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第13讲晶闸管及可控整流电路

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晶闸管相控整流电路

晶闸管相控整流电路
整流电路中二极管损坏、电容 器漏电或电阻器阻值异常，导 致输出电压异常。
电源故障
输入电源缺相、电压过高或过 低，影响整流电路的正常运行
。
பைடு நூலகம்
故障诊断方法与步骤
外观检查
观察整流电路的外观，检查是否有明显的烧 毁、断裂等故障现象。
电阻测量
使用万用表测量整流电路中各元件的电阻值， 判断是否正常。
电压测量
测量整流电路的输入和输出电压，判断是否 在正常范围内。
的电压和电流。
电路优化方法
降低损耗 选择低阻抗的元件，以减小电路的导通电阻和漏电流。 采用合理的散热设计，确保元件温度不超过额定范围。
电路优化方法
提高效率
1
2
优化电路布局，减小线路损耗。
3
选择适当的触发延迟角，以平衡输出电压和电流， 提高转换效率。
电路优化方法
01
增强稳定性
02
加入适当的反馈控制，如电压反馈或电流反馈，以提高电 路的稳定性。
稳定性
确保电路在各种工况下都能稳定运行 。
设计原则与步骤
• 可靠性：选用可靠的元件，确保电路的长 期稳定运行。
设计原则与步骤
1. 明确设计要求
确定输出电压、电流的规格以及电路 的效率要求。
2. 选择合适的元件
根据设计要求选择合适的晶闸管、二 极管、电容、电感等元件。
设计原则与步骤
3. 设计主电路
03
优化元件参数匹配，减小参数失配对电路稳定性的影响。
06
晶闸管相控整流电路的 故障诊断与维护
常见故障类型与原因
晶闸管损坏
由于电流过大、电压过高或散 热不良等原因，导致晶闸管烧
毁或击穿。
触发电路故障

晶闸管可控整流电路_图文

晶闸管可控整流电路_图文

如EG 加反压 无论EA 是正或负
L不亮 KP截止
EA 加正压，S断开 EA 加正压， S闭合 KP导通后，S再断开
L不亮
L亮
L仍亮
KP截止
KP导通
KP仍导通
晶闸管导通的条件：
1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压 。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压
或晶正闸向管脉导冲通(后正，向控触制发极电便压失)。去作用。 依靠正反 馈，晶闸管仍可维持导通状态。
(3)工作波形(加续流二极管)
O

2
t
O
t
iL
t
O
t

加续流二极管整流输出电压及电流的平均 值与电阻性负载相同
改变控制角，可改变输出电压Uo ,移相范围
二、 单相全控桥式整流电路
1. 电阻负载
工作原理
a
(1)电压u 为正半周时
T1和DT4承受正向电压 。
+
u
–
T1
T3
加触发电压, 则T1和
UF: 通态平均电压（管压降） 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，
晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。
UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完全
导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。
晶闸管型号及其含义
KP
家用电器： “节能灯”、变频空调
• 其他： UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置
13.1 电力电子器件
一、 电力电子器件的分类
1.不控器件，如整流二极管。 2.半控器件，如普通晶闸管。 3.全控器件，如可关断晶闸管、功率晶闸 管等。

《晶闸管整流电路》课件

《晶闸管整流电路》课件
实验设备 晶闸管整流电路实验箱
电源
实验设备与测试方法
示波器 万用表
测试方法
实验设备与测试方法
使用示波器观察整流电路的输出波形
记录实验数据和波形，以便后续分析
使用万用表测量各点的电压和电流值
调试步骤与注意事项
调试步骤 1. 检查实验设备是否完好，确保电源、导线等正常工作。
2. 根据实验要求连接电路，确保连接正确无误。
启动条件
需要满足一定的电压和电 流条件，以确保晶闸管能 够正常启动。
正常工作过程
电流流向
工作状态
在正常工作状态下，电流从阳极流向 阴极，同时维持一定的电压和电流值 。
晶闸管整流电路处于稳态工作状态时 ，各参数保持恒定，系统稳定运行。
控制方式
通过调节触发信号的相位角，可以控 制输出电压和电流的大小，从而实现 整流功能。
2. 总结实验中的问题和不足之处，提出改进措施 。
THANKS.
电感器
总结词：特性
详细描述：电感器是一种储能元件，具有隔交通直的特 性。在整流电路中，它能够有效地将交流分量转化为磁 场能储存起来并在需要时释放出来。
03
晶闸管整流电路的
工作过程
启动过程
启动方式
通过在阳极和阴极之间施 加正向电压，使晶闸管从 截止状态进入导通状态。
触发信号
在启动过程中，需要施加 一个触发信号，使晶闸管 内部的电子发生跃迁，从 而导通电流。
设计原则与步骤
电路仿真
利用仿真软件对设计的电路进行模拟，验证其性能和可 靠性。
优化改进
根据仿真结果，对电路进行优化和改进，提高其性能和 可靠性。
元件选择与参数计算
1 2
元件选择
根据电路的工作环境和性能要求，选择合适的元 件型号和规格。

