第六章晶闸管及其应用

1 UL u2 d t 2π α
π
1 2U 2 sin t d(t ) 2π α 1 cosα 0.45U 2 2 UL U 2 1 cosα IL 0.45 R L R L 2 由公式可知：
π
改变控制角，可改变输出电压Uo。
2、 单相半控桥式整流电路
电源变压器的接线方式 三相可控整流电路电源变压器一般采用D,y或Y,d接线方式，以提 供一条3及3的倍数次谐波电流通路。对于三相半波可控整流电路而言， 次级绕组必须接成星形，以获得整流电源的中性点，故通常采用D,y 接线方式。
第六章 晶闸管及其应用
6.1 晶闸管
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、效率高、动作迅速、维修简单、操作方
便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压 达数千伏）。
四、晶闸管型号及其含义 国产晶闸管的型号有两种表示方法, 即KP系列
和3CT系列。
额定通态平均电流的系列为 1 、 5 、 10 、
20、 30、 50、 100、 200、 300、 400、
500、 600、 900、 1000(A)等14种规格。 额定电压在1000 V以下的, 每100 V为一级; 1000 V到3000 V的每200 V为一级, 用百位数 或千位及百位数组合表示级数。
P1 N1 G P2 N2
K
IA
N
P N K
P1 P2
N G
P
G
IG
N2
IK
_K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
常见晶闸管外形
控制极g 阳极a k g V a 阳极a 阴极k (a) a 控制极g (b) k ag (c) (d) 阴极k
k g
图6.2晶闸管的外形及其符号 (a) 螺栓式； (b) 平板式； (c) 塑封式； (d) 符号
u2 < 0 时: 晶闸管承受反向电压 不导通,
u2
RL
uL 0, uT u2 。
故称可控整流。
工作原理
u
ug
O O
t1
2
t
t
u2 > 0时: 0 ~ t1, ug 0 , 晶闸管不导通。
t1 :加触发信号，晶闸管承受正向电压导通
uL u2 , uT 0 。
u < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通 uL 0 , uT u2 。 即：晶闸管反向阻断
§6.2 晶闸管整流电路
一、 单相可控整流电路
1、单相半波可控整流电路
（1）电路及工作原理 uG A u1 uT
u2> 0 时： 若 uG = 0，晶闸管不导通
控制极加触发信号，晶 闸管承受正向电压导通，
uL 0, uT u2 。
G K
uGu G 0
uL u2 , uT 0 。
uL
(4) 由图6.3(f)得出, 要使导通的晶闸管关断, 必须
把正向阳极电压降低到一定值才能关断。
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 电压或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反 馈，晶闸管仍可维持导通状态。 晶闸管关断的条件： 1. 降低阳极与阴极间的电压，使通过晶闸管的 电流小于维持电流IH 2. 阳极与阴极间的电压减小为零 3.将阳极和阴极间加反相电压
2． 类型 可控硅按其容量有大、 中、 小功率管之分,
一般认为电流容量大于50 A为大功率管, 5 A以下
则为小功率管, 小功率可控硅触发电压为1 V左右,
触发电流为零点几到几毫安, 中功率以上的触发
电压为几伏到几十伏, 电流几十到几百毫安。 按 其控制特性, 有单向可控硅和双向可控硅之分。
二、晶闸管的工作特性
uL 0, uT u2 。
u
O
工作波形
ug
t1
2
t2
t t
uO
O
u T 动画
O
O
t
导通角
tA

u1 u2 uT
uG G K RL uL
接电阻负载时 控制角 单相半波可控整流电路电压、电流波形
(2)主要参数计算
晶闸管承受的最高反向电压: uT
t
U RM 2U2
整流输出电压及电流的平均值
所示。
(3) S合上, UGK为正向, UAA为反向, 灯泡不亮, 称之 为反向阻断, 如图6.3(c)所示。
R ＋ UGG － S
＋ UAA － UGG － ＋
R S
－ UAA ＋
(a)
(b)
R ＋ UGG － S
－ UAA ＋ UGG － ＋
R S
＋ UAA －
(c)
(d)
亮 R ＋ UGG － S － ＋ UAA UGG － 灭 ＋ R S 暗 ＋ UAA －
三、主要参数
UFRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允 许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UFRM = 80% UB0 。 普通晶闸管 UFRM 为100V — 3000V URRM： 反向重复峰值电压 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。 一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V—3000V
3CT系列表示参数的方式如图所示。 3 C T
表示正向阻断峰值电压（V） 表示额定正向平均电流（A） 表示晶闸管元件
表示N型硅材料 表示3个电极
CT系列参数表示方式
K P
导通时平均电压组别 共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V
额定电压,用百位或千位数表示 取UFRM或URRM较小者 额定正向平均电流(IF) 普通型 （晶闸管类型） P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 晶闸管 如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V 如KP200-10D, 表示IF=200A、 UD=1000V、 UF=0.7V 的普通型晶闸管
io (2)电压u 为负半周时 T2和D1承受正向 电压。 T2控制极加触 发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为 b T2 RL D1 a a
+ –
b uHale Waihona Puke T1T2RL
D1
D2
+ + uo – –
此时，T1和D2均承受反向电压而截止。
u
O
工作波形
A + u2 B -
uL T1 T2 D2 RL
图6.3(g)所示。
(8) UGG反向, UAA反向, 灯泡仍不亮, 如图6.3(h)所示。
3） 现象分析及结论 (1) 由图6.3(c)、 (d)得出, 晶闸管具有单向导电性。 (2) 由图(a)、 (b)、 (d) 、 (g)、 (h)得出, 只有在控 制极加上正向电压的前提下, 晶闸管的单向导电性才得 以实现。 (3) 由图6.3(e) 得出, 导通的晶闸管即使去掉控制 极电压, 仍维持导通状态。
V 承受的最高反向电压: U DRM 2U2 311
两种常用可控整流电路
(1)
+
T
D1 D2 RL D3 D4
+
u
u0
-
-
1. 该电路只用一只晶闸管，且其上 电路 无反向电压。 特点 2. 晶闸管和负载上的电流相同。
(2)
+
T1 T2
D1
D2
+
R L
u
uO
电路 特点
-
1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起 续流二极管作用。 2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。
演示电路及操作过程 1) 演示电路
a
R ＋ UGG － k S g
＋ UAA －
晶闸管连接图
(1) 阳极与阴极之间通过灯泡接电源UAA。 (2) 控制极与阴极之间通过电阻R及开关S接控制电
源(触发信号)UGG。
2） 操作过程及现象 (1) S断开, UGK=0, UAA为正向, 灯泡不亮, 称之为正 向阻断， 如图6.3(a)所示。 (2) S断开, UGK=0, UAA为反向, 灯泡不亮, 如图6.3(b)
1. 电路 2. 工作原理 (1)电压u 为正半周时
T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触 发电压, 则T1和D2导 通，电流的通路为 a T1 RL D2 b a T1
io T2 RL
D1 D2
+ –
b u
+ + uo – –
T1、T2 晶闸管 D1、D2晶体管
此时，T2和D1均承受反向电压而截止。
应用领域： • 整流（交流 直流）
• 逆变（直流 交流）
• 斩波（直流 直流）
• 变频（交流 交流）
此外还可作无触点开关等。
一、晶闸管的结构、符号 A（阳极）
结构
四 层 半 导 体
P1 N1 P2
三 个 PN 结 G（控制极）
符号
N2
K（阴极）
A
A
P
+
A N1 T1 P2 N1 T2
五、 普通晶闸管的简单测试 1． 测量可控硅内部的PN结
可控硅的内部有三个PN结, 这三个PN结的好坏直
接影响可控硅的质量。 所以使用可控硅之前, 应该先对 这三个PN结进行测量。 测量方法如图所示。
红 k g 黑