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1、电 工 学,第七章 晶闸管及其应用,1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特性和主要参数。2.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。3.了解TCA触发器及其触发电路的工作原理。,第七章 晶闸管及其应用,本章要求,（Silicon Controlled Rectifier）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。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。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、调压及斩波、开关等方面。,晶闸管,7.1 晶闸管元件,一、基本结构及导电特性,晶闸管是具有三个PN结的四层结构,其外形、结构
2、及符号如图。,(c)结构,(a)外形,导通：正偏，触发。,截止：反偏，或I IH。,二、工作原理,A,上述过程形成正反馈导通，反向不导通。I IH时，反馈不能维持，关断。,加触发：,K,G,EA 0、EG 0,EG,EA,正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正向转折电压,反向转折电压,三、伏安特性及主要参数,1.伏安特性,正向平均电流,维持电流,2.主要参数,(1),UDRM(PFV):正向阻断峰值电压（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UDRM=80%UB0。,(2),(3),如果正弦半波电流的最大值为Im,则,IF 一个周期内的平
3、均值,有效值：,故：I/IF=/2=1.57,例如：100A的SCR允许通过150A的有效值。,导通角等于90时，I/IF=/2=2.22；1.57/2.22=0.707;,即100A的SCR，在90时，仅能当作 IF=70A的元件使用。,(4)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。,(5)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。,(6)型号：3CT100/800，KP200/600,7.2 晶闸管整流电路
4、,一、单相半波可控整流电路；,1、电阻性负载：,控制角,导通角,+=,u 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。,u 0 时:晶闸管承受反向电压不导通,uo=0,uT=u，故称可控整流。,O,控制角,t1,O,t2,2,导通角,(2)工作波形,阻性负载单相半波可控整流电路电压、电流波形,(3)整流输出电压及电流的平均值,=0，U0=0.45 U2；=180，U0=0；,2、电感性负载：,u 0时：D反向截止，不影响整流电路工作。,u 0时：D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流)。,工作波形(加续流二极管)
5、,iL,2,t,t,t,i0,is,iD,续流二极管的作用，大电感。,二、单相半控桥式整流电路,工作原理,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,(1)电压u 为正半周时,此时，T2和D1均承受反向电压而截止。,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,(2)电压u 为负半周时,b,此时，T1和D2均承受反向电压而截止。,3.工作波形,2,uT2,uD1,uD2,4.输出电压及电流的平均值,例1：R=4欧，U0=080伏；求：U2=？，选SCR，D。,解：1）设=0，U0=80伏，I0=20安，U2=80/0.9=8
6、8.9伏。考虑电网压降，最小值限制，增加10%余量，U2=100伏。2）UDM=U2 2=141V,Im=(1/2)I0=10A；取K=2，US=300V,IS=20A，选3CT20/300;为简化设计，二极管与SCR参数相同。,7.3 触发电路,对触发电路的基本要求：,(1)保证触发信号与电源同步(2)有一定的移相范围,TCA785触发器的结构及工作原理,t,t,t,t,t,uc,uk,uk,uk,um,u01,um,u01,7.4 晶闸管的保护,前面提到晶闸管可以实现由弱电控制强电、无触点开关控制等。但可控硅也有其缺点如：（1）热容量很小,过流过大、过流时间过长时，容易因过热而损坏；（2）
7、电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏,耐受过电压的能力极差。,一、过流保护：对晶闸管的过流保护主要采取限制 d i/d t 的办法，一般选用小电感线圈。,除此以外还可采用：,1、快速熔断器：银铜合金。,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。,方法2,方法1,方法3,快速熔断器接入方式有三种。,2、快速继电器：可重复使用。,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。,二、过电压保护：,1.阻容保护,利用电容吸收过压。抑制 du/dt,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。,2、硒堆：保护过电压，可恢复。,