晶闸管三相可控整流电路

晶闸管三相可控整流电路

图 2-20 三相全控桥 R 负载输出电压
根据图 2-20 所示波形可求出负载电压与控制角的关系为
∫ U d
=
3
2π / 3+α
6U sin ωtd (ωt)
=
2.34U
cosα
π π / 3+α
（2.30）
晶闸管两端的电压用以下方法确定，当它本身导通时，两端电压为 0；晶闸管不导通应
承受线电压。对于共阴极组的晶闸管，其阳极接在某一固定相电压上，与它共组的另一晶闸
VT1
VT3 VT5
a
o
b
ud
c
VT4
VT6 VT2
图 2-19 三相桥式全控电路
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 炣
1. 纯电阻负载 下面分析纯电阻负载时的工作过程。在ωt=π/3+α时时触发 VT1，假如电路已进入了稳 定工作状态，按照晶闸管的触发导通顺序，在此之前电路中已有 VT5、VT6 导通，VT6 的导 通使得 VT1 承受电源线电压 uab，此时 uab>0，为 VT1 的触发导通做好了准备，VT1 一旦得到 触发脉冲即转入导通状态。VT1 的导通又使 VT5 承受电压 uca，此时 uca<0，VT5 受到反压而 关断，此过程为 VT1、VT5 换相。换相后电路中 VT1、VT6 导通，负载输出电压 ud= uab，这 一状态持续 π/3，在ωt=2π/3+α时触发 VT2，VT6 的导通使 VT2 承受电压 ucb，在ωt=2π/3 后 ucb>0,VT2 一旦得到触发脉冲则可以导通，VT2 导通使 VT6 因承受电压 ucb<0 而关断，此后电 路中 VT1、VT2 导通，负载输出电压 ud= uac，再经过 π/3，到ωt=π+α时触发 VT3，VT3 和 VT1 换相，电路中 VT3、VT2 导通，负载电压变成 ubc。每间隔 π/3 电路换相一次，一个电源 周期中共换相 6 次，晶闸管的导通编号为：1-6、1-2、3-2、3-4、5-4、5-6、1-6。负载电压 为 uab、uac、ubc、uba、uca、ucb。负载电压波形如图 2-20。

晶闸管整流电路ppt课件

晶闸管整流电路ppt课件

双向晶闸管在第Ⅰ和第Ⅲ象限有对称的伏安特性。
1.4 晶闸管单相可控整流电路
一、单相半波可控整流电路（电阻性负载）
1、电路结构和工作原理
u2 2U 2
π 2π
3π
t
0
Tr
u1
uT
VT u2
ug
id
0
ud
ud
id
id
0
ud
uT
0
- 2U2 -
t
Ud
t
t
变压器Tr起变换电压和隔离的作用。
在电源电压正半波，晶闸管承受正向电压，在
当晶闸管阳极承受正向电压，控制极也加正向电压时， 形成了强烈的正反馈，正反馈过程如下：
IG↑→IB2↑→IC2(IB1)↑→IC1↑→IB2↑
晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子本身的
正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将
处于导通状态。因此，控制极的作用仅是触发晶闸管使 其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。要想关 断晶闸管可采用的方法有:将阳极电源断开；改变晶闸 管的阳极电压的方向，即在阳极和阴极间加反向电压。
ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通；负载上 的电压等于变压器输出电压u2。在ωt=π时刻，
电源电压过零，晶闸管电流小于维持电流而关断， 负载电流为零。
在电源电压负半波，uAK＜0，晶闸管承受反向电
压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有
输出电压，直到电源电压u2的下一周期。直流输 出电压ud和负载电流id的波形相位相同。
1.2.3 晶闸管的伏安特性
1、晶闸管的伏安特性
晶闸管的伏安特性是晶闸管阳极与阴极间电压UAK和晶闸管 阳极电流IA之间的关系特性。

