晶闸管的发展及其应用.docx

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1、目 录第一章电力电子技术简介及其器件发展1第二章晶闸管22.1晶闸管的产生及符号22.2晶闸管的导通与关断条件32.3 晶闸管的工作原理42.4晶闸管的阳极伏安特性52.5晶闸管的主要参数62.5.1晶闸管的重复峰值电压72.5.2晶闸管的额定通态平均电流额定电流七（AV）72.6通态平均电压U（AV）82.7门极触发电压气丁和门极触发电流、t 82.8维持电流七92.8掣住电流七92.9断态电压临界上升率du/dt92.10 通态电流临界上升率di/ dt10第三章 双向晶闸管及其派生晶闸管113.1 双向晶闸管113.2 快速晶闸管123.4 光控晶闸管13第四章晶闸管的保护与串并联使用1

2、44.1过电压保护144.1.1操作过电压144.1.2雷击过电压154.1.3换相过电压154.1.4关断过电压154.2过电压保护措施154.2.1操作过电压的保护154.2.2浪涌（雷击）过电压的保护154.2.3过电流保护174.4晶闸管的串、并联18第五章晶闸管应用实例195.1单相全控桥式整流电路195.2三相全控桥式整流电路20总 结22参考文献23第一章电力电子技术简介及其器件发展电力电子技术，即由国际电工委员会命名的，一门将电子技术和控制技术引 入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路进而实 现电能的变换和控制的完整学科。突出对“电力”的变换，变换的功

3、率可以大到 数百甚至数千兆瓦，也可以小到几瓦或更小。电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制技术3个部分，其中电力 电子器件是基础，变流电路是电力电子技术的核心。电力电子技术的发展取决于电力电子器件的研制与应用。它既是电力电子技 术的基础，也是电力电子技术发展的动力。早在20世纪三四十年代，人们就开 始应用电机组、汞弧整流器、闸流管、电抗器、接触器等进行了对电能的变换和 控制。到20世纪50年代第一个晶闸管诞生后，在其后近50年里，电力电子器 件如雨后春笋发展起来。以器件为核心的电力电子技术的发展可分为两个阶段： 1957-1980年称为传统电力电子技术阶段；1980年至今称为现代电力电子

4、技术 阶段。所以晶闸管的诞生与应用在电力电子技术发展史可谓起到承前启后的作 用，本论文将主要介绍晶闸管的诞生、发展与应用。20世纪50年代初，普通的整流器SR开始使用，实际上已经开始取代汞弧 整流器。但电力电子技术真正的开始是在由于19571958年第一个反向阻断型可 控硅SCR的诞生，也就是现在的晶闸管。一方面由于其功率变换能力的突破，另 一方面实现了弱电对以晶闸管为核心的强点变换电路的控制，是电子技术步入了 功率领域，在工业上引起了一场技术革命。在随后的20年内，随着晶闸管特性 不断的改进及功率等级的提高，晶闸管已经形成了从低压小电流到高压大电流的 系列产品。同时研制出了一系列晶闸管的派生

5、器件，如不对称晶闸管ASCR、逆 导晶闸管RCT、双向晶闸管TRIAC、门极辅助关断晶闸管GATT、光控晶闸管LASCR 等器件，大大地推进了各种电力变换器在冶金、运输、化工、机车牵引、矿山、 电力等行业的应用，促进了工业的技术进步，开始了传统的“晶闸管及其应用” 的电力电子技术发展的第一阶段，即传统电力电子技术阶段。20世纪70年代后期，尤其是20世纪80年代以后，各种高速、全控型的器 件先后问世，并获得迅速的发展。下表是目前几种晶闸管在国内外的研究水平：器件名称国外研制水平国内研制水平普通整流管8KV/5KA(f=400Hz)6KV/3.5KA普通晶闸管SCR12KV/1KA.8KV/6K

