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可控硅最小维持电流
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目录
1.可控硅的基本概念和结构
2.可控硅的工作原理
3.可控硅的最小维持电流
4.可控硅的应用领域
5.可控硅的优点
正文
可控硅，全称为可控硅整流元件，别称为晶闸管，英文名称为 Silicon Controlled Rectifier，简称 SCR。
它是一种以硅晶体为材料的 p1n1p2n2 四层三端器件的大功率半导体器件，一般由两晶闸管反向连接而成。
可控硅的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。
可控硅的工作原理是基于三个 pn 结和控制极的引入。
它有三个极，分别是阳极（a）、阴极（c）和控制极（g）。
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 ic2 产生ib2 的电流。
因为 bg2 的集电极直接与 bg1 的基极相连，所以 ib1ic2。
此时，电流 ic2 再经 bg1 放大，于是 bg1 的集电极电流 i 可控硅的最小维持电流是指维持可控硅继续导通的最小电流。
当可控硅处于导通状态时，如果控制极电流小于最小维持电流，可控硅将停止导通。
因此，最小维持电流是可控硅正常工作的重要参数。
可控硅的应用领域非常广泛，包括整流、交直流转换、逆变、调速、制动等。
例如，在家电行业中，可控硅可以用于电视机、收音机、录音机
等设备的电源开关和整流；在工业领域，可控硅可以用于电机控制、工业电源、电焊机等设备。
K B S-15000A/9V电源使用说明书青岛整流器股份有限公司特种电源分公司使用前请详细阅读本说明书，掌握其要点及注意事项 (3)1. 产品概述 (3)1．1 产品用途 (3)1．2 产品特征 (3)1．3 产品型号 (3)2. 产品技术规范 (4)2．1 产品工作环境 (4)2．2 电网要求 ............................................................................... 2．3 主要技术性能 .......................................................................3. 工作原理 .......................................................................................4. 控制板工作原理 ...........................................................................5. 使用方法及注意事项 (6)6. 维修保养 (7)7. 产品成套性 (7)8. 调试所需仪器 (7)9. 包装运输及保管 (7)使用前请详细阅读本说明书，掌握其要点及注意事项。
1.产品概述1．1产品用途☞本系列产品适用于一般工业中直流电源,也适用于电镀、电解、试验电源等类似负载的场合.1．2产品特征☞本产品符合国家标准 GB3859 ━ 93 《半导体电力变流器》专业标准以及有关其它技术标准.本产品采用晶闸管整流，晶体管稳压，触发系统采用集成器件及模拟电路,保护功能齐全。
产品结构紧凑,维修方便,操作简单。
1．3产品型号┌─┐┌─┐K B S━━└─┘／└─┘ •┳┳┳┳┳┃┃┃┃┃┃┃┃┃┗━━额定输出电压┃┃┃┗━━━━━━额定输出电流┃┃┗━━━━━━━━━━━━冷却方式为水冷┃┗━━━━━━━━━━━━━━用途为一般工业用┗━━━━━━━━━━━━━━━━主电路元件 K为晶闸管2.产品技术规范2．1产品工作环境海拔高度不超过1000米。
目录第一章绪论 (2)第二章主电路结构选择 (3)2.1变压器参数计算 (4)第三章双闭环直流调速系统设计 (5)3.1电流调节器的设计 (7)3.2转速调节器的设计 (10)第四章触发电路的选择与原理图 (14)第五章直流调速系统MATLAB仿真 (16)第六章总结 (18)第七章参考文献 (18)第一章绪论转速负反馈控制直流调速系统（简称单闭环调速系统）PI调节器的单闭环转速系统可以实现转速调节无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。
但转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流（或电磁转矩）的动态过程。
对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。
在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。
当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。
这类理想启动过程示意下图1所示。
图1 单闭环调速系统理想启动过程启动电流呈矩形波，转速按线性增长。