实验晶闸管可控整流电路

实验晶闸管可控整流电路

实验晶闸管可控整流电路实验要求：测出点I,W.E,B1,的电压，并绘出波形。

实验晶闸管可控整流电路实验要求：测出点I,W.E,B1,的电压，并绘出波形。

实验晶闸管可控整流电路实验要求：测出点I,W.E,B1,的电压，并绘出波形可控硅触发电路的组成及各元件的作用电路主要有三部分组成1．整流电路：将交流电转变成直流电，为触发电路和主电路提供直流电源，由4只二极管V1～V4组成2．触发电路：为可控硅提供触发脉冲BT33 单结晶体管控制输出脉冲的有无，起开关作用。

C 电容为单结晶体管提供导通电压D W稳压管与R1组成稳压电路，将脉动电流转变成平坦的电流。

R1限流电阻起限流和调压作用R2 (2K) 限流电阻防止R p损坏时，电流直通单结晶体管而损坏。

R3温度补偿电阻取200 — 600欧姆R4输出电阻其大小影响输出脉动电压的幅度与宽度。

R L限流电阻起限流和调压作用R W电位器移相作用，改变R W的大小，可以改变C充电的速度，也就改变了第一个脉冲出现的时间，从而达到移相的目的。

注意：R W过大，单结晶体管达不到峰值电压，不能导通；R W过小，单结晶体管电压大于谷点电压，不能截止。

所以R W过大或过小时，电路均不振荡，无脉冲电压输出。

3．可控硅电路：为主电路，R L、T1、组成，R L起限流作用（三）工作原理交流电压经过桥式整流得到全波脉动电压，再经过稳压管削波得到梯形波电压。

梯形波电压通过R W、R2(2K)对C充电，当U C↑→U P（峰点）→T2导通，电容C → e → b →R4放电。

放电电流在电阻R4上产生一组尖顶脉冲电压，由R4输出一组触发脉冲。

其中第一个脉冲使晶体管触发导通,后面的脉冲对晶体管的工作没有影响。

随着C的放电，当U c↓→U v(谷点）→T2截止，电容C又重新充电，重复上述过程。

当梯形电压过零点时，U C也为零，因此电容每次连续冲放电的起点，就是电源电压过零点，这样就保证输出脉冲电压的频率与电源电压频率的同步。

电工电子应用技术 晶闸管可控整流电路教案

电工电子应用技术 晶闸管可控整流电路教案

单元十三电力电子技术基础（教案）注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25倍行距，居中）13.2晶闸管可控整流电路【教学过程】组织教学：1．检查出勤情况。

2．检查学生教材，习题册是否符合要求。

3．宣布上课。

引入新课：1．可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。

2．通过实物演示及列举实例，让学生了解桥式整流电路的原理及应用，从而激发他们的学习兴趣。

讲授新课：13.2晶闸管可控整流电路13.2.1整流电路可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。

13.2.1整流电路单相半波可控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。

比较常用的是半控桥式整流电路，简称半控桥，其电路如图13-2-1所示。

在变压器副边电压u的正半周（a端为正）时，T1和D2承受正向电压。

这时如对晶闸管T1引入触发信号，则T1和D2导通，电流的通路为a→T1→R L→D2→b图13-2-1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路这时T2和D1都因承受反向电压而截止。

同样，在电压u的负半周时，T2和D1（讲解）（讲解）观看PPT：整流电路)承受正向电压。

这时，如对晶闸管T 2引入触发信号，则T 2和D 1导通，电流的通路为： b→T 2→R L →D 1→a图13-2-2 电阻性负载时单相半控桥式整流电路的电压与电流的波形这时T 1和D 2处于截止状态。

电压与电流的波形如图13-2-2所示。

桥式整流电路的输出电压的平均值为2cos 219.00a U U +⋅= (13-2-1)输出电流的平均值为2cos 19.000aR U R U I L L +⋅==(13-2-2) 13.2.2晶闸管的过电流、过电压保护1．晶闸管的过电流保护由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升而可能把PN 结烧坏，造成元件内部短路或开路。

