶闸管的主要参数(1)额定电压---正向或反向重复峰值电压UDRM或URRM它的值是伏安特性中正反向转折电压的80%.一般选择额定电压为晶闸管在电路中承受的正常峰值电压的2倍.(2)额定电流----通态平均电流IT晶闸管额定电流是指环境温度40度,规定的冷却条件下,电阻性负载,单相正弦半波电流的平均值.有效值引入波形系数K=Ie/IT;在这里K=1.57(3)维

3、持电流IH----晶闸管流过的电流小于维持电流会自动关断.晶闸管导通条件1}阳极承受正向电压;2}控制极加上适当的正向控制极电压;3}主电路电流大于维持电流.2)新型电力电子元件简介(1)双向晶闸管(TRIAC)(2)可关断晶闸管(GTO)(3)功率晶体管GTR(4)绝缘栅双极型晶体管IGBT10.2电力半导体器件的驱动电路及保护1.晶闸管的触发电路触发脉冲应与主电路同步,脉冲前沿要陡,有一定的宽度,移相范围宽.2.电力电子器件的保护与串并联晶闸管的触发电路触发脉冲应与主电路同步,脉冲前沿要陡,有一定的宽度,移相范围宽.1.单结晶体管移相触发电

4、路1)单结晶体管的结构和特性一个PN结;三个极:发射极,第一基极,第二基极(又称双基极管).(1)其结构如图(a)所示,等效电路图如图(c),图中A点电压为;为分压比,其值为0.3-0.9式中晶闸管的触发电路(2)单结晶体管特性曲线峰点电压UP;谷点电压UV;合上直流电源E,E经RC支路对电容器C充电,当电容两端的电压大于峰点电压,单结晶体管导通;电容C经电阻R1放电,C两端电压很快下降,当低于谷点电压,单结晶体管恢复阻断;于是在电阻R1上形成脉冲电压.弛张振荡器的振荡周期为(3)单结晶体管触发电路下图是一个完整的可控整流电路.注意触发电路是怎

5、样与主电路同步的;波形图是不同控制角时的电压和电流波形.2.晶闸管的串并联和保护1.晶闸管的串并联电路1)串联------均压2)并联------均流2.晶闸管的保护晶闸管的保护分为过电压保护,过电流保护,电压上升率保护,电流上升率保护.1)过电压保护(1)阻容保护:可以分别装在交流侧,直流侧,元件侧;也可以同时都装设.电阻,电容的选择按经验进行,或者查相关的表.(2)专门用于过电压保护的压敏电阻.(3)硒堆保护2)过电流保护过电流保护的方式有:1.快速熔断器;2.快速开关;3.过流继电器;4.脉冲迅速后移,使晶闸管的导通角减小或停止触发.10

6、.3可控整流电路按交流电源的相数,电路的结构,负载的性质有不同的形式.1.单相半波可控整流电流.1)电阻性负载(1)自然换向点:阳极电压由负变正的过零点.在该点,二极管自然导通.(2)控制角(移相角,滞后角)触发脉冲发出的时刻与自然换向点之间的夹角.(3)导通角(4)输出电压平均值U2为变压器二次侧电压有效值(5)输出电流Id=Ud/R2)电感性负载(1)特点:电感具有阻碍电流变化的作用.当阳极电压(电源电压)过零变负时,一段时间,电感电压大于电源电压,加在晶闸管上的电压仍为正,继续维持导通.输出电压就是电源电压的包络线.于是有:输出电压出现负

7、值,使输出平均电压降低;晶闸管由正变负时不能关断而失控.(2)解决方法:反向并联续流二极管.而负载电流Id=Ud/R3)续流二极管的作用接续流二极管后,输出电压波形和计算式同电阻负载;而输出电流波形有不同.流过晶闸管的电流平均值流过续流二极管的电流平均值:例:单相半波可控整流电路带电阻负载,已知:U2=220V,输出直流电压50V,输出直流电流20A.求(1)晶闸管的控制角;(2)电流有效值;(3)选用晶闸管解;(1)得(2)电流有效值K值查表得来(3)晶闸管允许的电流平均值额定电压选KP-50/7002.单相桥式可控整流电路1)单相半控桥(1

8、)电阻性负载(2)电感性负载带续流二极管流过晶闸管的平均电流:流过续流二极管的平均电流:电感性负载单相半控桥带电感性负载的另一种接线晶闸管既不是共阴极