这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。
下面我们引入了一种双闭环系统来对控制系统进行优化。
第二章 主电路结构选择目前具有多种整流电路，但从有效降低脉动电流保证电流连续和电动机额定参数的情况出发本设计选用三相桥式全控整流电路，其原理如图2-1所示，习惯将其中阴极连接在一起到3个晶闸管（531,,VT VT VT ）称为共阴极；阳极连接在一起的3个晶闸管（642,,VT VT VT ）称为共阳极，另外通常习惯晶闸管从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶体管分别是531,,VT VT VT ,共阳极组中与a,b,c 三相电源相接的3个晶闸管分别是642,,VT VT VT 。
图2-1 三相桥式全控整流电路原理图其工作特点为：1）每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中1个晶闸管是共阴极组的，1个是共阳极组的，且不能为同一相的晶闸管。
一、关于逆变器IGBT/SCR1、应用于串级调速的有源逆变器，工作在固定的最小逆变角，其直流和交流侧均为感性元件，一般有较大的换相重叠角。
目前应用于串级调速的有源逆变器个厂家均采用六脉波（六只管子）逆变器。
2、使用IGBT或SCR的区别：1）使用IGBT时，换相时为强迫关断，在两侧均为感性（直流侧为电抗器，交流侧为反馈绕组）负载时，强迫关断会造成较大的电流突变，因而引起较大的电压尖峰，对绝缘、器件耐压、谐波、电机绕组等均为不利因素。
而使用SCR时，为自然换相，没有上述问题。
2）使用SCR时，其驱动较为简单，一般采用固定脉宽的六脉波序列，易于应用诸如数字锁相等脉冲触发技术，其可靠性高。
使用IGBT时，驱动较为复杂，六只IGBT需要六个驱动回路，设备较为复杂，其脉冲不能使用固定脉宽的六脉波序列，可靠性较差。
3）在串级调速系统中，斩波回路最大短路电流为电机额定转子电流。
而有源逆变器中，短路电流为电源短路电流，当由于驱动脉冲序列、电源电压变化、器件故障等原因引起逆变颠覆时，IGBT顺势过流能力较SCR差。
4）IGBT动态过程较短，导通关断较快，引起的尖峰电压、高次谐波等问题较为严重，若人为降低IGBT的速度，会引起较大发热，也不现实。
各种工业应用中通常会使用多达十几种的绝缘栅双极晶体管(IGBT)，设计IGBT模块的目的就是为了向某种专门的应用提供最优的性价比和适当的可靠性。
图1为现有的IGBT功率模块的主要组成部分。
商用电动车(EV)和混合动力电动车(HEV)的出现为IGBT模块创造了一个新的市场。
EV和HEV中对IGBT功率模块的可靠性要求最高的部分是传动系，IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。
根据传动系的概念，逆变器可以放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置，因此IGBT模块要经受严峻的热和机械条件(振动和冲击)的考验。
用于HEV的高可靠性IGBT功率模块为HEV开发的所有IGBT模块都有一个特别的目标，就是提供出色的可靠性、合适的电气特性和最优成本。
第四章晶闸管及其应用第一节晶闸管的构造、工作原理、特性和参数晶闸管—可控硅，是一种受控硅二极管。
优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。
缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。
（由于技术进步，近年有改善）1.1晶闸管的基本结构：晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构及符号如图。
1.2晶闸管的工作原理在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。
晶闸管导通后，去掉EG ，依靠正反馈，仍可维持导通状态。
晶闸管导通必须同时具备两个条件：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. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。
2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反向电压。
1.3晶闸管的伏安特性静态特性承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。
晶闸管的阳极伏安特性是指晶闸管阳极电流和阳极电压之间的关系曲线，如图3所示。
其中：第I象限的是正向特性；第III象限的是反向特性图3 晶闸管阳极伏安特性I G2>I G1>I GI G=0时，器件两端施加正向电压，正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过，正向电压超过临界极限即正向转折电压U bo，则漏电流急剧增大，器件开通。
