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可控硅工作原理一种以硅单晶为基本材料的Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２四层三端器件，创制于１９５７年，由于它特性类似于真空闸流管，所以国际上通称为硅晶体闸流管，简称可控硅Ｔ。
又由于可控硅最初应用于可控整流方面所以又称为硅可控整流元件，简称为可控硅ＳＣＲ。
在性能上，可控硅不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件（俗称死硅）更为可贵的可控性。
它只有导通和关断两种状态。
可控硅能以毫安级电流控制大功率的机电设备，如果超过此频率，因元件开关损耗显著增加，允许通过的平均电流相降低，此时，标称电流应降级使用。
可控硅的优点很多，例如：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪音；效率高，成本低等等。
可控硅的弱点：静态及动态的过载能力较差；容易受干扰而误导通。
可控硅从外形上分类主要有：螺栓形、平板形和平底形。
１、可控硅元件的结构不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由Ｐ型硅和Ｎ型硅组成的四层Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２结构。
见图１。
它有三个ＰＮ结（Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３），从Ｊ１结构的Ｐ１层引出阳极Ａ，从Ｎ２层引出阴级Ｋ，从Ｐ２层引出控制极Ｇ，所以它是一种四层三端的半导体器件。
２、工作原理可控硅是Ｐ１Ｎ１Ｐ２Ｎ２四层三端结构元件，共有三个ＰＮ结，分析原理时，可以把它看作由一个ＰＮＰ管和一个ＮＰＮ管所组成，其等效图解如图１所示图１、可控硅结构示意图和符号图当阳极Ａ加上正向电压时，ＢＧ１和ＢＧ２管均处于放大状态。
此时，如果从控制极Ｇ输入一个正向触发信号，ＢＧ２便有基流ｉｂ２流过，经ＢＧ２放大，其集电极电流ｉｃ２＝β２ｉｂ２。
因为ＢＧ２的集电极直接与ＢＧ１的基极相连，所以ｉｂ１＝ｉｃ２。
此时，电流ｉｃ２再经ＢＧ１放大，于是ＢＧ１的集电极电流ｉｃ１＝β１ｉｂ１＝β１β２ｉｂ２。
这个电流又流回到ＢＧ２的基极，表成正反馈，使ｉｂ２不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
可控硅过压保护原理理论说明以及概述1. 引言1.1 概述本文旨在介绍和探讨可控硅过压保护原理，以及对该原理进行的理论说明和实际应用的概述。
随着电力系统中越来越高压的需求，过压保护成为了保护电气设备免受损坏的关键技术之一。
可控硅作为一种常用的电器元件，在过压保护中具有广泛应用。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，如下所示：第一部分为引言，主要概述文章的目的和结构。
第二部分详细介绍了可控硅过压保护原理相关知识，包括可控硅的基本原理、过压保护概念与重要性以及可控硅在过压保护中的应用。
第三部分对可控硅过压保护原理进行了理论说明，包括过压保护原理的基本理论、可控硅过压保护电路设计与计算方法以及模拟实验和验证结果分析。
第四部分概述了可控硅过压保护原理在实际应用场景中的情况，包括工业领域和家庭电器领域的应用案例介绍，以及对其他领域中的应用前景展望。
最后一部分为结论与展望，总结了主要研究成果、提出存在问题及改进建议，并展望了可控硅过压保护原理的未来发展趋势。
1.3 目的本文的目标是深入介绍可控硅过压保护原理，对其进行理论说明并概述其在实际应用场景中的情况。
