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晶闸管及其应用_(课件).ppt

晶闸管及其应用_(课件)

天空
2012-11-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《晶闸管及其应用_(课件)ppt》,可适用于工程科技领域

第章晶闸管及其应用晶闸管可控整流电路晶闸管的保护单结晶体管触发电路应用举例第章晶闸管及其应用本章要求了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。理解可控整流电路的工作原理、掌握电压平均值与控制角的关系。了解单结晶体管及其触发电路的工作原理。第章晶闸管及其应用晶闸管(SiliconControlledRectifier)晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功率半导体器件。晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性但它的导通时间是可控的主要用于整流、逆变、调压及开关等方面。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)。晶闸管晶闸管基本结构G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。(c)结构晶闸管的外形、结构及符号晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合工作原理工作原理A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。形成正反馈过程KGEA>、EG>EG晶闸管导通后去掉EG依靠正反馈仍可维持导通状态。工作原理GEA>、EG>K晶闸管导通的条件:晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。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:必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。正向特性反向特性IG>IG>IG正向转折电压反向转折电压正向平均电流维持电流伏安特性主要参数主要参数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=UB。普通晶闸管UFRM为VV如果正弦半波电流的最大值为Im,则普通晶闸管IF为AA。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V左右。IH:维持电流在规定的环境和控制极断路时晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。一般IH为几十~一百多毫安。UG、IG:控制极触发电压和电流室温下阳极电压为直流V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为到VIG为几十到几百毫安。晶闸管型号及其含义导通时平均电压组别共九级,用字母A~I表示~V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)如KP表示额定正向平均电流为A,额定电压为V。可控整流电路可控整流电路单相半波可控整流电阻性负载()电路u>时:若ug=晶闸管不导通u<时:晶闸管承受反向电压不导通,uo=,uT=u故称可控整流。控制极加触发信号晶闸管承受正向电压导通()工作原理()工作原理tu<时:可控硅承受反向电压不导通即:晶闸管反向阻断O接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形动画控制角tOt导通角()工作波形()整流输出电压及电流的平均值由公式可知:改变控制角可改变输出电压Uo。电感性负载与续流二极管()电路当电压u过零后由于电感反电动势的存在晶闸管在一段时间内仍维持导通失去单向导电作用。在电感性负载中,当晶闸管刚触发导通时电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)电流不能跃变将由零逐渐上升(见波形)。Ott)工作波形(未加续流二极管)u>时:D反向截止不影响整流电路工作。电感性负载(加续流二极管)–()电路()工作波形(加续流二极管)iL单相半控桥式整流电路电路工作原理T和D承受正向电压。T控制极加触发电压,则T和D导通电流的通路为a()电压u为正半周时此时T和D均承受反向电压而截止。T和D承受正向电压。T控制极加触发电压,则T和D导通电流的通路为()电压u为负半周时b此时T和D均承受反向电压而截止。工作波形动画输出电压及电流的平均值两种常用可控整流电路电路特点该电路只用一只晶闸管且其上无反向电压。晶闸管和负载上的电流相同。()三相半波可控整流电路电路特点该电路接入电感性负载时D、D便起续流二极管作用。()三相半波可控整流电路动画由于T的阳极和T的阴极相连两管控制极必须加独立的触发信号。三相桥式半控整流电路三相桥式半控整流电路工作原理电路动画晶闸管的保护晶闸管的保护晶闸管承受过电压、过电流的能力很差这是它的主要缺点。晶闸管的热容量很小一旦发生过电流时温度急剧上升可能将PN结烧坏造成元件内部短路或开路。例如一只A的晶闸管过电流为A时仅允许持续秒否则将因过热而损坏晶闸管耐受过电压的能力极差电压超过其反向击穿电压时即使时间极短也容易损坏。