这种开通叫“硬开通”，一般不允许硬开通；随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低；导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿；晶闸管本身的压降很小，在1V左右；导通期间，如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值I H以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。
晶闸管静态参数测量晶闸管是一种常用的电子元件，具有可控性强、工作稳定等特点，在电力控制、电能转换等领域有着广泛的应用。
为了正确使用晶闸管并评估其性能，对其静态参数进行测量是必要的。
本文将介绍晶闸管静态参数测量的方法和步骤。
一、晶闸管的静态参数晶闸管的静态参数包括触发电流、保持电流、阻断电压、导通压降等，这些参数是评估晶闸管性能的重要指标。
触发电流是指晶闸管从关断状态转变为导通状态所需的最小控制电流，保持电流是指晶闸管维持导通状态所需的最小电流。
阻断电压是指晶闸管在关断状态下能够承受的最大电压，导通压降是指晶闸管在导通状态下的电压降。
二、触发电流的测量为了测量晶闸管的触发电流，可以使用直流电源和电流表进行测量。
具体操作步骤如下：1. 将直流电源的正极连接到晶闸管的控制端，负极连接到晶闸管的阴极，保持阳极未连接。
2. 将电流表的负极连接到晶闸管的控制端，正极连接到晶闸管的阴极。
3. 逐渐调节直流电源的输出电压，观察电流表的读数。
当电流表的读数突变时，即为晶闸管的触发电流。
三、保持电流的测量测量晶闸管的保持电流也可以使用直流电源和电流表进行测量。
具体操作步骤如下：1. 将直流电源的正极连接到晶闸管的阳极，负极连接到晶闸管的阴极。
2. 将电流表的负极连接到晶闸管的阳极，正极连接到晶闸管的阴极。
3. 逐渐调节直流电源的输出电压，观察电流表的读数。
当电流表的读数稳定在一个较小的数值时，即为晶闸管的保持电流。
四、阻断电压的测量测量晶闸管的阻断电压可以使用直流电源和电压表进行测量。
具体操作步骤如下：1. 将直流电源的正极连接到晶闸管的阳极，负极连接到晶闸管的阴极。
2. 将电压表的正极连接到晶闸管的阳极，负极连接到晶闸管的阴极。
3. 逐渐调节直流电源的输出电压，观察电压表的读数。
当电压表的读数突变时，即为晶闸管的阻断电压。
五、导通压降的测量测量晶闸管的导通压降也可以使用直流电源和电压表进行测量。
具体操作步骤如下：1. 将直流电源的正极连接到晶闸管的阳极，负极连接到晶闸管的阴极。
PLC的输出电路形式一般分为：继电器输出，晶体管输出和晶闸管输出三种。
弄清这三种输出形式的区别，对于PLC的硬件设计工作非常有必要。
下面以三菱PLC为例，简要介绍一下这三种输出电路形式的区别和注意事项，其它公司的PLC 输出电路形式也大同小异。
晶体管输出电路晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在0.2ms以下），适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长。
晶体管输出型电路的外接电源只能是直流电源，这是其应用局限的一方面。
另外，晶体管输出驱动能力要小于继电器输出，允许负载电压一般为DC5V～30V，允许负载电流为0.2A～0.5A。
这两点的使用晶体管输出电路形式时要注意。
晶体管输出电路的形式主要有两种：NPN和PNP型集电极开路输出。
如下图所示：由以上两图可看出这两种晶体管输出电路形式的区别：NPN型集电极开路输出形式的公共端COM只能接外接电源的负极，而PNP型的COM端只能接外接电源的正极。
和继电器输出形式电路一样，在驱动感性负载时也要在负载两端反向并联二极管（二极管的阴极接电源的正极）防止过电压，保护PLC的输出电路。
继电器输出电路这是PLC输出电路常见的一种形式，其电路形式如下图所示。
该种输出电路形式外接电源既可以是直流，也可以是交流。
PLC继电器输出电路形式允许负载一般是AC250V/50V以下，负载电流可达2A，容量可达80～100VA（电压×电流），因此，PLC的输出一般不宜直接驱动大电流负载（一般通过一个小负载来驱动大负载，如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器，再由中间继电器触点驱动大负载，如接触器线圈等）。
PLC继电器输出电路的形式继电器触点的使用寿命也有限制（一般数十万次左右，根据负载而定，如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载）。
此外，继电器输出的响应时间也比较慢（10ms）左右，因此，在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式（可以根据场合使用下面介绍的两种输出形式）。
三相桥式全控整流电路电阻负载晶闸管最大正压
在三相桥式全控整流电路中，电阻负载的晶闸管最大正压是多少？
首先，三相桥式全控整流电路是一种经典的电力电子器件，它能够将三相输入电源的交流电转换为直流电。
在电力应用中，电阻负载是最常见的负载类型之一，因此确定晶闸管最大正压是非常重要的一步。
在电阻负载下，三相桥式全控整流电路电压波形是全波对称的方波，其最大峰值电压为输入电压的根号二倍，即Vm = √2×Vrms。