通过本文的阐述，读者可以全面了解可控硅过压保护原理相关知识和技术，并在实践中灵活运用，提高电气设备的安全性和稳定性。
同时，本文也希望能够为后续研究提供参考和指导，促进可控硅过压保护原理在更广泛领域中的应用。
2. 可控硅过压保护原理2.1 可控硅的基本原理可控硅，也被称为二极管可控整流器（SCR），是一种半导体器件，常用于实现电源控制。
它由四个层构成的PNPN结构组成，在无外加电压情况下处于堵塞状态。
当施加一个合适的触发信号到门极时，可控硅将变得导通，形成一个低电阻路径。
2.2 过压保护的概念与重要性过压保护是一种保护电路和设备免受过高电压损害的重要功能。
在工程领域中，由于突发事件或不稳定因素可能引起过高电压出现，这可能对设备、线路及相关元件造成严重损坏。
因此，通过应用可控硅作为过压保护装置，可以有效地限制电压到达安全范围内。
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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。
今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。
可控硅整流原理可控硅（SCR）是一种半导体器件，它具有双向导电性能，可以实现电流的控制和整流功能。
在电力系统中，可控硅整流器被广泛应用于交流电源的调节和控制，具有很高的效率和可靠性。
本文将介绍可控硅整流原理及其应用。
首先，我们来看一下可控硅的基本结构和工作原理。
可控硅由四层半导体材料组成，其中有一个控制端和两个电极端。
当控制端施加一个触发脉冲信号时，可控硅将导通并保持通态，直到电流下降到零。
这种特性使得可控硅可以实现交流电源的整流功能。
在实际应用中，可控硅整流器通常由可控硅、二极管和电感器组成。
当交流电源输入到整流器中时，可控硅将根据控制信号进行导通，将正半周的电流导通，而在负半周则处于关断状态。
通过这种方式，交流电源可以被转换为直流电源输出。
同时，二极管和电感器可以对电流进行滤波和稳压，确保输出电压的稳定性和纹波度。
除了整流功能，可控硅整流器还可以实现电流的调节和控制。
通过改变控制信号的触发角度，可以实现对输出电压和电流的调节，从而满足不同的电源需求。
这种灵活性使得可控硅整流器在工业控制和电力调节中得到广泛应用。
在电力系统中，可控硅整流器还可以实现功率因素的校正和谐波的抑制。
通过控制可控硅的导通角度和触发脉冲的宽度，可以实现对功率因素的调节，提高系统的功率因数。
同时，可控硅整流器还可以对谐波进行滤波和抑制，减少对电网的干扰。
总的来说，可控硅整流器具有高效、可靠和灵活的特点，可以实现对交流电源的整流、调节和控制。
在电力系统中，可控硅整流器发挥着重要的作用，提高了电能利用率和系统的稳定性。
随着电力电子技术的不断发展，可控硅整流器将会有更广泛的应用前景。
以上就是关于可控硅整流原理的介绍，希望能够对读者有所帮助。
可控硅整流器作为一种重要的电力电子器件，其原理和应用具有很高的实用价值，为电力系统的稳定运行和能源的高效利用提供了重要支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解可控硅整流器的工作原理和应用特点，为相关领域的研究和工程实践提供参考。
可控硅的工作原理(带图)可控硅的工作原理（带图）一．可控硅是可控硅整流器的简称。
它是由三个PN结四层结构硅芯片和三个电极组成的半导体器件。
图3-29是它的结构、外形和图形符号。
可控硅的三个电极分别叫阳极(A)、阴极(K)和控制极(G)。
当器件的阳极接负电位(相对阴极而言)时，从符号图上可以看出PN结处于反向，具有类似二极管的反向特性。
当器件的阳极上加正电位时(若控制极不接任何电压)，在一定的电压范围内，器件仍处于阻抗很高的关闭状态。