6、A5.5KV/3KA快速晶闸管2.5KV/1.6KA(Tv=850pS)2KV/1.5KA(Tv=30 耍)光控晶闸管LASCR6KV/6KA.8KV/4KA4.5KV/2KA可关断晶闸管GTO9KA/2.5KA.6KV/6KA(f=1KHz)4.5KV/2.5KA集成门极换流晶闸管IGCT6KV/1.6KA无静电感应晶闸管SITH4KV/2.5KA(f=100KHz)1KV/150KA第二章晶闸管21晶闸管的产生及符号晶闸管（Thyristor）是晶闸流管的简称，也称可控硅整流管（Silicon Controlled Rectifier），简称SCR。晶闸管具有体积小、重量轻、损耗小、控 制

7、特性好等有点，在许多领域中得到了广泛应用。晶闸管面世早，应用极为广泛。由于它电流容量大、耐压高（目前生产水平 是4500A/8000V）以及开通的可控性，已被广泛应用于相控整流、逆变、交流调 压、直流变换等领域，为特大功率低频（200Hz 一下）装置中的主要器件。目前国内外生产的晶闸管的外形封装形式可分为小电流塑封式（额定电流在 10A以下）、小电流螺旋式、大电流螺旋式和大电流平板式（额定电流在200A以上），分别如图 2.1.1、2.1.2、2.1.3、2.1.4 所示。kUUIFgA图2.1.1小电流塑封式图2.1.3大电流螺旋式图2.1.2小电流螺旋式图2.1.4大电流平板式 晶闸管有三

8、个电极，它们是阳极A、阴极K和门极（或称栅极）G，电器符号如图2.1.5 a所示。晶闸管是大功率器件，工作时由于器件损耗而产生大量的热，因此必须安装 散热器，以降低管芯温度。器件外形是为了便于安装散热器而设计的。螺旋式晶 闸管紧栓在铝制散器上，采用自然散热冷却方式，如图（b）所示。平板式晶闸 管由两个彼此绝缘的散热器紧夹在中间，散热方式可以采用风冷或水冷，以获得 较好的散热效果，如图（c）、（d）所示。3）自然冷却式（c）风冷式（a）电器符号（d）水冷式图2.1.5晶闸管形状及符号2.2晶闸管的导通与关断条件晶闸管是单向可控的开关原件，它的导通和关断条件可通过图2.2.1实验线路说明。主电源七

9、和门极电源Eg通过双刀开关Q1和Q2正向或反向闭合接通晶 闸管的有关电极，用灯泡和电流表观察晶闸管的通断情况。图2.2.1晶闸管的导通与关断实验电路当Q1向右反向闭合时，晶闸管承受反向阳极电压，不论门极承受何种电压， 指示灯都不亮，说明晶闸管处于关断状态。当Q1向左正向闭合，晶闸管承受正向 阳极电压，仅当Q2正向闭合即门极也承受正向电压时指示灯才亮。晶闸管一旦导 通，Q1不论正接、反接或者断开，晶闸管保持导通状态不变，说明门极失去了控 制作用。要使晶闸管关断，可以去掉阳极电压，或者给阳极加反压；也可以降低 正向阳极电压数值或增大回路电阻，使流过晶闸管的电流小于一定数值。实验表明：晶闸管的导通条

10、件是在晶闸管的阳极和阴极间加正向电压，同时 在它的门极和阴极间也加正向电压，二者缺一不可；晶闸管一旦导通，门极将失去控制作用，因此门极所加的触发电压一般为脉冲电压。晶闸管从阻断变为导通 的过程称为触发导通，门极触发电流一般为几十毫安到几百毫安，而晶闸管导通 后，可以通过几百、几千安的电流。晶闸管的关断条件是使流过晶闸管的阳极电流小于维持电流IH。维持电流IH是保持晶闸管导通的最小电流。23晶闸管的工作原理普通晶闸管由4层半导体（P1、N1、P2、N2）组成，形成3个PN结J1（P1N1）、 J2（N1P2）J3（P2N2），并分别从P1、P2、N2引出A、G、K3个电极，如图（2.3.1） 所

11、示。由于采用扩散工艺，具有三结四层结构的普通晶闸管可以等效成图（2.3.2） 所示的由两个晶体管T1 （P1-N1-P2）和丁2 （N1-P2-N2）组成的等效电路。图（2.3.2）等效电路当晶闸管阳极和阴极之间施加正向电压时，若给门极G也加正向电压七，门极电流I经晶闸管T放大后成为集电极电流I。/又是晶体管T的基极电流。放大 g2c 2 c 21后的集电极电流I”进一步使Ig增大且又作为T的基极电流流入。重复上述正反 馈过程，即(2.1)两个晶体管T 、1T2都快速进入饱和状态，使晶闸管阳极A与阴极K之间导通。此、孔内部电流仍维持原来的方向，只要满足阳极正偏的条件，时若撤除ug, t晶闸管就