因此，晶闸管的最大正压为Vm。
例如，如果输入电压为220V的话，它的最大峰值电压为220×√2 = 311.13V。
因此，此时晶闸管的最大正压即为311.13V。
在实际电路设计中，通常为了保证元件的可靠性和工作安全，设计者会选择具有很大余量的元件进行设计。
因此，在选择晶闸管时，应选用具有高电压额定值的型号，以确保它们能够承受在电路中的最大正压。
总之，在三相桥式全控整流电路中，电阻负载的晶闸管最大正压取决于输入电压的峰值大小，最大正压等于输入电压峰值的根号二倍。
在
实际设计中，应根据电路要求选择额定电压大于该值的型号，以保证电路的可靠性和安全性。
1.2.4 可控硅1. 可控硅的结构与工作原理可控硅是在硅二极管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。
它又称“晶体闸流管”简称“晶闸管”。
它具有三个PN结四层结构。
可控硅有三个电极，分别为阳极（A）、阴极（K）、控制极（G）。
其外形及电路符号如图1-20所示。
可控硅主要有螺栓型、平板型、塑封型和三极管型。
通过的电流可能从几安培到千安培以上。
图1-20 可控硅及电路符号图1-21 可控硅工作原理可控硅的工作原理可以通过下面的实验电路加以说明。
如图1-21（a）所示，接好电源，阴极与阳极间加正向电压，即阳极接电源E1的正极，阴极接电源E1的负极，控制极接E2的正极，这时S为断开状态，灯泡不亮，说明可控硅不导通。
如将S闭合，即给控制极加上正电压，这时灯泡亮了，说明可控硅处于导通状态。
可控硅导通后，将S断开，去掉控制极上的电压，灯泡仍然亮了，说明可控硅一旦导通后，控制极就失去了控制作用。
如果给阴极与阳极间加反向电压，如图1-21（b）即阳极接E负极，阴极接E的正极。
这时给控制极加电压，灯泡不亮，说明可控硅不导通。
如将E极性对调，即控制极加反向电压如图1-21（c）所示，阳极与阴极间无论加正、反向电压，可控硅都不导通。
通过以上说明，可控硅导通必须具备两个条件：一是可控硅阴极与阳极间必须加正向电压，二是控制极电路也要接正向电压。
另外，可控硅一旦导通后，即使降低控制极电压或去掉控制极电压，可控硅仍然导通。
如图1-21（d），当改变RP的触点位置时可使灯泡的亮度逐渐减少，并完全熄灭。
当灯泡熄灭后，不论如何改变RP触点的位置，灯都不会再亮，这说明了可控硅已不再导通。
此试验进一步表明，当可控硅导通后控制极就起动了控制作用，此时要使可控硅再度处于关断状态，就要降低可控硅阳极电压或通态的电流。
可控硅的控制极电压、电流，一般是比较低的，电压只有几伏，电流只有几十至几百毫安，但被控制的器件中可以通过很大的电压和电流，电压可达几千伏、电流可达到千安以上。
JM810 晶闸管整流数字控制器（REV：1.07）使用说明书九江整流器厂二○○八年三月目录1概述 (1)2产品特点 (1)3技术参数 (1)4工作原理 (2)4.1系统结构 (2)4.2稳流调节触发功能 (3)4.3监控保护系统功能 (4)4.4人机界面功能 (5)4.5数字通信功能 (5)5人机界面操作说明 (6)5.1面板布置 (6)5.2面板指示灯 (6)5.3按键定义 (7)5.4界面显示与操作 (7)5.5安全密码防护 (12)5.6按键操作说明 (12)6安装接线 (13)6.1外形尺寸 (13)6.2接线端子 (13)7调试使用 (13)7.1调试说明 (13)7.2通电前检查 (13)7.3上电程序检查 (13)7.4通信功能检查 (13)7.5运行功能检查 (13)7.6轻载模拟试验检查 (13)7.7短路模拟试验检查 (14)7.8运行参数记录保存 (14)8维护及注意事项 (14)8.1维护维修 (14)8.2注意事项 (14)附表：1 JM810数控器参数设置表 (15)附图：1JM810数控器原理框图 (16)2JM810数控器外形图 (17)3JM810数控器外引接线端子图 (18)1概述JM810 晶闸管整流数字控制器（以下简称JM810数控器），是一种具有全数字晶闸管稳流调节控制的系统化功能模块。
内置脉冲触发功放、LCD显示，能实现可编程逻辑功能、自动化参数测量、故障智能分析、及网络通讯等功能。
集数字化、智能化、系统化、网络化于一身，是我厂最新的KZX10晶闸管整流装置智能控制柜的稳流控制核心单元。
由它完成大容量晶闸管整流稳流控制系统的全部调节触发和控制保护功能，并允许构建完全独立的全数字化双通道冗余热备用系统。
系统中仅需单个JM810数控器即可正常工作，维持机组基本的直流整流变电和闭环稳流系统的可靠工作。
JM810数控器结构紧凑、技术先进、功能强大、性能可靠、维护方便，是晶闸管整流装置自动控制系统的革命性设计。
晶闸管的作用
晶闸管（thyristor）是一种半导体器件，具有正向导通和反向截止功能。
它广泛应用于电力控制和电子电路中，其作用主要有以下几个方面：
1. 电能控制：晶闸管可以控制电能的通断。
在电力系统中，晶闸管可作为电源的开关，通过控制其导通和截止，实现电能的控制和调节，如电压调节、功率控制等。
另外，晶闸管还可用于实现直流电的交流变换，将直流电能转化为交流电能。
2. 电压逆变：晶闸管能够将直流电源的电压变换为交流电源的电压。