若正向电压超过转折电压时则晶闸管误导通导通后的电流较大使器件受损。晶闸管的过流保护晶闸管的过流保护快速熔断器保护电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时它能在晶闸管过热损坏之前熔断切断电流通路以保证晶闸管的安全。与晶闸管串联接在输入端接在输出端快速熔断器接入方式有三种如下图所示。过流继电器保护过流继电器保护过流截止保护在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器当电路发生过流故障时继电器动作使电路自动切断。在交流侧设置电流检测电路利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲从而使晶闸管导通角减小或立即关断。晶闸管的过压保护晶闸管的过压保护阻容保护硒堆保护利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压的能量变成电场能量储存到电容中然后释放到电阻中消耗掉。硒堆保护(硒整流片)晶闸管元件的阻容保护单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路单结晶体管结构及工作原理结构PN结N型硅片(a)示意图单结晶体管结构示意图及其表示符号工作原理工作原理UE<UBBUD=UP时PN结反偏IE很小PN结正向导通,IE迅速增加。–分压比(~)测量单结晶体管的实验电路由图可求得单结晶体管的伏安特性IpIV负阻区:UE>UP后大量空穴注入基区致使IE增加、UE反而下降出现负阻。UE<UP时单结管截止UE>UP时单结管导通UE<UV时恢复截止。单结晶体管的特点单结晶体管的峰点电压UP与外加固定电压UBB及分压比有关外加电压UBB或分压比不同则峰点电压UP不同。不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都不一样。谷点电压大约在~V之间。常选用稍大一些UV稍小的单结晶体管以增大输出脉冲幅度和移相范围。单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路振荡电路单结晶体管弛张振荡电路单结晶体管弛张振荡电路利用单结管的负阻特性及RC电路的充放电特性组成频率可调的振荡电路。振荡过程分析振荡过程分析设通电前uC=。接通电源U,电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。当uCUP时,单结管导通,电容C放电,R上得到一脉冲电压。电容放电至uCUv时单结管重新关断使ug。(a)(b)注意:R值不能选的太小否则单结管不能关断电路亦不能振荡。(c)电压波形单结管触发的半控桥式整流电路电路工作原理工作原理()整流削波削波整流()触发电路t()输出电压uLOO问题讨论单结管触发的可控整流电路中主电路和触发电路为什么接在同一个变压器上?目的:保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步)使电容在每半个周期均从零开始充电从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。触发电路中整流后为什么加稳压管?稳压管的作用:是将整流后的电压变成梯形(即削波)使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生第一脉冲的时间不受交流电源电压变化的影响。一系列触发脉冲中为什么只有第一个起作用?如何改变控制角?根据晶闸管的特性它一旦触发导通在阳极电压足够大的条件下即使去掉触发信号仍能维持导通状态。因此每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。改变充电时间常数即可改变控制角。控制角变化的范围称为移相范围。电压的调节单结晶体管触发电路输出脉冲可以直接从电阻R引出(如前图)也可通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间允许的反向电压很小为了防止反向击穿在脉冲变压器副边串联二极管D,可将反向电压隔开而并联D可将反向电压短路。使用脉冲变压器的触发电器使用脉冲变压器的触发电器应用举例应用举例电瓶充电机电路该电瓶充电机电路使用元件较少线路简单具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。工作原理工作原理R、RP、C、T、R、R构成了单结晶体管触发电路。当待充电电瓶接入电路后触发电路获得所需电源电压开始工作。当电瓶电压充到一定数值时使得单结晶体管的峰点电压UP大于稳压管DZ的稳定电压单结晶体管不能导通触发电路不再产生触发脉冲充电机停止充电。触发电路和可控整流电路的同步是由二极管D和电阻R来完成的。交流电压过零变负后电容通过D和R迅速放电。交流电压过零变正后D截止电瓶电压通过R、RP向C充电。改变RP之值可设定电瓶的初始充电电流。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:通过控制电压的控制可实现双向导通。UA>UA时控制极相对于A加正脉冲晶闸管正向导通电流从A流向A。UA>UA时控制极相对于A加负脉冲晶闸管反向导通电流从A流向A。交流调压电路双向二极管:只要在其两端加上一定数值的正或负电压即可使其导通。双向二极管

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