晶闸管可控整流电路

晶闸管可控整流电路

*二、双向晶闸管
相当于两个反向晶闸管并联， 两者共用一个控制极。
A2
G
A1
*三、可关断晶闸管
uA＞0 时，uG＞0，管子导通； uA＞0 时，uG＜0，管子截止。
A
G
K
13.2 可控整流电路
一、 单相半波可控整流
1. 电阻性负载
(1) 电路 + u – T + uT – io + RL uo –
O
ug
t1
2
t2
t t t
uO
O O
uT
O
导通角
t

接电阻负载时 单相半波可控整流电路电压、电流波形

控制角
(4)整流输出电压及电流的平均值 π 1 UO u d t 2π α π 1 2U sin t d(t ) 2π α
1 cosα 2U [cos t | ] 0.45U 2π 2
13.1 电力电子器件 13.2 晶闸管可控整流电路（AC-DC） 13.3 晶闸管的触发电路
• 利用电力电子器件实现工业规模的电能变换，它是将一 种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如， 将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电 能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交 流电源中断时，用逆变器将蓄电池的直流电能变换成工 频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能 之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成 电能。
改变控制角，可改变输出电压Uo ,移相范围 0 0 ~ 180 0
π
π
二、 单相全控桥式整流电路
1. 电阻负载 工作原理 (1)电压u 为正半周时
T1和DT4承受正向电压。 加触发电压, 则T1和 T4导通，电流的通路为 a T1 RL io a

晶闸管整流电路 ppt课件(共88张PPT)

晶闸管整流电路 ppt课件(共88张PPT)

继续维持导通，直至L中磁场能量释
放完毕， VT承受反向电压而关断；
t
t
t
第二章 第 12 页
图2-2 带电感性负载的 单相半波电路及其波形
a)
u1
VT T
u VT u2
u2
b)
0
t1
ug
ωt2
c) 0
ud
+
d) 0 id
e)
0
u VT
f) 0
ωt2 ωt2
ωt2
id L
ud R
2
+
工作过程和特点： 请同学们思考： （a） L两端的电压何时变为上负 下正，如何简单判断？ （b） id能否抵达2π点？为什么？
阐明：使用万用表直流档测量Ud即为该数值；
U2为电源电压有效值〔220V）； α ＝ π时，Ud=0，可见可以通过调整α 来调整Ud。
直流输出电压有效值U
（2-2U ）2 1 2 U 2s it2 n d t U 24 1 s2 in 2
第二章 第 8 页
2.1.1 单相半波可控整流电路〔单相半波）
单相半波可控整流电路的特点：
线路简单、易调整，但输出电流脉动大，变压器二次侧电流中含直流 分量，造成变压器铁芯直流磁化； 实际上很少应用此种电路；
第二章 第 17 页
2.1.2 单相桥式全控整流电路〔单相全控桥）
简称为单相全控桥〔教材P24)
1. 电阻负载的工作情况 2. 晶闸 管 V T1 和V T 4组成一 对桥臂 ， VT2和VT3组成。在实际的电路中，一 般都采用这种标注方法，即上面为1、3 ，下面为2、4。请同学们注意。
➢
P=负载的电压有效值×负载的电流有效值

晶闸管可控整流和逆变电路.pdf

晶闸管可控整流和逆变电路.pdf
超越这一区间，使元件导通或阻断的条件变化， 等效电路相应改变。 3）等效电路的直线性 ¾ 假定元件具有理想输出特性，则电路为线性。
在整流电路中与元件导通条件有关的因素
电网状态（电网电压的分布情况） 门极脉冲状态（门极脉冲的分布情况） 电路结构 负载性质
2. 波形分析
3. 定量分析
如：
uBA =
6U2 sin ωt
=பைடு நூலகம்
2Lκ
di dt
解出
∫ i = 6U2
2ω Lκ
sin ωtdωt = −Im cosωt + K
根据式（2-19）初值并考虑到 i(α)=0，确定积分常数K为 K=Imcosα I = Im (cosα − cosωt)
Im
=
6U 2
2ω LK
iT1 = iT1(α ) − i = Id − Im (cosα − cosωt)
最常用的数学方法是选择适当的变量， 根据电路列微分方程并求解方程变量。
从T1通，T2通，T3断向T1断，T2通，T3通转换过程中， T1、T2、T3均导通时电量状态变化分析：
电路初始条件：
¾ 为简化分析，设在该工况中负载电流 id= Id = const 。 ¾ 由于T1T3均处通态，线电压uBA沿电感LK（LK=La=Lb） 建立导电回路，并产生环流 i ，即：
∞
∞
∞
∑ ∑ ∑ ud = Ud + an sin nωt + bn cos nωt = Ud + Cn cos(nωt −θn )
n=1
n=1
n=1
式中
cn2 = an2 + bn2
∫ an
=
1