其原理是通过交流电源对晶闸管进行周期性的触发，使其在正半周期内导通，而在负半周期内截止，从而实现电压的逆变。
这种特性使晶闸管在逆变器（inverter）中得到广泛应用，如逆变焊机、太阳能逆变器等，能够将直流能源转换为交流能源。
3. 直流电源的变压：晶闸管可用于控制直流电源的变压。
通过控制晶闸管的开通角度和关断角度，可以控制直流电源提供给负载的电压大小和稳定性，实现直流电源的稳压变压功能。
这种应用常见于直流调速、直流电源调整等领域。
4. 电流控制：晶闸管可实现对电流的控制。
通过触发晶闸管的管脚，控制其开通，从而实现对电流的控制。
在电力系统中，晶闸管可以用于调整、控制电源对负载的电流，以实现对负载的保护和控制。
总之，晶闸管作为一种重要的半导体器件，在电力控制和电子电路中具有重要的作用。
它可以用于电能的控制和调节，实现电压逆变和变压、电流控制等功能，广泛应用于电力系统中的电力控制、电力调节、变频调速等领域，同时也应用于电子电路中的开关、电流控制等方面。
其独特的特性和广泛的应用领域，使得晶闸管在现代电力和电子领域中得到了广泛的应用和推广。
门极可关断晶闸管（GTO）：GT0是目前阻断电压最高和通态电流最大的全控制器件。
既保留了普通晶闸管耐高压、电流大等优点，以具有自关断电能力，使用方便，是理想的高压、大电流开关器件。
缺点：是驱动电路复杂并且驱动功率大，导致关断时间长，限制了器件的开关频率；关断过程中的集肤效应用以导致局部过热，严重情况下使器件失效；为了限制dv/dt，需要复杂的缓冲电路GTO主要应用于在中、大功率场合。
绝缘栅双极晶体管(IGBT): IGBT 是后起之秀，集MOSFET和GRT的优点于一身，既具有MOSFET的输入阻抗高，开关速度快的优点，又具有GTR 耐压高、通过电流大的有点，是目前中等功率电压电子装置中的主流器件。
栅极为电压驱动，所需驱动功率小，开关损耗小、工作频率高，不需要缓冲电路，适合于较高频率的场合。
主要缺点是高压IGBT内阻大，通态电压高，导致通阻损耗大；在应用于（中）压领域时，通常多个串联。
IGCT是在GTO的基础上发展起来的新型复合器件，兼有MOSFET和GTO两者的优点，有克服了两者的不足之处，是一种较为理想的MW级高（中）压开关器件。
降压转换器：开关稳定电流和直流电机调速。
升压型变换器：直流稳压电流和直流电机的再生制动。
升降压变形转换器：应用于需要相对输入电压的公共端为负极性，可高于or低于输入电压的直流稳态电流。
集成门极换流晶闸管（IGCT）:IGCT是在克服GTO关断能力差，重复关断较大电流时容易产生局部过热损坏等缺点而发展起来的。
太阳能发电三种连接方式：工频变压方式，高频连接方式，无受压器方式。
大功率点跟踪：在光伏发电系统中，使太阳电池的输出处于最大功率点也就是控制变换器的输入电压工作在最大功率点电压上而最大功率点电压指令是随光强和吻遍变化调节的。
柔性电力电子：电力系统柔性化的必要性，电力系统的需求特点：可控性好，潮流可控，模式多样、质量可控的配电系统，调节性好、高效节能的用电系统。
直流输电的特点缺点：换流设备较昂贵；消耗无功功率多；产生谐波影响；换流器过载能力低；某些运行方式下对地下或海中物体产生电磁干扰和电化学腐蚀；缺乏直流开关；不能用变压器来改变电压等级直流输电的优点：线路造价低；输电损耗小；输送容量达；限制短路电流；线路故障时的自防护能力强；节省线路走廊；实现非同步电网互联；功率调节控制灵活；特别是和电缆输电。
ZX5-400晶闸管整流弧焊机的电路原理分析河南机电高等专科学校毕业论文毕业论文题目:ZX5-400晶闸管整流弧焊机的电路原理分析系部材料工程系专业焊接工艺及自动化班级焊接063 学生姓名程亚楠学号 061303318 指导教师刘新林2009年 5月 15 日河南机电高等专科学校毕业论文评语学生姓名: 程亚楠班级: 焊接063 学号: 061303318题目:ZX5-400晶闸管整流弧焊机的电路原理分析综合成绩:指导者评语:指导者(签字):年月日毕业论文评语评阅者评语:评阅者(签字):年月日答辩委员会,小组,评语:答辩委员会,小组,负责人(签字):年月日1绪论焊接技术被誉为工业生产的“裁缝”，随着科技的发展和工业需求的增加，焊接技术在工业生产中所占据的分量越来越大，而且焊接技术的优良度直接影响着零件或者产品的质量。
随着焊接技术的发展，大量新的焊接技术不断涌现出来，而这些不同的焊接技术又表现出不同的工艺特性和应用环境，所以在产品的制造过程中首先能较全面的了解各种焊接技术的特点和工艺要求，并结合各种焊接工艺的特点选择相应的焊接方法。
作为一种气体导电的物理现象,电弧是在19世纪初被发现的,直到1885年俄国人别那尔道斯发明碳极电弧可以看作是电弧作为热源应用的创始,而电弧真正运用于工业是在1892年发现金属极电弧后。
上世纪40年代研究成功埋弧焊,而随着航天与原子能的发展出现了氩弧焊。
上世纪50年代出现了CO2与各种气体保护焊并研究出等离子弧焊,到70 - 80年代,弧焊电源的发展更是出现飞跃:多种型式的弧焊整流器相继出现和完善,研制成功多种型式的脉冲弧焊电源,为进一步提高焊接质量和适应全位置焊接自动化提供了性能优良的弧焊电源。
此外,还先后研制成功高效节能,性能好,晶闸管式、晶体管式、场效应管式和IGBT弧焊逆变器。