但当正电压大于某个电压(称为转折电压)时，器件迅速转变到低阻通导状态。
加在可控硅阳极和阴极间的电压低于转折电压时，器件处于关闭状态。
此时如果在控制极上加有适当大小的正电压(对阴极)，则可控硅可迅速被激发而变为导通状态。
可控硅一旦导通，控制极便失去其控制作用。
就是说，导通后撤去栅极电压可控硅仍导通，只有使器件中的电流减到低于某个数值或阴极与阳极之间电压减小到零或负值时，器件才可恢复到关闭状态。
图3-30是可控硅的伏安特性曲线。
图中曲线I为正向阻断特性。
无控制极信号时，可控硅正向导通电压为正向转折电压(U B0)；当有控制极信号时，正向转折电压会下降(即可以在较低正向电压下导通)，转折电压随控制极电流的增大而减小。
当控制极电流大到一定程度时，就不再出现正向阻断状态了。
曲线Ⅱ为导通工作特性。
可控硅导通后内阻很小，管子本身压降很低，外加电压几乎全部降在外电路负载上，并流过比较大的负载电流，特性曲线与二极管正向导通特性相似。
若阳极电压减小(或负载电阻增加)，致使阳极电流小于维持电流I H时，可控硅从导通状态立即转为正向阻断状态，回到曲线I状态。
曲线Ⅲ为反向阻断特性。
当器件的阳极加以反向电压时，尽管电压较高，但可控硅不会导通(只有很小的漏电流)。
只有反向电压达到击穿电压时，电流才突然增大，若不加限制器件就会烧毁。
正常工作时，外加电压要小于反向击穿电压才能保证器件安全可靠地工作。
可控硅的重要特点是：只要控制极中通以几毫安至几十毫安的电流就可以触发器件导通，器件中就可以通过较大的电流。
硅整流器工作原理
硅整流器是一种电子器件，其主要功能是将交流电转换为直流电。
它的工作原理基于半导体材料硅的特性。
硅整流器包含一个PN结，它由一块掺有掺杂剂的硅材料分为
P型和N型两个区域。
P型区域掺杂有三价离子，N型区域则
掺杂有五价离子。
当这两个区域接触时，形成一个具有单向导电性的结。
当P型区域连接到正电压，而N型区域连接到负
电压时，PN结变为正向偏置，电流可以通过结流过。
当交流电源与硅整流器相连接时，交流电源的正负半周将使
PN结在不同的偏置下工作。
在正半周，交流电源的正电压使PN结处于正向偏置，此时电流可以通过整流器。
在负半周，
交流电源的负电压使PN结处于反向偏置，此时电流无法通过
整流器。
由于交流电源的周期性变化，硅整流器可以将交流电源输出的交流电转换为直流电。
具体的工作原理是，正半周时，交流电源正电压使PN结进入导通状态，电流通过整流器流向负电压端，形成直流电流。
负半周时，交流电源的负电压使PN结进
入截止状态，电流无法通过整流器。
通过不断重复这个过程，硅整流器将交流电源输出的交流电转换为稳定的直流电。
需要注意的是，硅整流器虽然可以实现将交流电转换为直流电，但由于PN结的导通特性，它仍然会存在一定的输出波动和功
率损失。
为了减小波动和提高效率，可以采用多级整流电路或使用其他更先进的半导体材料来代替硅。
可控硅调速原理
可控硅调速是一种常见的电机调速方式，它通过控制可控硅的
导通角来改变电机的输入电压，从而实现电机的调速。
可控硅调速
原理简单易懂，下面我们来详细了解一下。
首先，我们需要了解可控硅的工作原理。
可控硅是一种电子器件，它可以控制电流的方向和大小。
在正半周的电压作用下，只有
当控制极加正脉冲时，才能使可控硅导通。
而在负半周的电压作用下，只有当控制极加负脉冲时，才能使可控硅导通。
这样，通过控
制控制极的脉冲信号，就可以实现对可控硅的导通控制。
在电机调速中，我们通常使用可控整流电路来控制可控硅的导
通角。
可控整流电路是由可控硅和触发电路组成的，触发电路可以
根据需要产生一定的触发脉冲，控制可控硅的导通角，从而改变电
机的输入电压，实现调速的目的。
另外，可控硅调速还可以通过改变触发脉冲的相位来实现调速。