晶闸管可控整流电路幻灯片PPT

晶闸管可控整流电路幻灯片PPT

整流电路的换相规律
１．对电源系统电压的要求
整流电路在工作过程中，要按照电源电压的变化规律周期性地切换整流 工作回路。为保证在稳定工作状态下能均衡工作，使输出电压电流波形 变化尽可能小，要求电源系统为对称的，且电压波动在一定范围之内。
2 ．自然换相与自然换相点
在不可控整流电路中，整流管将按电源电压变化规律自然换相，自然换 相的时刻称为自然换相点。
(32)4
IVD R 2 Id (32)6
单相半波整流电路的特点
1）优点：
线路简单，调整方便；
2）缺点：
（1）输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负
载时）。
（2）整流变压器次级绕组中存在直流电流分量，
使铁芯磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，
则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。
P I2 R 1 s2 in ( 3 1 )0
SU 2 I 2 4
2
晶闸管可能承受的最大电压为 Um 2U2
单相半波电路RL负载
整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态，三个 阶段。
单相半波电路RL负载
定量计算：将U=U2、ωt1=α代入式（1-66）中，得
id2 Z U 2 sit n) ( si R n ) e L ( R t ( 3 1 )1
单相半波电路R负载
整个电路只有一个等效工作回路，两种工作状态。
整流变压器次级电压为 u22U2sint
单相半波电路R负载
定量计算：
u d 0 2 U 2s i tn t 2 t (3 1 )
id
ud R
(32)
0 t
u V T 2 U 2 si tn t 2 ( 3 3 )

1晶闸管及其可控整流电路（ACDC变换）

1晶闸管及其可控整流电路（ACDC变换）

何谓“普通晶闸管”
晶闸管（thyristor）是具有可控开关特性 的半导体器件的总称。包括多类。 其中出现最早，应用最广泛的是普通晶闸 管，即可控硅，SCR（ Silicon Controlled Rectifier）
1.1.1 晶闸管结构
A p G n p n K
A
j1 j2 j3
结构
G K
电路符号
A
P n p n p n
P n p j2 n
A
j1 j2 j3
A （+） IA IB1 ICO IB2 IC2 VT2 (NPN) IK K（—）
VT1 G
j1
n p
G
j2 j3
VT1 (PNP)
VT2
IC1 G IG
K
K
两个复合晶体三极管： pnp型VT1 npn型VT2
3）晶闸管的导通工作状态
一种可控的单向导电开关 反向始终能承受电压，具有反向阻断 特性。 正向可以有两个稳定的工作状态： 呈高阻抗的阻断工作状态（断态） 呈低阻抗的导通工作状态（通态） A 下面分析为何会有上述特性。
G K
p-n结（简单回顾）
正向偏置时导通 反向偏置时阻断，只有很小的漏电流
空穴流 E 电子流
E
A
G
K
一种可控的单向导电开关
1.1.3 晶闸管特性
1）晶闸管的伏安特性
IA 正向 导通
URSM URRM -U A
IH O
IG2
IG1
IG=0
特性在I、III象限 IG=0A时，正向转折电压 转折点越低，所需IG越大 反向特性，击穿 正向偏置时，可在断态、 通态间互相转化，且与门极 电流、阳极电压和阳极电流 有关 反向偏置时，只能工作在 阻断状态，绝对不能超过击 穿电压