随着新型弧焊技术的发展,弧焊电源也有了长足的进步。
弧焊变压器,它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电,由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成. 它具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点,但其电流波形为正弦波,输出为交流下降外特性,电弧稳定性较差,功率因数低,但磁偏吹现象很少产生,空载损耗小,一般应用于手弧焊埋、弧焊和钨极氩弧焊等方法。
SCR叫普通晶闸管。
属于双极型的器件，阻断电压高，通态压降低，电流容量大，但工作频率低，使用大中容量变流设备。
IGBT 复合型器件，是GTR和MOS的混合也具有通态压降低，电流容量大的优点，更具有，输入阻抗高，响应速度快，控制简单的优点。
SCR 频率最高才差不多十的四次方，但是功率很大，IGBT十的八次方频率。
可控硅、GTO是电流触发，其中可控硅触发导通后要等到电流过0时才关断；GTO称之为可关断可控硅，可以在有电流时关断。
MOSFET和IGBT是电压控制器件，类似于场效应管，可通过栅极电压控制其导通和关断，开关速度高于GTO，由于MOSFET的耐压水平不能再继续提高，后推出场效应管与双极型管结合的器件IGBT。
它们共同的作用就是可以用较小的电流（或电压）去控制较大的电流，同时都具有单向导电性，均可作为整流和逆变元件使用，但相比之下，可控硅的应用范围相对狭窄，但因为这些器件中，可控硅是最廉价的，工艺成熟，可做成高压、大电流，所以在整流、大功率的同步逆变、调功等装置中还是有较大优势。
IGBT 与GTO、MOSFET器件相比在开关速度、耐压、驱动功率上有更优异的特性，所以被广泛应用在变频器、有源滤波和补偿、逆变等领域。
晶闸管又叫可控硅。
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〔图2(a)〕：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。
从晶闸管的电路符号〔图2(b)〕可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
这里有可控硅的所有基础知识：简单基本介绍，可控硅和I GBT是不同的电子元件。
晶闸管整流装置技术协议书二00七年十二月附件1技术规范一、总则1．本技术协议书适用于铝硅钛合金示范项目五套整流器及其附属设备的设计、制造、试验、包装、运输、交货、现场验收等方面的技术要求及相关的伴随服务，供方应按照本技术协议书中所述条款，在工程设计、制造、验收和培训等方面为需方提供满意的服务。
2．供方应完全遵从技术协议书的要求为需方提供优质的产品和满意的服务。
3．本技术协议中所采用的标准如与现行国标或IEC标准中的技术要求不一致时，应按较高标准执行。
4．整流器与变压器之间的配合问题，由需方协调设计单位、整流柜制造厂、变压器制造厂进行图纸配合。
二、使用条件1、环境条件：（1）年平均温度 6.6℃（2）最冷月平均温度及湿度 -13.0℃（3）最热月平均温度及湿度 21.9℃（4）极端最高温度 37.3℃（5）极端最低温度 -32.8℃（6）年最大降雨量 579mm（7）年平均降雨量 361.7mm（8）年平均降雨量 361.7mm（9）主要风向及其频率冬季 C11.9% N18%全年 C21 N15%（10）冬季平均风速 3.0m/s（11）夏季平均风速 2.4m/s（12）大气压力冬季 90.2kPa夏季 88.94kPa（13）最大积雪深度 22cm（14）日平均温度≤5℃的天数 166d（15）标准冻深 1.6m（16）污秽等级： IV（重污秽区）（17）安装地点：户内2、供电电网参数：（1）系统额定电压： 220 kV（2）频率：50±0.4HZ（3）系统电压范围：220-5% --- 220 +5% kV（4）系统接地方式：大电流有效接地系统（5）220KV母线三相短路电流：Imax= A Imin= A3Imax= A 3Imin= A（6）爬电比距：3.1cm/KV三、装置用途：铝电解生产直流电源四、电解系列参数系列直流电流 330KA额定直流电压 660V五、配套的调压整流变压器参数1、5台整流变压器移相为0°、±6°、±12°或（+27°、-3°）、（+21°、-9°）、（+15°、-15°）、（+9°、-21°）、（+3°、-27°）。
