第14章 双向晶闸管及其应用

第十四章第十四章 双向晶闸管及其应用双向晶闸管及其应用 第一节第一节 双向晶闸管双向晶闸管第二节第二节 单相交流调压电路单相交流调压电路 第三节第三节 晶闸管交流开关晶闸管交流开关返回主目录返回主目录第一节第一节 双向晶闸管双向晶闸管一、一、双向晶闸管基本结构与伏安特性结构与伏安特性二、双向晶闸管的触二、双向晶闸管的触发方式发方式一、一、双向晶闸管基本双向晶闸管基本结构与伏安特性结构与伏安特性双向晶闸管从外观双向晶闸管从外观上看，和普通晶闸上看，和普通晶闸管一样，有小功率管一样，有小功率塑封型、大功率螺塑封型、大功率螺栓型和特大功率平栓型和特大功率平板型。一般调光台板型。一般调光台灯、吊扇无级调速灯、吊扇无级调速等多采用塑封型。等多采用塑封型。外部结构外部结构1.基本结构基本结构图形符号图图14-1型号与系列值双向晶闸管的型号为双向晶闸管的型号为KS，例如，例如KS1008表示双向晶闸管，额定通态电流（表示双向晶闸管，额定通态电流（有效值有效值）100A，断态重复峰值电压为，断态重复峰值电压为8级（级（800V）。）。双向晶闸管额定通态电流双向晶闸管额定通态电流IT(RMS)的的系列值为：系列值为：1A、10A、20A、50A、100A、200A、400A、500A。额定电压的分级同普通晶闸管。额定电压的分级同普通晶闸管。要将两只普通晶闸管反并联使用，代替要将两只普通晶闸管反并联使用，代替一只双向晶闸管，数值上怎样计算？一只双向晶闸管，数值上怎样计算？如如IT(RMS)=100A，则，则IT(AV)=45A，向上选，向上选50A，额，额定电压同级别的普通晶闸管，即两只定电压同级别的普通晶闸管，即两只KP507的普的普通晶闸管反向并联，两个门极并接作为公共门极，通晶闸管反向并联，两个门极并接作为公共门极，可代替可代替KS1007的双向晶闸管。的双向晶闸管。首先将双向晶闸管的额定电流有效值折算成正弦半首先将双向晶闸管的额定电流有效值折算成正弦半波的平均值：波的平均值：，再向上取系列，再向上取系列值即可。值即可。2.伏安特性14-2二、双向晶闸管的触发方式（1）+触发方式触发方式 阳极电压为第一阳极阳极电压为第一阳极 T1为正，为正，T2为负；门极为负；门极电压是电压是G为正，为正，T2为负，为负，特性曲线在第特性曲线在第象限，象限，为正触发。为正触发。（2）触发方式触发方式 阳极电压为第一阳极阳极电压为第一阳极 T1为正，为正，T2为负；门极电为负；门极电压是压是G为负，为负，T2为正，为正，特性曲线在第特性曲线在第象限，象限，为负触发。为负触发。（3）+触发方式触发方式 阳极电压为第一阳极阳极电压为第一阳极T1 为为负，负，T2为正；门极电压是为正；门极电压是G为正，为正，T2为负，特性曲为负，特性曲线在第线在第象限，为正触发。象限，为正触发。（4）触发方式触发方式 阳极电压为第一阳极阳极电压为第一阳极 T1为为负，负，T2为正；门极电压是为正；门极电压是G为负，为负，T2为正，特性曲线在为正，特性曲线在第第象限，为负触发。象限，为负触发。四种触发方式中，四种触发方式中，+触发方式的触发灵敏度最低，触发方式的触发灵敏度最低，因此实际应用中只采用因此实际应用中只采用（+、）与（）与（、）两组触发方式。）两组触发方式。二、双向晶闸管的触发方式第二节第二节 单相交流调压电路单相交流调压电路一、双向触发二极管组成的触发电路一、双向触发二极管组成的触发电路二、单相交流调压电路二、单相交流调压电路 1.电阻性负载电阻性负载 2.电感性负载电感性负载双向触发二极管PPNOUIUBO内部结构内部结构符号伏安特性伏安特性击穿电压击穿电压30V图图14-3图图14-4触发电路二、单相交流调压电路二、单相交流调压电路1.