晶闸管和可控整流电路

晶闸管和可控整流电路

这样循环下去，使两个晶体管迅速进入饱和状态，晶闸管导通。
7
3. 伏安特性 晶闸管的导通和阻断是由阳极和阴极之间的电压UAK、阳极电流IA及
控制极电流IG控制的，IA与UAK之间的关系IA= f (UAK)即为晶闸管的 伏安特性。如图1.3所示。
8
（1）正向特性 当UAK0时，晶闸管承受正向电压，若控制极不加电压，即IG=0，
15
（2）反向特性 晶闸管的反向特性与二极管类似。当UAK 0时，晶闸管承受反向
电压，处于阻断状态，只流过很小的反向漏电流，当反向电压UAK数 值增大到UBR时，晶闸管反向击穿，反向电流剧增，UBR称为反向击 穿电压。
9
4. 主要参数
为了合理地选择和正确地使用晶闸管，有必要了解晶闸管主要
参数的意义。
（4）反向重复峰值电压URRM 在晶闸管控制极开路时，可以重复加在晶闸管上的反向峰值电压。
URRM为UBR的80%。
11
1.2 可控整流电路
在桥式整流电路中，若整流管由晶闸管组成即构成可控整流电路。如 果整流管全部采用晶闸管，则组成单相桥式全控整流电路，如图1.4 所示。若只采用两只晶闸管，另外两只用整流二极管，则组成图1.5 所示的是单相桥式半控整流电路。
若UGK0且为某一适当的数值，则满足T1和T2的发射结正偏置，集电
结反偏置，这时T1和T2均导通，UGK产生控制极电流IG，为T2提供基
极电流IB2，IB2经T2放大后形成集电极电流IC2，IC2=2IB2，IC2就是
T1的基极电流IB1，IB1经T1放大后形成较大的集电极电流IC1，故
IC1=1IB1=12IB2，IC1又流入T2的基极再一次放大，形成正反馈，
3
1.1 晶闸管 晶闸管的种类很多，除普通型晶闸管外，还有双向型、逆导型、

晶闸管可控整流电路共49页文档

晶闸管可控整流电路共49页文档
间加反相电压。
派生器件：双向晶闸管
特点：相当于两个晶闸管反向并联，两者共
用一个控制极。
符号： 第二电极 A2
G 控制极
A1 第一电极
通过控制控制极的电压可实现双向导通。
工作原理
UA1>UA2时，控制极相对于A2加正脉冲， 晶闸管正向导通，电流从A1流向A2。
UA2>UA1时，控制极相对于A2加负脉冲， 晶闸管反向导通，电流从A2流向A1。
晶闸管可控整流电路
第7章 晶闸管整流电路
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4
电力电子技术概述 半导体电力开关器件 晶闸管可控整流电路 本章复习
§7.1 电力电子技术概述
1. 什么是电力电子技术（电力电子学）
▪ 电力技术是一门涉及发电、输电、配电及电力应用的
科学技术。
强电
▪ 电子技术是研究电子器件，以及利用电子器件来处理
SIT
静电感应晶闸管
SITH
功率模块
Power Module
集成模块
单片集成模块
System on a Chip
智能功率模块
IPM
1. 电力二极管
■电力二极管是以半 导体PN结为基础的,
A K
A
K
K
PN
I
J
b)
实际上是由一个面积 较大的PN结和两端引 线以及封装组成的。
从外形上看，可以有
A
c)
a)
螺栓型、平板型等多
电力二极管的外形、结构和电气 图形符号 种封装。 a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
不可控器件
2. 晶闸管(四层、三结、三极)（半控型器件）
a) a)外形
A

晶闸管和可控整流电路

晶闸管和可控整流电路

晶闸管和可控整流电路
晶闸管是⼀种⼤功率半导体器件。

⽤于电⼒设备控制等强电领域。

作⽤:整流（交流---直流）逆变（直流--交流）变频（交流--交流）斩波（直流--直流）
原理：
1.正向导通条件：A,K间加正向电压，G,K间加触发信号。

晶闸管⼀旦导通，控制极失去作⽤。

关断条件：
双向晶闸管（灵活的）
可控整流电路
1.单相半控桥式整流电路
2，晶闸管触发电路
触发信号的要求：
单结晶体管
相当于⼀个开关，当发射极电压达到峰点电压，单结晶管由截⾄变为导通，当发射机电压下降到⾕点电压，单结晶体管由导通变为截⾄。