触发脉冲的相位与电源电压的相位有关，通过改变触发脉冲的相位，可以改变可控硅的导通角，从而改变电机的输入电压，实现调速。
总的来说，可控硅调速原理是通过控制可控硅的导通角来改变电机的输入电压，从而实现电机的调速。
通过控制触发脉冲的大小和相位，可以实现对电机的精确调速。
可控硅调速原理简单易懂，应用广泛，是一种常见的电机调速方式。
希望通过本文的介绍，读者能对可控硅调速原理有一个更加深入的了解，为实际应用提供一定的参考价值。
半导体变流技术与可控硅整流装置一.概述半导体变流技术是近代工业发展到半导体时代最典型的技术之一，他不仅在发电机励磁系统方面得到广泛的应用，在冶金、化工、机械制造、交通运输等各方面都得到广泛的应用。
可以说，现代生活、生产无处不存在变流技术。
半导体变流技术是现代励磁系统最基本的技术之一。
在发电机励磁系统上他不仅取代了传统的直流励磁机，而且在励磁调节方面取代了传统的磁放大器、相复励变压器和整流器，甚至在灭磁方面也部分取代了磁场断路器和灭磁电阻的作用。
现代发电机励磁系统中，从电源的变换到发电机励磁能量的提供，无处不存在变流技术的应用。
本课程主要就半导体变流技术的几种典型应用和具体电路进行分析，同时介绍能达公司生产的STR系列整流装置的基本性能和技术指标。
另外还利用一定的篇幅根据整流装置在现场的应用介绍一些装置的故障判断和处理方法。
希望通过本课程能够对本公司生产人员在变流技术方面提供一定的帮助。
二.变流技术的种类根据变流技术的应用和具体电路，我们将变流技术分成如下几类：单相半波整流单相全波整流不可控整流单相桥式整流单相整流单相半波可控整流单相桥式半控整流可控整流单相桥式全控整流半导体变流三相零式整流不可控整流三相桥式整流三相整流三相半控桥可控整流三相全控桥上面的分类只是按照应用最多的情况进行的分类，实际应用中远较上面的要多。
比如六相整流、十二相整流等等。
由于这些电路在励磁系统中应用的较少，我们在分类时就没有将他们列入。
实际上，在早期的模拟式自动励磁调节器的电压测量回路中，为了保证测量电压的纹波系数，六相和十二相整流电路应用的还是很普遍的，只是现代微机励磁调节器采用交流电压采样方式以后，对测量电压的纹波要求相对降低了而不怎么采用了。
三.单相整流电路 3.1单相半波整流电路单相半波整流电路接线图及波形图见图一单相半波整流是半导体变流技术中最基本的电路。
他是利用半导体二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电最基本的方法。
由于二极管的单向导电性，变压器二次电压只有正方向电流才能够通过二极管而施加到负载上，而负方向由于二极管的阻断作用而不能施加到负载上，因此，负载上获得的平均电压仅为变压器二次电压的一半。
由于存在二极管导通压降和变压器二次绕组的压降，故电路中：245.0U U d =由于在电路的输出侧装有滤波电容器，负载上的最高电压将可以达到变压器二次电压的峰值电压，即22u u d =；同时，由于电容器的放电作用，在变压器二次电压下降时，负载上的电压并不随二次电压下降而下降，而是由电容器的放电曲线所决定。
单相半波整流电路的波形图见图一（b ）。
图中：兰色曲线为变压器二次电压，红色曲线为无滤波电容器时的整流输出电压，棕色曲线为有滤波电容器时负载上的电压。
当整流二极管换为可控硅，电路变化为可控单相整流电路时，负载上的平均整流电压由： 2cos 145.0)(sin 22122αωωππα+==⎰U t td U U d 决定。
式中：U 2——变压器二次绕组电压的有效值； α——移相角。
由式可以看出，当α改变时，负载上获得的平均整流电压会有不同的值。
3.2 单相全波整流单相全波整流电路接线图及波形图见图2。