电阻性负载电阻性负载14-5公式输出交流电压有效值输出交流电压有效值 输出交流电流有效值输出交流电流有效值 220V图图14-7实例实例1 单相交流调光台灯电路单相交流调光台灯电路 2.电感性负载电感性负载图图14-8 电感性负载单相交流调压原理电路及波形电感性负载单相交流调压原理电路及波形 14-9实例实例2 2 吊扇的调速电路图图14-10 吊扇的调速原理图吊扇的调速原理图2.电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当 时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大的直流分量，烧时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大的直流分量，烧毁熔断器或晶闸管。毁熔断器或晶闸管。单相交流调压的特点1.电阻性负载时，改变控制角电阻性负载时，改变控制角 ，即可改变负载电压的有，即可改变负载电压的有效值。移相范围效值。移相范围3.电感性负载时，最小控制角电感性负载时，最小控制角 ,4.移相范围移相范围第三节 晶闸管交流开关一、简单交流开关及应用一、简单交流开关及应用二、过零触发与单相交流调功器二、过零触发与单相交流调功器三、固态开关三、固态开关一、简单交流开关应用一、简单交流开关应用阳极电压为触发阳极电压为触发电压，强触发电压，强触发+、触发方式触发方式 14-11 晶体管交流开关的基本形式晶体管交流开关的基本形式 软起动器电路 电动机的软起动与直接全电动机的软起动与直接全压起动或两级起动（如星压起动或两级起动（如星/三角形）不同，软起动时三角形）不同，软起动时电压沿斜坡上升，升至全电压沿斜坡上升，升至全压的时间可设定在压的时间可设定在0.560s之间。软起动器也有软停之间。软起动器也有软停止功能，其可调节的斜坡止功能，其可调节的斜坡时间在时间在0.5240s。14-12L1L2L3软起动特性14-13软起动器应用采用软起动器将降低起动电流，减少对电网的干扰。采用软起动器将降低起动电流，减少对电网的干扰。如软起动器在起动泵、风机、输送带等设备时，软起如软起动器在起动泵、风机、输送带等设备时，软起动器可分别解决水泵电动机起动与停止时管道内的水动器可分别解决水泵电动机起动与停止时管道内的水压波动；压波动；起动风机时传送带打滑及轴承应力过大、输送带起动起动风机时传送带打滑及轴承应力过大、输送带起动或停止过程中由于颠簸而造成产品损坏等问题。或停止过程中由于颠簸而造成产品损坏等问题。因此，软起动器可延长设备的寿命，减少维修。因此，软起动器可延长设备的寿命，减少维修。二、过零触发与单相交流调功器二、过零触发与单相交流调功器过零触发过零触发：当电压过零时给晶闸管以触发脉冲，当电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使晶闸管工作在全导通或全阻断状态，这种触发方使晶闸管工作在全导通或全阻断状态，这种触发方式称为过零触发。式称为过零触发。晶闸管触发电路的触发方式：晶闸管触发电路的触发方式：其一是前面讲过的移相触发，即触发延迟角可调；其一是前面讲过的移相触发，即触发延迟角可调；其二是过零触发。其二是过零触发。调功器在设定的周期内，将电路接通几个周，断在设定的周期内，将电路接通几个周，断开几个周，通过改变晶闸管在设定周期内开几个周，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节负载两端电压通断时间的比例，达到调节负载两端电压即负载功率的目的，这种装置称为调功器。即负载功率的目的，这种装置称为调功器。