12、一直导通。当晶闸管A、K间承受正向电压，而门极电流Ig为0时，上述T和T之间的正 反馈不能建立起来，晶闸管A、K间只有很小的正向漏电流，它处于正向阻断状态。 因此，晶闸管的导通条件定性地归纳为阳极正偏和门极正偏。晶闸管导通后，即 使撤除门极驱动信号Ug，也不能使晶闸管关断，只有设法使阳极电流七减小到 维持电流Ih （约十几毫安）以下，导致内部已建立的正反馈无法维持，晶闸管 才能恢复阻断状态。如果给晶闸管阳极加反向电压，无论有无门极电压U，晶 闸管都不能导通。晶闸管像二极管一样具有单向导电性，但它又与二极管不同。当门极没有加 上正向电压时，尽管阳极加正向电压，晶闸管仍处于正向阻断状态，在门极电压

13、 的触发下，晶闸管立即导通。这种门极电压对晶闸管正向导通所起的控制作用称 为闸流特性，也称为晶闸管的可控单向导电性。门极电压只能触发晶闸管开通， 不能控制它关断，所以，晶闸管是半控型电力电子器件。2.4晶闸管的阳极伏安特性与二极管正向伏安特性不同，晶闸管在门极开路时，即使施加一定的正向阳极电压，器件也处于阻断状态。但是当正向电压超过器件允许的最高电压BUF时，内部J2结被击穿，使器件进入开通状态，这将造成器件的失效。这一电压被 定义为晶闸管正向阻断电压（Forword Blocking Voltage），或叫正向转折电压。 当外加的阳极正向电压在其转折电压以下时，只要在门极注入规定的电流（一般

14、 为毫安级），器件也会立即进入正向导通状态。导通以后的伏安特性类似于二极 管，也有一正向压降，称为通态压降。晶闸管阳极与阴极之间的电压Ua与阳极电流Ia的关系曲线称为晶闸管的阳 极伏安特性，如下图2.4.1所示。图2.4.1晶闸管的阳极伏安特性 上图中各物理量的定义如下：UDRM、URRM 一正、反向断态重复峰值电压；UDSM、Ursm 一正、反向断态不重复峰值电压；U BO 一正向转折电压；U RO 一反向击穿电图中第一象限是正向特性。当七=0时，如果在晶闸管两端所加正向电压UA 未增到正向转折电压UOO时，晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流 流过。当正向电压UA超过临界极限即正向

15、转折电压UOO，则漏电流急剧增大， 晶闸管导通，正向电压降低。通常不允许采用这种方法使晶闸管导通，因为这样 的多次导通会造成晶闸管损坏。一般采用对晶闸管的门极加足够大的触发电流使 其导通。门极触发电流越大，正向转折电压越低。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。晶闸管的反向伏安特性如上图中第三象限所示，伏安特性类似整流二极管的 反向特性。晶闸管处于反向阻断状态时，只有极小的反向漏电流流过。当反向电 压超过一定限度，到反向击穿电压U后，外电路如无限制措施，则反向漏电流 RO急剧增加，导致晶闸管发热损坏。当晶闸管承受反向阳极电压时，由于J1、J3结处于反向偏

16、置状态，晶闸管流 过的电流仅由各少数载流子形成，因此非常小，这就是器件的方向阻断状态。随 着反向电压的增加，穿过J2结的少数载流子稍有增加，反向漏电流稍有增加。由 于J3结击穿电压仅有十几伏到几十伏，一般情况下，反向偏置电压主要由J1结承 担，一旦阳极方向电压超过允许值ou r，使J1结反向击穿，阳极电流将剧增， 使原件永久性失效。当阳极施加反向电压时，门极一般不起作用，其反向特性与二极管反向特性 相似。但若在门极施加足够高的正向电压，将使J3结由反向偏置变为正向偏置， 引起内部载流子浓度增加，反向电流增加，从而造成器件功耗增大，结温上升， 阻断能力降低，对器件工作十分不利，必须加以避免。2.