在变压器副边电压的正半周，二极管D1处于正向偏置而D2处于反向偏置状态，D1在正向电压的作用下导通，D2在反向电压的作用下截止，负载上获得e 21电压；在变压器副边电压的负半周，二极管D1处于反向偏置状态，而D2处于正向偏置状态，D2在正向电压的作用下导通，D1在反向电压的作用下截止，负载上获得e 22电压。
负载上的电压波形如图2b 中棕色曲线。
与单相半波整流电路相比，全波整流的输出要多一个波，因此，输出电压也较半波要高一倍，故： U d =0.9U 2与单相半波一样，在有滤波电容器时，负载上的最高电压为变压器二次电压的峰值，使用中应当特别注意。
3.3单相桥式整流单相桥式整流是实际应用最多的单相整流电路。
电路接线见图3。
在电路中，四只整流管组成桥式整流。
在变压器二次电压的正半周，电流通过D1→Rfz →D2→W2形成通路，而在负半周，电流通过D3→Rfz →D4→W2形成通路，负载上电压波形见图3（b ）棕色曲线。
与全波整流一样，桥式整流电路的平均输出电压：U d =0.9U 2当有滤波电容器时，负载上的最高电压为变压器二次电压的峰值。
当整流管换为可控硅时，桥式整流可以很方便地变换为可控整流。
单相桥式可控整流电路的输出电压由：2cos 19.02α+=U U d 决定。
当可控整流桥接入感性负载时，由于电感电流不能突变，在可控硅关断期内，必须在负载两端接入续流二极管以保持电感电流的通路，以防止可控硅关断时在电感负载两端产生危险的过电压和可控硅能够换相导通。
四. 三相整流电路三相整流电路是励磁系统最基本的变流技术之一。
现代发电机自励励磁系统几乎全部采用三相整流电路来解决励磁系统的功率部分。
根据应用场合的不同，三相整流电路分为三相零式、三相半控桥、三相全控桥、多相整流等多种电路形式。
三相整流不仅输出波形的纹波小，而且输出电压等级高、电流大，特别适合于大功率整流的场合。
4.1三相零式（半波）整流三相零式整流是多相整流电路的基础电路，可以说，其他多相整流电路是三相零式整流电路的叠加，掌握这一部分是解决其他多相整流电路的基础，应当引起足够的重视。
三相零式整流电路的接线图和波形图见图4。
由图4可以看出，在ωt1~ωt2时段，u2a 为正，u2b 、u2c 均低于u2a ，D1受正向电压而导通，D2、D3元件关断；在ωt2~ωt3时段，u2b 电压上升u2a 下降，而u2c则处于最低电压，故D2导通，D1、D3关断；在ωt2~ωt3时段，u2c上升为最高值，其他两相电压则下降到较低的值，故此时轮换到D3导通而D1、D2关断。
负载上获得的电压如图4b中兰线所示波形。
整流电压Ud与变压器二次电压的关系有：Ud=1.17U2当整流元件换为可控硅时，整流电压Ud与变压器二次电压的关系有：U d =1.17U2cosα负载上的电流与变压器二次绕组间电流关系有：I2=0.59Id负载功率与变压器容量的关系有：ddd PIUUIS5.117.1359.03222===这里需要说明，当可控整流电路的负载为电感元件时，要注意在电感两端并联续流二极管，以保持电流的连续通路和可控硅的可靠换相。
上面的半波整流电路称为共阴极三相零式电路，他的输出为正电压。
在实际应用中，为了获得负电压，可以将整流元件的阳极作为公共极而输出，称为共阳极三相零式电路。
电路的分析方法与共阴极三相零式电路一样，只是要注意电压的极性应相反。
从前面的分析可知，三相零式整流只是利用了变压器二次电压的相电压，相对利用变压器二次线电压的三相全波整流来说输出电压也较低。
此种方式在冶金系统用的更多一些，而在电力系统应用较少。
共阴极电路和共阳极电路组合以后，可以形成具有正、负极性输出的整流电源，也可以提高整流输出电压。
4.2 三相桥式整流三相桥式整流是电力系统特别是发电机励磁系统应用最多的方式。
在三相桥式整流方式下，他充分利用了变压器的二次线电压，不仅提高了整流装置的输出电压水平，还大大降低了整流变压器的二次电流和损耗。
