第十章电力电子学—晶闸管及其基本电路 学习要求: 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基本可控整流电路的工作原理及特点; 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和触发电路的基本工作原理。 前言 半导体器件集成电路→微(弱)电子学 电力半导体器件电力(强)电子学 电力电子学的任务 利用电力半导体器件和线路来实现电功率的变换和控制。 电力半导体器件 弱电 强电
第十章 电力电子学——晶闸管及其基本电路 学习要求: • 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基本可控整流电路的工作原理及特点； • 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和触发电路的基本工作原理。 前 言 → → 电力半导体器件 电力（强）电子学 集成电路 微（弱）电子学 半导体器件 电力电子学的任务： 利用电力半导体器件和线路来实现电功率的变换和控制。 电力半导体器件 弱电 强电
单相晶闸管 双相晶闸管 电力半导体器件可关断晶闸管 功率晶体管 大功率二极管 晶闸管( Silicon controlled rectifier简称SCR)是在60年代发展起来的一种 新型电力半导体器件,晶闸管的出现起到了弱电控制与强电输出之间的桥梁作用 优点: (1)用很小的功率电流约几十毫安~一百多毫安,电压约2~4V可以控制较大的功率 (电流自几十安~几千安,电压自几百伏~几千伏),功率放大倍数可以达到几十万倍 (2)控制灵敏、反应快,晶闸管的导通和截止时间都在微秒级 (3)损耗小、效率高,晶闸管本身的压降很小仅V左右),总效率可达975%,而 般机组效率仅为85%左右; (4)体积小、重量轻
大功率二极管 功率晶体管 可关断晶闸管 双相晶闸管 单相晶闸管 电力半导体器件 晶闸管（Silicon Controlled Rectifier 简称SCR）是在60年代发展起来的一种 新型电力半导体器件，晶闸管的出现起到了弱电控制与强电输出之间的桥梁作用。 优点 ： (1) 用很小的功率(电流约几十毫安～一百多毫安，电压约2～4V)可以控制较大的功率 (电流自几十安～几千安，电压自几百伏～几千伏)，功率放大倍数可以达到几十万倍； (2) 控制灵敏、反应快，晶闸管的导通和截止时间都在微秒级； (3) 损耗小、效率高，晶闸管本身的压降很小(仅1V左右)，总效率可达97.5%，而一 般机组效率仅为85%左右； (4) 体积小、重量轻
缺点 (1)过载能力弱,在过电流、过电压情况下很容易损杯,要保证其可靠工作,在控制 电路中要采取保护措施,在选用时,其电压、电流应适当留有余量; (2)抗干扰能力差,易受冲击电压的影响,当外界干扰较强时,容易产生误动作; (3)导致电网电压波形畸变,高次谐波分量增加,干扰周围的电气设备; (4)控制电路比较复杂,对维修人员的技术水平要求高 在实践中,应该充分发挥晶闸管有利的一面,同时采取必要措施消除其不利的一面 目前,采用晶闸管作为整流放大元件组成的晶闸管控制系统,获得越来越广泛的应用。 10.1晶闸管 晶闸管是在半导体二极管、三极管之后发现的一种新型的大功率半导体器件,它是 种可控制的硅整流元件,亦称可控硅。 晶闸管的结构和符号 晶闸管的外形和结构图分别如图所示:
缺点： (1) 过载能力弱，在过电流、过电压情况下很容易损杯，要保证其可靠工作，在控制 电路中要采取保护措施，在选用时，其电压、电流应适当留有余量； (2) 抗干扰能力差，易受冲击电压的影响，当外界干扰较强时，容易产生误动作； (3) 导致电网电压波形畸变，高次谐波分量增加，干扰周围的电气设备； (4) 控制电路比较复杂，对维修人员的技术水平要求高。 在实践中，应该充分发挥晶闸管有利的一面，同时采取必要措施消除其不利的一面。 目前，采用晶闸管作为整流放大元件组成的晶闸管控制系统，获得越来越广泛的应用。 10.1 晶闸管 晶闸管是在半导体二极管、三极管之后发现的一种新型的大功率半导体器件，它是一 种可控制的硅整流元件，亦称可控硅。 一、晶闸管的结构和符号 晶闸管的外形和结构图分别如图所示 ：
1-铜底率 P ,02-铝片 3-铝片 K K 4金锑合金片 5金钯片 6-硅片 螺栓形 平板形 K 4层半导体(P1、N1、P2、N2),3个PN结 G 其中:A-阳极,K—阴极,G控制极。 P 结构示意图 表示符号
其中：A—阳极，K—阴极，G—控制极。 结构示意图 表示符号 4层半导体(P1、N1、P2、N2)，3个PN结
晶闸管的工作原理 实验电路如图(a)所示,主电路加上交流电压2,控制极电路接入E,在t瞬间合 上开关S,在4瞬间拉开开关S,则n2、u2和电阻上R的电压u的波形关系如图(b)所示 (1)在0一之间:开 关S未合上,2=0,尽管 uAk>0,但u=0,即晶闸 管未导通; 2)在trt2之间 Es 7uAk>0,由于开关S合上, 使ux>0,而L4≈n2,即 RI 晶闸管导通; (a)实验电路 (b)波形图 (3)在tx与之间,n4k0,尽管u>0,但u=0,即晶闸管关断; (4)在14之间,Ak>0,这时ax>0,而u≈2,所以,晶闸管又导通; (5)当仁t时,=0,但Ax>0,l≈,即晶闸管仍处于导通状态; (6)当5时,4k=0,2=0,而u=0,即晶闸管关断,晶闸管处于阻断状态
二、晶闸管的工作原理 实验电路如图（a）所示，主电路加上交流电压~u2，控制极电路接入Eg，在t1 瞬间合 上开关S，在t4 瞬间拉开开关S，则u2、ug和电阻上RL的电压ud的波形关系如图（b）所示。 （1）在0~t1之间: 开 关S未合上，ug=0，尽管 uAK>0，但ud=0，即晶闸 管未导通； （ 2 ） 在 t1~t2 之 间 : uAK>0 ，由于开关S合上， 使ug>0，而 ， 即 晶闸管导通； （3）在 t2~t3 之间， uAK<0，尽管ug>0，但ud=0，即晶闸管关断； （4）在 t3~t4之间， uAK>0，这时ug>0 ,而 ud u2 ，所以，晶闸管又导通； （5）当 t=t4时， ug=0 ，但uAK>0， ，即晶闸管仍处于导通状态； ud u2 ud u2 （6）当 t=t5 时， uAK=0 ， ug=0 ，而ud=0，即晶闸管关断，晶闸管处于阻断状态