国产最大的晶闸管整流电源 在新安铝厂的应用与实践 杨万欣 王志伟 摘要：国产最大的晶闸管整流机组，采用同相逆并联三相桥式整流电源，单台机组整流电流达 82KA ，直流系列电流达 300KA 、电压 750V ，从 2002 年 6 月运行至今，稳流精度达 0.1% ，性能良好，达到了较好的技术指标，并取得了显著的经济的效益。 关键词：晶闸管整流电源 同相逆并联 稳流精度 新安铝厂 Ⅲ 期工程年产 13 万吨电解铝，采用大型 300KA 预焙阳极电解槽，整流机组在容量上属国产最大的晶闸管整流机组，由六台三相 110KV 有载调压自藕直降式移相整流变压器，每台整流变压器带两台由九江整流器厂生产的 KES- — 82KA/750V 晶闸管整流柜，该整流柜采用三相桥式同相逆并联结构，冷却方式为单机组，全封闭、小循环去离子水内冷却技术，电解系列电流 300KA 、电压 750V ，从 2002 年 6 月投运至今，运行稳定，稳流精度达 0.1% ，使电解生产的各项经济技术指标达到较好的水平。其中电流效率达 94.3% ，属国内领先水平。 铝电解是电解槽通以大电流将氧化铝粉电解成金属铝的高耗能生产过程。近几年我国铝电解技术有了很大的发展， 160KA 、 280KA 、 300KA 预焙阳极电解槽已成为我国铝电解的主导槽型，铝电解工艺生产制度要求采用恒电流供电，这样可以提高电流效率；降低吨电耗，延长电解槽运行寿命，有显著的经济效益，所以整流电源是电解铝厂的核心装置，其整流效率、稳流精度和供电可靠性直接关系到铝电解的原铝综合交流电耗。 一、国内整流电源的发展 年 代 整 流 方 法 优 缺 点 50 年代末 ~60 年代末期 大都采用递降变压器和有载调压开关配水银变流装置 变流效率低，不能细调，动态响应差、能耗大，汞害严重，有载调压开关寿命短、维修量大 60 年代末 ~70 年代末 有载调压变压器配二极管变流器 调节性能差，电流不稳定；稳流精度 5% ，有载调压开关的动作频繁，寿命短、维修量大 70 年代末 ~80 年代末 有载调压变压器配二极管加饱和电抗器变流器 自动稳流未能投入运行，仅能通过手动细调饱和电抗器，达到各机组负荷的平衡，减少了有载调压开关的动作次数，延长了检修周期 80~90 年代末 大量采用进口整流设备，如青海、贵州等铝厂采用有载调压变压器配二极管饱和电抗器变流器，山东、平果等铝厂采用可控硅变流器 均设有自动稳流系统，稳流精度 0.1% ，变流效率高，使电解生产指标得以提高，大大减少了有载调压开关的动作次数，延长了检修周期，但设备价格昂贵，噪音大 95~2001 年 采用国产有载调压变压器配二极管饱和电抗器变流器 自动稳流系统投运成功，稳流精度 1~3% ，大大减少了有载调压开关的动作次数，延长了检修周期，满足生产需要，但噪音大于 90 分贝，损耗大，功率因数低 2002 年以后 采用国产有载调压变压器配可控自动稳流效果好，稳流精度 0.1% ， 硅整流器 变流效率高，噪音低于 68 分贝，操作简单，便于维护，有载调压开关的动作次数极少，延长了检修周期，是铝电解整流电源的发展方向。 综上所述：西方国家铝厂用变流装置均设有自动稳流系统，我国目前正在生产的一百三十多家铝厂中，除少数近十年有引进整流电源的铝厂设有自动稳流系统外，其它则屈指可数，有的虽设有饱和电抗器自动稳流系统，但由于种种原因，未能投入运行，这是导致我国铝电解工艺某些指标，长期落后于西方国家的一个重要原因。 二、新安铝厂三期工程300KA系列整流电源方案确定 新安铝厂 Ⅰ 期工程为 160KA 预焙电解槽，年产 6 万吨电解铝，采用有载调压变压器和二极管加饱和电抗器自动稳流，使生产指标得以改善，但饱和电抗器噪音严重超标达 85 分贝以上无法解决。 新安铝厂 Ⅲ 期工程时，因整流所距村庄住宅区仅一百多米，如果整流设备噪音超标，直接影响村民的正常生活，更不符合环境保护的要求，公司领导决定论证采用国产可控硅整流设备，取消饱和电抗器的噪音源。 1 ．二极管整流及晶闸管整流两种方案的比较： 整流方案对比项目 二极管加饱和电抗器整流 晶闸管整流 整流效率 高 与二极管基本相同 控制系统 简单 PLC 控制简单 自动稳流反应速度 秒级 毫 秒 级 国产元件可靠性 可靠 比较可靠 稳 定 性 稳定 比较稳定 噪 音 大 小 功率因数 低 较二极管高 稳流精度 低 高 运行经验 丰富 较 丰 富
投 资 综合比二极管机组低 5% 左 右 自动稳流方案 平均值恒定 瞬时值恒定 控制系统 可与 PLC 与计算机联网 可与 PLC 及计算机联网 有载开关动作次数 频繁 极少 2 ．可控硅整流技术的优势 • 稳流精度高。由于晶闸管整流调压范围广（ 0~100% ），反应速度快、电磁惯性小，过程是毫秒级的，无论是电网波动还是阳极极效应等一切扰动因素，其输出电流始终稳定在给定值上。动态稳流精度可达 0.1% ，也就是说，任何瞬间，对于 300KA 的电解系列，其电流波动不超过 0.3KA 。能提供恒定的电流输出，为电解工艺实现最佳工况提供了前提条件，而且有利于实现智能控制。提高了电流效率而实现了节能增产，延长电解槽使用寿命。这是铝电解工艺所企望的理想供电。 • 整流效率高，变压器投资低。与二极管相比，少了一台饱和电抗器，可降低噪音。 • 高压断路器无载跳闸。在机组运行中，正常投、退或直流侧发生短路故障时，无论机组由于什么原因发生分闸和故障跳闸时，可控硅整流器均可在几十毫秒内强迫直流电流迅速降到零，然后断路器实现无载跳闸，延长了断路器寿命，降低了维修工作量。 • 可靠性强。可控硅整流器的调压过程中无接点，而二极管的调压时通过有载开关的接 点动作实现，有载调压开关的动作频繁，寿命短、维修量大。理论上讲，可控硅的寿命是相当长的。 • 控制灵活，操作简单。每台可控硅整流机组是独立运行的，其电流可自由设定，其它机组的跳闸对其电流无影响。电流给定可以采用手动、遥控、计算机控制三种方式。易实现与 PLC 和计算机控制提高综合自动化水平。 3 ．晶闸管也存在不足： • 晶闸管由于结热容量低，允许过流和过压倍数低。 • 多管并联，要求元件静态、动态分散性小，均流系数低。 • 要求有高精度、高可靠性的触发系统。 • 随着晶闸管的深控时则产生更大的高次谐波，使功率因数下降。 4 ．国产可控硅整流器的发展业绩： 使用单位 型 号 投产时间 系列电流 设备生产厂家 核心元件 锦西化工厂 KFHS-50KA/250V 78 年 5 月 自制 国产