三相桥式整流的电路图和波形图见图5。
与三相零式整流电路不同的是，三相桥式整流是以线电压为基础进行分析的。
如图所示，在ωt1~ωt2区间，D1、D6承受的电压最高，电流通过a→D1→Rfz→D6→b→变压器a、b相副绕组形成闭环通路；在ωt2~ωt3区间，D1、D2承受的电压最高，电流通过a→D1→Rfz→D2→c→变压器a、c相绕组形成闭环通路，整流元件D6、D2在ωt2点换相；在ωt3点，a相电压下降而b相电压上升且高于a 相电压，电流由D1换到D3，在ωt3~ωt4区段形成D3→Rfz→D2→变压器b、c相绕组的闭环通路；在ωt4点，再次由D2换流到D4，在ωt4~ωt5区段形成D3→Rfz→D4→变压器b、a相绕组的闭环通路；以下类推。
负载上的电压波形见图5b 兰色曲线。
三相整流元件的导通换流顺序如下：→三相桥式整流电路的整流电压与变压器二次电压的关系为：L d U U 235.1= 式中：U 2L ——整流变压器二次线电压三相桥式整流电路的整流输出电流与变压器二次绕组电流的关系为：d I I 817.02=变压器与整流功率的关系为：d d dP I U I U S 05.1817.024.333222=⨯== 4.3 三相半控桥式整流三相半控桥式整流是在三相桥式整流电路的基础上，改变其中一组整流元件为可控硅的整流电路。
电路的工作原理与三相桥式整流电路完全一样，所不同的是使用可控硅以后，整流元件的换流不是在自然换流点，而是在触发点换流。
电路接线图及换流情况见图6。
三相半控桥式整流电路在控制角为00时的输出波形与三相半波整流时完全一致；控制角在00≤α≤600范围内，每个周波有6个波头，而在600≤α≤1800范围内，每个周期只有三个波头，且波形之间有间距；α=600时波形刚好连续。
α＜600时每个周期的六个波头中三个相互间隔的波头为可控波，三个间隔的波头为二极管整流波。
结合前面对三相整流桥的分析可以看出：1）α=00时，三相半控桥的输出和波形与三相整流桥的波形完全一致。
2）α≤600时，三相半控桥波形为六个连续波；α＞600时只有三个波且不连续，其整流电压与变压器副绕组之间的关系为：)cos 1(2232απ+=L d U U 由于三相半控桥在α为不同角度时输出波形有较大的区别，因此，整流电压与变压器二次电压不能维持一个固定的比例关系。
α=00时，35.12=ld U U ；α=900时，675.02=LdU U 。
3）通过整流元件和变压器二次绕组的电流由于α角的不同而有较大的差别，他需要按α角的区段进行分析。
⑴在00≤α≤600区段内波形连续的情况下，通过整流元件的电流为：))2cos 1(433(21αππ++=Mscr I I 因 )cos 1(23)cos 1(2232απαπ+=+==M l fzd d I R U R U I故 )]2cos 1(433[21)cos 1(32αππαπ+++=Id Iscr⑵在00≤α≤600区段内波形连续的情况下，通过变压器副绕组的电流：)2cos 1(433[12αππ++=MI I 将)cos 1(32απ+=M I 代入式中，得：)2cos 1(433[1)cos 1(322αππαπ+++=d I I ⑶在600≤α≤1800区段内波形不连续的情况下，通过整流元件的电流为：)42sin 2(21ααππ+-=MI Iscr则： )42sin 2(21)cos 1(32ααππαπ+-+=dscr I I⑷在600≤α≤1800区段内波形不连续的情况下，通过变压器副绕组的电流为：)42sin 2(12ααππ+-=MI I将I M 代入式中得：)42sin 2(1)cos 1(322ααππαπ+-+=d I I4.4三相全控桥整流电路三相全控桥整流电路是发电机自并励励磁系统应用最多的电路。