单结晶体管触发电路。

第一章——晶闸管可控整流电路

第一章——晶闸管可控整流电路

(二)电感性负载
图7 带电感性负载的 单相半波可控整流电路及波形
(三)续流二极管
在带有大电感负载时，单相半波相控整流电路正常 工作的关键是使负载端不出现负电压，因此要设法在电 源电压 U2 负半周时，使晶闸管 VT承受反压而关断。解 决的办法是在负载两端并联一个二极管。
加了续流二极管以后，输出直流电压Ud的波形与电 阻负载时一样，而电流波形则完全不同。电源电压正半 周时，电流由电源经导通的晶闸管供给；电源电压负半 周时，晶闸管关断，电流由续流电流维持，因此，负载 电流由两部分合成。
有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，避免了失 控的现象。 续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损
耗。
(一)电阻负载
电路的特点：
a)
=0 u a
u u
R
变压器二次侧接成星形得到零线， 而一次侧接成三角形避免3次谐波 b) 流入电网。 三个晶闸管分别接入a、b、c三相 电源，其阴极连接在一起——共 c) 阴极接法 。
d)
u2
b
c
i d
O
t
1
t
2
t
3
t
uG O ud
t
i VT1
O
t
自然换相点：
e) f)
u
O
t t
VT1
O
把晶闸管换成二极管时，二极管换相
时刻为自然换相点，是各相晶闸管能 触发导通的最早时刻，将其作为计算 各晶闸管触发角α的起点，即α=0。
u
ab
u
ac
图17 三相半波可控整流电路共阴极接 法电阻负载时的电路及α =0时的波形
u2过零变负时，因电感作用电流不再流经
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上升率。 ——如果电流上升太快，可能造成局部过热而使晶闸管损坏。
(3) IF：额定正向平均电流： 通用系列为：
1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400 500、600、800、1000A 等14种规格。
额定 正向 平均 电流
反向击穿电压
I I
F
URSM
IH
UDRM
U U
正向转折 DSM 电压
A
控制极
G
K 阴极
G
P2 N2 K
A P G N P N P N
ß ß ig
等效为由二个三极 管组成
A
RL
T2
UAK
G
UGK
T1
ig
ig ß
K
K
T1、T2都导通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然导通
A
ß ß ig
RL
T
2
可控硅导通的条件： （1）阳极A加正电压 （2）控制极G加正的触发电压 UAK 可控硅截止的条件：
u2 (B) T2 A -
uG
uL
RL
u2 (A) D1
u2 + B
T1
T2 RL
D1
D2
T2 、D1导通， T1 、D2截止
T1、T2 --晶闸管
D1、D2 --晶体管
(2) 工作波形
u2
A + u2 B -
uL
T1
D1
T2
RL
t
D2
uG
uL
uT1


t
t
t
(3) 输出电压及电流的平均值
1 2p
p
（2-5）
f)
i VD
O
R
wt
p 2 I VT = I d ( w t ) = Id （2-6） d 2p g) p I dVD = Id （2-7） 2p 1 2p 2 p （2-8） I VD = I d ( w t ) = Id d 2p p 2p
R
别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier） 是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它 的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领 域。
特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、 容量大（正 向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。 应用领域：
• 整流（交流 直原理 uG
A u1 uT
G K
RL uL
u2
uG
(2) 工作波形(设u1为正弦波)
A u1 u2
G
u2
uT
K RL uL
t
uG uL uT
u2 > 0 时，加上触 发电压 uG ，晶闸 t 管导通 。且 uL 的大小随 uG 加入 的早晚而变化； t u2 < 0 时，晶闸 管不通，uL = 0 。 故称可控整流。
URRM
§17.5 场效应晶体管
场效应管与双极型晶体管不同，它是多子 导电，输入阻抗高，温度稳定性好。
场效应管有两种: 结型场效应管JFET 绝缘栅型场效应管MOS
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例 UGS=0时 UGS S
UDS
D
ID=0
对应截止区
G N P
N
D-S 间相当于 两个反接的 PN结
u1
u2
L
u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，电感产生 反电动势。 由于电感反电动势的存在，晶闸管在一定时间内 仍维持导通，失去单向导电作用。
解决办法：加续流二极管D,加入D的目的就是消 除反电动势的影响，使晶闸管在u2过零时关断
17.4 单相半波可控整流电路
2) 带阻感负载的工作情况
阻感负载的特点：电感
反向重复峰值电压URRM
—— 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在 器件上的反向峰值电压。
使用注意： 通常取晶闸管的 UDRM和URRM中较小 的标值作为该器件 的额定电压。 选用时，一般取额 定电压为正常工作 时晶闸管所承受峰 值电压2~3倍。
通态（峰值）电压UT
—— 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流 时的瞬态峰值电压。
G
UGK ig
T1
ig ß
(1)阳极A加反向电压，或不加 触发信号（即UGK= 0 ）。
K
A G K
(2)可控硅正向导通后，若令其关 断，必须减小UAK（或使UAK 反向），使可控硅中电流小于 某一最小电流IH （ IH称为维持 电流）
晶闸管的工作原理小结
（1）晶闸管具有单向导电性。 正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加 正的触发信号。 （2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。
转移特性曲线
UGS 0
VT
输出特性曲线
ID
UGS>0
0
U DS
四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线
耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向 电压才能夹断。
ID 转移特性曲线
UGS VT 0
输出特性曲线
ID
UGS>0 UGS=0 UGS<0
0 U DS
17.3 可控整流电路
1. 单相半波可控整流电路
1.3.3 3）动态参数
晶闸管的主要参数
除开通时间tgt和关断时间tq外，还有：
断态电压临界上升率du/dt
——指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通
态转换的外加电压最大上升率。
——电压上升率过大，使充电电流足够大，就会使晶闸管误导通 。
通态电流临界上升率di/dt
——指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流
UA IA 正向 导通
URSMURRM
IH O
IG2
IG1 IG=0 UDRM Ubo +UA UDSM
随着门极电流幅值的增大， 正向转折电压降低。 晶闸管本身的压降很小， 在1V左右。
雪崩 击穿
-IA
图1-8 晶闸管的伏安特性
IG2>IG1>IG
17.2 晶闸管的基本特性
（2）反向特性
反向特性类似二极管的 反向特性。 反向阻断状态时，只有 极小的反相漏电流流过。
(3) 输出电压及电流的平均值
uL