全周过零触发输出电压波形14-14设设TC周期内导通的周数为周期内导通的周数为n，每个周的周期为，每个周的周期为T，调功器输出电压有效值为调功器输出电压有效值为 式中式中,Pn 是设定周期是设定周期 T C 内全导通时装置的输出功率（内全导通时装置的输出功率（kW）；）；Un是设定周期是设定周期TC内全导通时装置的输出电压（内全导通时装置的输出电压（V）。）。公式则调功器的输出功率为则调功器的输出功率为图图14-15 过零触发电路过零触发电路电路分析电路分析波形波形过零触发电路过零触发电路（1）锯齿波形成环节）锯齿波形成环节 锯齿波的底宽对应着一定的时间间隔锯齿波的底宽对应着一定的时间间隔（TC）。调节电位器）。调节电位器RP1即可改变锯齿波的斜率。波形如图即可改变锯齿波的斜率。波形如图14-16a所示。所示。（2）信号综合环节）信号综合环节 控制电压控制电压UC与锯齿波电压叠加后合成电与锯齿波电压叠加后合成电压为压为us，送至，送至V2基极。当基极。当us0（0.7V）时，）时，V2导通；导通；us0时，时，V2截止，波形如图截止，波形如图14-16b所示。所示。（3）直流开关）直流开关 当当V2基极电压基极电压Ube20时，时，V2管导通，管导通，Ube3接接近零电位，近零电位，V3管截止，直流开关断开。当管截止，直流开关断开。当Ube20，V2截止，截止，由由R8、R9和和V6组成的分压电路使组成的分压电路使V3导通，直流开关导通，接导通，直流开关导通，接通通24V直流电压，直流电压，V3通断时间如图通断时间如图14-16c所示。所示。过零触发电路分析过零触发电路分析1电路图电路图波形波形控制电压控制电压UC ，直流开关的导通时间随之，直流开关的导通时间随之 ，主控开关，主控开关VT的导通周数的导通周数 ，交流输出电压的平均功率，交流输出电压的平均功率 。（4）同步电压形成和过零脉冲输出）同步电压形成和过零脉冲输出 波形如图波形如图14-16d所示。所示。本环节与直流开关输出电压（本环节与直流开关输出电压（24V）共同控制）共同控制V4和和V5，只有，只有当当V3导通期间，导通期间，V4、V5集电极和发射极之间才有电压，才可集电极和发射极之间才有电压，才可能工作。在这期间，同步电压每次过零时，能工作。在这期间，同步电压每次过零时，V4截止，截止，V5导通，导通，经脉冲变压器输出脉冲电压，使晶闸管导通，波形如图经脉冲变压器输出脉冲电压，使晶闸管导通，波形如图14-16e所示。所示。过零触发电路分析过零触发电路分析2电路图电路图波形波形如何调节功率？如何调节功率？过零触发电路波形过零触发电路波形图图14-16 过零触发电路的电压波形过零触发电路的电压波形 分析分析电路电路三、固态开关三、固态开关它是一种以双向晶闸管为主控元件而构成的无触点开关。它是一种以双向晶闸管为主控元件而构成的无触点开关。固态开关（简称固态开关（简称SSS）固态继电器（简称固态继电器（简称SSR）固态接触器（简称固态接触器（简称SSC）固态开关零电压接通与零电流断开14-17零电压接通原理 1.无输入信号时，无输入信号时，V2管饱和导通。管饱和导通。2.电压太高，既便有输入信号，也无法使电压太高，既便有输入信号，也无法使V2管截止。管截止。3.适当选取适当选取R2和和R3的值的值,使交流电源电压在零值区域使交流电源电压在零值区域(25V)且有输入信号时且有输入信号时,V2截止。截止。因此，只能在零电压附近时因此，只能在零电压附近时VT2导通。导通。电路电路固态开关的等效电路220VRL1234固态开关固态开关图图14-18固态开关的特点特点：体积小，工作频率高特点：体积小，工作频率高适用场合适用场合：频繁工作或潮湿、有腐蚀及易：频繁工作或潮湿、有腐蚀及易燃的环境中。燃的环境中。本章电子教案制作：申凤琴本章电子教案制作：申凤琴