17、5晶闸管的主要参数为了正确选择和使用晶闸管，需要理解和掌握晶闸管的主要参数。2.5.1晶闸管的重复峰值电压当门极开路，元件处于额定结温时,根据所测定的正向转折电压Ub 0和反向击 穿电压Ur0，由制造厂家规定减去某一数值(通常为100V)，分别得到正向断态 不重复峰值电压Udm和反向断态不重复峰值电压Urm，再各乘以0.9，即得正 向断态重复峰值电压Udsm和反向阻断重复峰值电压Ursm。使用晶闸管时，若外加电压超过反向击穿电压，会造成器件永久性损坏。若 超过正向转折电压，器件就会误导通，经数次这样导通后，也会造成器件损坏。 此外器件的耐压还会因散热条件恶化和结温升高而降低。因此选用时，额定电

18、压 要留有一定裕量，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的23 倍。2.5.2晶闸管的额定通态平均电流额定电流it (AV)晶闸管的额定电流也称为额定通态平均电流，即在环境温度为40C和规定的 冷却条件下，晶闸管在电阻性负载、导通角不小于170的单相工频正弦半波电 路中，当结温稳定且不超过额定结温时允许通过的最大通态平均电流用IT (AV) 表示，将此电流按表1.2所示的标准电流系列取相应的电流等级，称为元件的额 定电流。根据额定电流的定义可知，额定通态平均电流是指通以单相工频正弦半 波电流时的允许最大平均电流。设该正弦半波电流的峰值为Im，则额定电流(平 均电流)为/tcav =

19、I Zu sin 以1(以)= oT；(2.2)额定电流有效值为h =( An sin M 芋 d ( W ) =WttJ o 匕(2.3)正弦半波电流的有效值和平均值之比为lv_ _/v(A V )-一 1. o（2.4）晶闸管的额定电流用通态平均电流表示，是因为晶闸管是可控的单向导通器 件。但是，决定晶闸管结温的是管子损耗的发热效应，表征热效应的电流是以有 效值表示的。不论流经晶闸管的电流波形如何，导通角有多大，只要电流有效值 相同，发热就是相同的。由式（2.4）知，额定电流（AV）=100A的晶闸管， 允许通过的电流有效值/广157A。对于不同的电路、不同的负载、不同的导通角，流过晶闸管

20、的电流波形不一 样，导致其电流平均值和有效值的关系也不一样。选择晶闸管额定电流时，要根 据实际波形的电流有效值等于按照规定通过工频正弦半波电流时的电流有效值 的原则（即管芯温升结温一样）进行换算，即/广1.57（AV）（2.5）由于晶闸管的电流过载能力比一般电机、电器要小得多，因此在选用晶闸管 额定电流时，根据实际最大的电流计算后至少还要乘以1.52的安全系数，使其 有一定的电流裕量。2.6通态平均电压Ut （AV）在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以正弦半波额定电流时，阳极与 阴极间电压表2.1晶闸管通态平均电压分组坦 别ABc通平均电压口40r 4 二Lt瓦OM0, 5 E EO. 6

21、组 别D:F通平均电压口 ）0.g组 刑（；11通,平均电压0.i. orr(A /P6 )A)1i)34JSri igKP1K陌KP10KP20KP30KP50KP100KP20OKF300KP5QGKPGOOKP100315ID2j305D100200300400500600aoo1 ooo100-3 0001003 QM100-3 0M1003 OMJI。3 OM100-3 0M1003 OMJ1003 3 CO1003 ora1003 OMJ1003 3 CO1003 ora100-3 ODO100-3 0000410_.：XI100_：二10010011511511S11511511

22、S1151153 30570510051008150102501025020*-30020300203003036030350404002.53-5 S.5 S.53- 5 S.54MBMB 冬 525-1 00025-50020901903SQ双9401 88。3 770& 6&07辿9 4 3D11蝴1-= 920LS 600当于一个电容，若突然加一正向阳极电压，便会有充电电流流过结面。该充电电 流流经靠近阴极的PN结时，产生相当于触发电流的作用。如果这个电流过大，会 使元件误触发导通。2.10通态电流临界上升率di/dt晶闸管能承受而没有损害影响的最大通态电流上升率称通态电流临界上升 率