抚顺铝厂 KES-25KA/950V 95 年 10 月 60KA 九江整流器厂 国产 吉林铝厂 KES 97 年 3 月 105KA 九江整流器厂 国产 黄岗铝厂 KES-70KA/223V 92 年 九江整流器厂 国产 丹江铝厂 KES-64KA/350 95 年 九江整流器厂 国产 平果铝厂 KES-110KA/165V 98 年 320KA 九江整流器厂 国产
商丘铝厂 KES-40KA/500V 99 年 九江整流器厂 国产 林州铝厂 KES-22.5KA/475V 2000 年 九江整流器厂 国产 巨化铝厂 KES-25KA/500V 2000 年 60KA 九江整流器厂 国产 新安钠厂 KES-25KA/300V 2000 年 40KA 九江整流器厂 国产 长城铝厂 KES-35KA/1100V 2000 年 80KA 天传所 国产 从以上表中可以看出，从七八年国产大容量晶闸管开始应用到 2001 年已有 20 多年来的运行历史，九江整流器厂近 10 年来晶闸管机组已在 14 个厂家投入运行，新安铝厂为考察其运行情况，特在新安电力集团金属钠厂 2000 年由九江整流器厂生产的整流器三台投入运行，经一年多的运行优越性得到了充分的体现，证明设备是可靠的，技术是成熟的。 经过详细的分析、研究、论证和比较， 2001 年 8 月公司领导最终决定：选定国内在此方面技术水平最高，技术能力最强的科研院和制造厂家共同承担此项目的研制。国产最大的晶闸管整流电源由新安铝厂、沈阳铝镁设计研究院、九江整流器厂共同合作，联合开发。有载调压变压器由南通变压器厂承制，综合自动化控制系统由深圳市汇港科技有限公司研制，具有目前国内最先进的变电所综合自动化保护、控制系统。其设计技术指标赶超进口同类型设备，力争建成全国示范性整流所。 三、针对晶闸管存在的不足，本次设计方案采取了特殊措施如下： 1 ．核心元件的选用 随着科学技术的发展，西安电力电子技术研究所、株洲田心机车车辆研究所、天津整流器厂生产的三英寸晶闸管元件，平均电流已 3000A ，正反向重复电压已达 4400V ，本设计选用晶闸管 KP3000A/3500V 在电力机车上使用多年，已经证明其质量是可靠的；提高了电流、电压的储备系数，使电流储备系数为 4.17 倍，电压储备系数为 4 倍，行业标准规定电流电压储备系数大于 2.5 倍即可。 2 ．整流机组数量的选择 设计上一般采用 N+1 台原则，即 N 台机组并列运行即能满足电解生产需要，加一台备用机组。 新安为保证供电的可靠性，采用 N+2 的原则，即 4+2 台，正常生产时 6 台机组投入运行，当两检修时 4 台机组运行也可满足生产需要。 3 ．选用 35 级有载调压直降式变压器 电解槽要求分批分期抽入运行，由于一开始运行电解槽数量少，直流电压低，因此，晶闸管机组处深控状态，这时晶闸管的导通角很小，产生的谐波电流大，严重影响系统电网电压质量，功率因数低，产生两种风险。 晶闸管机组震动严重，常常损坏晶闸管，这是晶闸管机组的主要风险。供电部门电网电压质量要求加装滤波装置，该滤波装置容量无法合理确定，因刚投产时会出现过补偿，全投入时出现欠补偿，并且投资比较大。 采用 35 级有载调压变压器结合晶闸管机组可以避免这种风险，只要把调压开关随着投运电解槽的多少跟随调档，始终使晶闸管导通角在 100 度 ~120 度之间运行，就可使晶闸管整流器带来的风险迎刃而解，因此本方案不装设滤波装置。 4 ．采用强迫均流措施 • 每臂 10 只晶闸管元件分二组水冷铜母线安装，每组 5 只，每臂并联元件间安装，无损耗电抗器进行强迫均流，该措施可强迫元件均流，同时可以抑制晶闸管元件换相时 di/dt ，这是确保均流系数的关键技术之一，均流又采用分组选配元件，每臂元件逢值电压不大于 0.05V 人组配对。 • 母线几何配置接触表面精加工处理。元件排使用 110 × 30 无氧紫铜双孔水冷母排，接触面要求铣床进行精加工，表面光洁度为 ▽ 6 以上，全长 10 毫米亮锡处理。 5 ．采用同相逆并联支路铜排距离仅 30mm ，中间以 6mm 厚的环氧玻璃布板，整体隔开，中间无任何连接件，既避免爬电及电气击穿故障，以减少了机壳由交变磁场产生的涡流损耗。 6 ．晶闸管触发控制装置 采用进口元件，九江厂开发的触发控制装置，由两套完全独立的电流调节及脉冲触发回路分别对该机组的两台整流柜进行控制。 7 ．机组 PLC 监控 采用美国进口 PLC 以其控制简单、灵活、可靠、智能等优点，大大减少常规继电器数量，简化、优化二次回路设计。主要完成功能如下：运行操作、故障检测、报警保护功能、数据采集、数字通讯。 四、调试投运 1 ． 2002 年 6 月进行了现场投运调试 • 低压短路大电流试验，每台机组额定负载连续进行 12 小时 • 高压小电流试验 • 机组抗干扰试验 于 6 月 23 日 4 台机组直接带 4 台电解槽投入运行，系列电流达 300KA ，系列电