UL
1 = 2p
u
p
p
p
2p
wt
L
dw t
1 cos = 0.45U 2 2
1 = 2p

2 U2 sin w td w t
IL
UL = RL
承受的最高反向电压:
uT
t
UDRM= 2U 2
电感性负载（如直流电动机的激磁线圈）
电路及工作原理 A uT G K – D + R uL
G N P
当UDS不太大 时，导电沟 道在两个N区 间是均匀的。
N
当UDS较大 时，靠近D 区的导电沟 道变窄。
UGS S
UDS
D
UDS增加，UGD=VT 时， 靠近D端的沟道被夹断， 称为予夹断。 ID
G N P
N
夹断后，即 使UDS 继续 增加，ID仍 呈恒流特性。
三、增强型N沟道MOS管的特性曲线 ID
——使用时应按有效值相等的原则来选取晶闸管。
维持电流 IH 擎住电流 IL
——使晶闸管维持导通所必需的最小电流。
——晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通所需 的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
浪涌电流ITSM
——指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性 最大正向过载电流 。
2. 主要参数
(1) UDRM：正向阻断电压
额定 正向 平均 电流
反向击穿电压
IF IH
I
URSM
U
UDRM
U
正向转折 DSM 电压
(2) URRM：反向峰值电压 控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反 向重复电压。一般取URRM = 80% URSM（反向击 穿电压）。普通晶闸管URRM为100V--3000V）
• 逆变（直流 交流）
• 斩波（直流 直流）
此外还可作无触点开关等。
1.3.1 晶闸管的结构与工作原理
A K P1 G A A G a) N1 P2 N2 K b) c) K
G
K
J1 J2 J3
G
A
图1-6 晶闸管的外形、结构和电气图形符号
a) 外形 b) 结构 c) 电气图形符号
外形有螺栓型和平板型两种封装。 有三个联接端。 螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧 密联接且安装方便。 平板型晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。
t


：控制角 ：导通角
2.1.1 单相半波可控整流电路
基本数量关系 首先，引入两个重要的基本概念： 触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施 加触发脉冲止的电角度 ,用表示,也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度， 用θ表示 。
VT的 移相范围为180 通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相 位控制方式，简称相控方式。
晶闸管及其应用
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目
录
17.1 晶闸管工作原理 17.2 晶闸管特性与参数 17.3 可控整流电路 17.4 触发电路 17.5 单结管触发的可控整流电路 17.6 晶闸管的其它应用 17.7 晶闸管的保护及其它类型
晶闸管（Thyristor）
反向击穿电压
URSM
额定 正向 平均 电流