23、di/dt。门极流入触发电流后，晶闸管开始只在靠近门极附近的小区域内导通， 随着时间的推移，导通区才逐渐扩大到PN结的全部面积。如果阳极电流上升得太 快，则会导致门极附近的PN结因电流密度过大而烧毁，使晶闸管损坏。晶闸管必 须规定允许的最大通态电流上升率。晶闸管的型号种类繁多，了解它的特性与参数是正确使用晶闸管的前提。表 2.2为几种国产KP型晶闸管元件主要额定值。国产普通晶闸管型号的命名如下。K P | | | |通态平均电压组别（小于100 A或不要求时，可不标出）I额定电压等级额定电流系列普通型（K为快速型、S为双向型）表示晶闸管（Z表示整流管）选用晶闸管的原则如下。按工作电路中可能承受

24、到的最大瞬时值电压UTM的 23倍选择晶闸管的额定电压，即（2.6）（1）按电流有效值相等的原则进行换算，选择晶闸管的额定电流即/= 1. 57 /tav） /tav）= /t 1 57(2.7)= （23 ）Urrm由于晶闸管的过载能力差，一般在选用时取（1.52 ）的安全裕量，即/t(av)= (L 52) /t /L 57(2.8)第三章 双向晶闸管及其派生晶闸管在晶闸管家族中，除了最常用的普通晶闸管之外，根据不同的实际需要，还 有一系列的派生器件，主要有双向晶闸管（TRIAC）、快速晶闸管（FST）、逆导 晶闸管（RCT ）和光控晶闸管等。3.1双向晶闸管双向晶闸管的外形与普通晶闸管类

25、似，有塑封式、螺栓式和平板式。图3.1可认 为是一对反并联连接的普通晶闸管的集成，有两个主电极T1和T2，一个门极G， 正反两个方向均可触发导通，所以双向晶闸管在第I和第III象限有对称的伏安特 性。双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触 发电压相互配合，可以得到以下4种触发方式：图3.1双向晶闸管3）双向晶闸管的结构；（b）等效电路；（c）符号；（d）伏安特性曲线（1）1+触发方式。主电极T1为正，T2为负；门极G为正，T2为负。特性曲线在 第I象限。（2）1 触发方式。主电极T1为正，T2为负；门极G为负，T2为正。特性曲线在 第I象限。（3）111 +触发方式

26、。主电极T1为负，T2为正；门极G为正，T2为负。特性曲线在 第III象限。（4）111 触发方式。主电极T1为负，T2为正；门极G为负，T2为正。特性曲线在 第III象限。由于双向晶闸管的内部结构原因，4种触发方式中灵敏度各不相同，以I + 触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开，常采用的触发方式为I+和I-。双向晶闸管的常用控制方式有两种:第一种为移相触发，与普通晶闸管一样， 是通过控制触发脉冲的相位达到调压的目的；第二种是过零触发，适用于调功电 路及无触点开关电路。3.2快速晶闸管允许开关频率在400Hz以上工作的晶闸管称为快速晶闸管（Fast Switching Thyristor，简称

27、FST），开关频率在10kHz以上的称为高频晶闸管。为了提高开关 速度，快速晶闸管硅片厚度做得比普通晶闸管薄，因此承受正反向阻断重复峰值 电压较低，一般在2000V以下。快速晶闸管du/dt的耐量较差，使用时必须注意产 品铭牌上规定的额定开关频率下的du/dt。当开关频率升高时，du/dt耐量会下降。3.3逆导晶闸管逆导晶闸管是将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器 件，如图3.2所示。与普通晶闸管相比，逆导晶闸管具有正向压降小、关断时间 短、高温特性好、额定结温高等优点。由逆导晶闸管的伏安特性可知，它的反向击穿电压很低，因此只能适用于反向不需承受电压的场合。图3.2逆导晶闸管的

28、电气图形符号和伏安特性（a）电气图形符号；（b）伏安特性3.4光控晶闸管光控晶闸管又称光触发晶闸管，是利用一定波长的光照信号触发导通的晶闸 管。小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子。大功率光控晶闸管则还带有光（a）（b）图3.3光控晶闸管的电气图形符号和伏安特性（a）电气图形符号；（b）伏安特性缆，光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器。光触发保证了主电 路与控制电路之间的绝缘，且可避免电磁干扰的影响，因此目前在高压大功率的 场合，如高压直流输电和高压核聚变装置中占据重要的地位。光控晶闸管根据光照强度不同，其转折电压亦不同，转折电压随光照强度的 增大而降低。光触发与电触发相比，具有

29、下列优点：1）通过主电路与控制电路光耦合，可以抑制噪声干扰。2）主电路与控制电路相互隔离，容易满足对高压绝缘的要求。3）使用光控晶闸管，不需要门极触发脉冲变压器，从而使装置的体积缩小， 重量减轻，可靠性提高。根据光控晶闸管的特点，凡是应用普通晶闸管的场合，都可以使用光控晶闸管， 但是只有用在高压交、直流系统或采用高压供电的设备中的光控晶闸管，才能显 示其优点。在这些使用场合，光控晶闸管可作为高压交、直流开关，用以控制或 调节电力，或者在无功功率补偿装置中用作执行元件。第四章晶闸管的保护与串并联使用为确保电力电子电路正常工作，除了适当选择器件参数、设计良好的驱动电 路外，还要采用保护措施。保护措

30、施有过电压保护及限制过电流保护du/dt及di / dt。41过电压保护过电压产生原因及分类：过电压主要是由于供给的电功率或系统的储能发 生了激烈变化，使得系统能量来不及转换或者系统中原来积聚的电磁能量不能及11反向海i电流前开始关断71Jd/图4.1电力电子器件换相（关断）时的尖峰过电压波形时消散而造成的。过电压主要表现为两种类型：一是开关的开、闭引起的冲击电 压（也称为操作过电压）；二是雷击或其他的外来冲击过电压。电力电子装置中 可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。4.1.1操作过电压由分闸、合闸等开关操作引起的过电压，会由供电变压器电磁耦合或由变压 器绕组之间存在的分布电容静

31、电感应耦合过来。4.1.2雷击过电压由雷击引起的过电压。4.1.3换相过电压由于晶闸管或者续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，因而有较 大的反向电流，使残存的载流子恢复，而当恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，这样的 电流突变会因线路电感而在晶闸管阴、阳极之间产生过电压。其值与换相结束后 反向电压有关。反向电压越高，过电压值也越大，可达到工作电压峰值的56 倍，如图4. 1所示的尖峰电压。4.1.4关断过电压当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过 电压。4.2过电压保护措施4.2.1操作过电压的保护对不同的过电压可以采取不同的抑制方法，如减少过电压源，使过电

32、压幅值 衰减；抑制过电压能量上升的速率，延缓已产生的能量消散速度并增加其消散的 途径，采用电子线路进行保护。最常用的是在回路中接入吸收能量的元件，称吸 收回路或缓冲回路。4.2.2浪涌(雷击)过电压的保护上述阻容吸收电路的时间常数是固定的，有时对雷击或从电网串入的时间 短、峰值高、能量大的过电压来不及放电，抑制过电压的效果较差。此时，需要 在变流装置的进、出端并接压敏电阻等非线性元件构成浪涌(雷击)过电压的保 护电路。压敏电阻是以氧化锌为基体的金属氧化物非线性电阻。它有两个电极， 电极之间填充有氧化铋等晶粒界层。在正常电压作用下，晶粒界层呈高阻态，仅 有小于100A的漏电流。过电压时引起电子雪

33、崩，晶粒界层迅速变成低阻抗，使 电流迅速通过泄漏能量抑制过电压，起到保护晶闸管的作用。压敏电阻具有如图4.2的伏安特性，压敏电阻的主要参数如下。(1) 标称电压U1 mA。指流过1mA直流电流时压敏电阻两端的电压值。(2) 残压比Uy / UlmA。放电电流达到规定值Iy时的电压Uy与标称电压U 1mA之比。(3) 通流容量。指在规定波形(冲击电流前沿8us、脉宽20us)下的冲击电 流，每隔5min冲击一次，共冲击10次。选择压敏电阻的标称电压可按下式取系 列值，即八 1羊(4 1) -L y式中：U 压敏电阻两端正常工作时承受的电压有效值。图4.2压敏电阻的伏安特性压敏电阻通流容量的选择原

34、则是：允许通过的最大电流应大于泄放过电压时 流过压敏电阻的实际浪涌电流峰值。图4.3为将压敏电阻接于交流输入侧的单相 连接和三相星形接法。实用中还可将压敏电阻与桥臂晶闸管并联或在三相交流输 入侧呈三角形连接及并联于整流输出端作为直流侧过电压保护，也可将上述三项 措施同时采用。压敏电阻通流容量大、残压低、抑制过电压能力强、平时漏电流图4.2压敏电阻的连接(a)单相连接；(b)三相星形连小，且放电后不会有续流，元件的标称电压数值范围宽，便于用户选择，伏安特 性对称，对于交、直流或正、负浪涌电压均有较好的吸收效果，因此应用广泛。4.2.3过电流保护由于电力电子器件管芯体积小、热容量小，特别是在高电压

35、、大电流应用时， 结温必须受到严格控制。当晶闸管中流过大于额定值的电流时，热量来不及散发， 使得结温迅速升高，最终将导致结层被烧毁。产生过电流的原因多种多样，如变流装置本身功率器件损坏，驱动电路发生 故障；控制系统发生故障，交流电压过高、过低或者缺相。负载过载短路及相邻 设备故障影响等等，都可导致电力电子器件内元件的电流超过正常工作电流，即 出现过流。由于电力电子器件的电流过载能力比一般电器差得多，因此，必须对 变换器进行适当保护。变换器的过流一般分为过载过流和短路过流。常用的过电流保护方法有以下几种。快速熔断器保护：快速熔断器是最简单有效的过电流保护器件。快速熔断器 的熔体是由银质熔丝埋于石

36、英砂内。与普通熔断器相比，它具有快速熔断的特性， 在通常的短路过电流时，快速熔断器的熔断时间小于20ms，可在晶闸管损坏之前 快速切断短路故障。快速熔断器一般有图4.3所示的三种接法，图(a)在桥臂中串接熔断器的保 护效果最好，但使用的熔断器较多；图(c)所示是在直流侧接一只熔断器，它 只能保护负载的故障情况，当晶闸管本身短路时就无法起到保护作用。选择快速熔断器时要注意以下两点。(1) 快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压有效值。(2) 快速熔断器额定电流应大于或等于熔体的额定电流。串于桥臂中快速熔断器熔体的额定电流有效值可按下式求取：1.57、(AV) N、N y式中：It (AV)被

37、保护晶闸管的额定电流；Ifu ，快速熔断器的熔体电流有效值；Im 流过晶闸管电流的有效值。(b)(0图4.3快速熔断器保护的接法(a)串于桥臂中；(b)串于交流侧；(c)串于直流侧电子线路控制的过流保护：图4.4所示电路可在过电流时实现对触发脉冲的移相控制，也可在过电流时切断主电路电源，达到保护的目的。其过程是：通过 电流互感器TA检测主回路的电流大小，一旦出现过电流时，电流反馈电压Ufi增 大，稳压二极管成1被击穿，晶体管T1导通。一方面由于丁1导通，集电极变为 低电位，T2截止输出高电平，去控制触发电路，使触发脉冲迅速往a增大的方 向移动，使主电路输出电压迅速下降，负载电流也迅速减小，达到

38、限制电流的目 的；另一方面，由于晶体管T1导通使继电器KA得电并自锁，断开主电路接触器 KM，切断交流电源，实现过流保护。调节电位器，可调节被限制的电流大小HL 为过电流指示灯。过电流故障排除后，按下SB按钮，使保护电路恢复等待状态。图4.4电子控制过电流保护电路在大容量的电力变流系统中，通常将电子过流保护装置、快速熔断器及其他 继电器保护措施同时使用。一般情况下，总是让电子过电流保护装置等措施先起 保护作用，而快速熔断器作为最后一道保护，以尽量避免直接烧断快速熔断器。44晶闸管的串、并联当电力电子器件的耐压或电流容量达不到实际要求时，可将两个或两个以上 器件串、并联使用，有的场合则采用整流变

39、压器分组串、并联的方法，以满足对 负载的大电流、高电压变流装置的需要。下面以晶闸管为例，介绍电力电子器件 的串、并联基本方法。晶闸管的串联使用：由于串联器件开关的分散性、驱动电路触发信号传递滞 后时间的分散性等因素的存在，即使挑选同一型号管子，也会造成串联元件分压 不均。将晶闸管串联使用时，流过的反向漏电流虽然一样，但分配的反向电压不 一样：T1管子小，T2管子大。这样，就存在着明显的分压不均现象，严重时会造 成T2因反向过电压而先被击穿损坏，T1随之也被击穿损坏的联锁现象。因此，实 际应用中除了要挑选相同型号的元件外，还要采取均压措施。在串联元件上并联阻值相等的电阻RjRj称为均压电阻。由于

40、Rj阻值比管子 的漏电阻小得多，所以并联Rj后，元件两端的电阻值基本相等，因而在正、反 向阻断状态时所承受的电压也基本相等，这种均压也称为静态均压。并联均压电阻Rj后，使直流电压或缓慢变化的电压均匀分配在各串联元器件上。晶闸管导 通与关断过程中的均压被称为动态均压。通常在元器件两端并联R、C阻容吸收回 路R、C既可起过电压保护作用又可利用电容电压不能突变而减慢元件上的电压 变化以实现动态均压的目的。晶闸管的并联使用：采用相同型号晶闸管并联，可以增大变流装置的输出电 流。由于并联元件的正向特性不一致，会造成电流分配的不均匀。为使并联元件 的电流均匀分配，除了选择特性比较一致的元件外，还应采取均流

41、措施。常用的 有：（1）电阻均流法，（2）电抗均流法。第五章晶闸管应用实例51单相全控桥式整流电路工作原理：单相全控桥式整流电路带电阻性负载的电路如图5.1（a）所示， 其中Tr为整流变压器，T1与T4、T3与T2组成a、b两个桥臂，变压器二次电压u2接在a、b两点。u 2=U 2 msin3t=2 U 2 sint，4只晶闸管组成整流桥。（a）电路;（bf）波形图负载电阻是纯电阻R。 d当交流电压u2进入正半周时，a端电位高于b端电位，两个晶闸管T1、T2同 时承受正向电压。如果此时门极无触发信号ug，两个晶闸管仍处于正向阻断状 态，其等效电阻远远大于负载电阻勺，电源压u2将全部加在T1和T

42、2上，uTl R uT2= 1 u2，负载上电压ud =0。2在3t=a时刻，给Tl和T2同时加触发脉冲，两个晶闸管立即触发导通，电源电压u2将通过1和T2加在负载电阻R 上，在u2的正半周期，T3和T4均承受反 向电压而处于阻断状态。由于晶闸管导通时管压降可视为零，负载两端勺的整 流电压ud =u2。当电源电压u2降到零时，电流id也降为零，T1和T2自然关断。电源电压u2进入负半周时，b端电位高于a端电位，两个晶闸管T3和T4同时承 受正向电压，在3t=n + a时，同时给T3和T4加触发脉冲使其导通，电流经T3、 T4、Tr二次侧形成回路。在负载Rd两端获得与u2正半周相同波形的整流电压和 电流，在这期间T1和T2均承受反向电压而处于阻断状态。当u2由负半周电压过零变正时，T3、T4因电流过零而关断。在此期间T1、T2 因承受反压而截止。ud、id又降为零。一个周期过后，T1、T2在t = 2 n + a时 刻被触发导通，如此循环下去.很明显，上述两组触发脉冲在相位上相差180 ， 这就形成了图5.1(b)(f )所示单相全控桥式整流电路输出电压、电流和晶 闸管上承受电压uT1、uT2的波形图。由以上电路工作原理可知，在交流电源2的正、负半周里，T1、T2和T3、T4 两组晶闸管轮流触发导通，将交流电源变成脉动的直流电。改变触发脉冲出现的 时刻，即改变a