晶闸管及其工作原理课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,ppt课件,*,第六章 晶闸管及其应用电路,6-1,晶闸管,6-2,晶闸管整流电路,6-4,晶闸管的选择和保护,6-5,晶闸管的触发电路,6-3,负载对晶闸管整流的影响,1,ppt课件,第六章 晶闸管及其应用电路6-1 晶闸管6-2,6-1,晶闸管,一、晶闸管的结构、符号,P,P,N,N,A,阳极,K,阴极,G,门极,A,K,G,晶闸管的结构,晶闸管的符号,2,ppt课件,6-1 晶闸管一、晶闸管的结构、符号PPNNA阳,晶闸管的导电特点：,（,1,）晶闸管具有单向导电特性,（,2,）晶闸管的导通是通过门极控制的,晶闸管导通的条件：,（,1,）阳极与阴极间加正向电压,（,2,）门极与阴极间加正向电压，这个电压称为触发电压。,（以上两个条件，必须同时满足，晶闸管才能导通）,导通后的晶闸管关断的条件：,（,1,）降低阳极与阴极间的电压，使通过晶闸管的电流小于维持电流,I,H,（,2,）阳极与阴极间的电压减小为零,（,3,）将阳极与阴极间加反向电压,（只要具备其中一个条件就可使导通的晶闸管关断）,二、晶闸管的工作特性,3,ppt课件,晶闸管的导电特点： （1）晶闸管具有单向导电特性（2）晶闸管,（,1,）,晶闸管一旦触发导通,，就能维持导通状态，,门极失去控制作用,。要使导通的晶闸管,关断,，必须减小阳极电流到,维持电流,I,H,以下,。,小结：,（,2,）晶阐管具有“,可控,”的单向导电特性，所以晶闸管又称单向可控硅。,“,可控,”有两层含义：,一是晶闸管的导通是受门极控制的,；,二是导通的晶闸管关断是受阳极与阴极间电压控制的。,由于门极所需的电压、电流比较低（电路只有几十至几百毫安），而阳极,A,与阴极,K,可承受很大的电压，通过很大的电流（电流可大到几百安培以上），因此，晶阐管可实现,弱电对强电的控制,。,4,ppt课件,（1）晶闸管一旦触发导通，就能维持导通状态，门极失去控制作用,三、晶闸管的主要参数,断态重复峰值电压,U,DRM,结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管,A,与,K,间的正向峰值电压,反向重复峰值电压,U,RRM,结温为额定值，门极断开，允许重复加在晶闸管,A,与,K,间的反向峰值电压,通态平均电流,I,T,（,AV,）,在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值，允许通过的工频正弦半波电流的平均值,通态平均电压,U,T,（,AV,）,结温稳定，通过的工频正弦半波额定的平均电流，晶闸管导通时，,A,与,K,间的电压平均值，习惯上称为导通时的,管压降,维持电流,I,H,在规定的环境温度下，门极断路时，维持晶闸管导通所必须的最小电流,晶闸管由,通,到,断,的临界电流,5,ppt课件,三、晶闸管的主要参数断态重复峰值电压UDRM结温为额定值，门,四、晶闸管的型号,五、晶闸管的简单测试,6,ppt课件,四、晶闸管的型号五、晶闸管的简单测试6ppt课件,6-2,晶闸管整流电路,一、单相可控整流电路,二、三相可控整流电路,晶闸管组成的整流电路可以在,交流电压不变,的情况下，方便地,改变,直流输出电压的大小,，即,可控整流,。,7,ppt课件,6-2 晶闸管整流电路一、单相可控整流电路二、三相可,一、单相可控整流电路,1,、单相半波可控整流电路,R,L,单相半波可控整流电路,单相半波整流电路,0,u,g,0,u,L,2,t,1,t,2,u,2,+,u,2,+,-,-,u,L,+,-,i,L,（,1,）电路组成及工作原理,t,1,t,1,t,2,t,2,u,1,u,2,8,ppt课件,一、单相可控整流电路1、单相半波可控整流电路RL单相半波可,0,u,g,0,u,L,2,t,1,t,2,t,1,t,1,t,2,t,2,控制角,从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通所对应的电角度。,导通角,晶闸管实际导通的角度。,+,=,改变,的大小，即可改变输出电压,u,L,的波形。,越大，,越小。,把控制角,的变化范围称为,移相范围。,单相半波可控整流电路的,移相范围,为：,0,9,ppt课件,0ug0uL2t1t2t1t1t2t2控制角从,（,2,）主要参数计算,输出电压的平均值,负载电流平均值,通过晶闸管的平均电流,晶闸管承受的最大电压,（,3,）电路特点,优点：,电路简单，调整方便,缺点：,输出电压脉动大，设备利用率低,10,ppt课件,（2）主要参数计算输出电压的平均值负载电流平均值通过晶闸管的,例,6-1,单相半波可控整流电路中，变压器二次侧电压,U,2,=120V,，当控制角分别为,0,o,、,90,o,、,120,o,、,180,o,时，负载上的平均电压分别是多少？,解：,=0,o,时,=90,o,时,=120,o,时,=180,o,时,改变控制角,的大小可改变输出电压的高低，移相范围为：,0,o,180,o,11,ppt课件,例6-1 单相半波可控整流电路中，变压器二次侧电压U2=1,2,、单相半控桥式整流电路,（,1,）电路组成及工作原理,t,o,2,3,u,2,t,o,2,3,u,L,t,o,2,3,u,g,V,3,V,4,V,2,V,1,R,L,u,2,正半周,单相整流电路,单相可控整流电路,t,时,V1,、,V4,正向阻断，,V2,、,V3,反向阻断,u,L,=0,t,=,时,V1,、,V4,导通，,V2,、,V3,反向阻断,u,L,=,u,2,t,=,时,V1,、,V4,关断,u,L,=0,+,-,+,-,u,L,+,-,i,L,负半周,t,时,V2,、,V3,反向阻断，,V1,、,V4,正向阻断,u,L,=0,t,=,时,V2,、,V3,反向阻断，,V1,、,V4,导通,u,L,=,u,2,t,=,时,V1,、,V4,关断,u,L,=0,单相桥式可控整流电路的,移相范围,为：,0,12,ppt课件,2、单相半控桥式整流电路（1）电路组成及工作原理to2,（,2,）主要参数计算,输出电压的平均值,负载电流平均值,通过晶闸管的平均电流,晶闸管承受的最大电压,（,3,）电路特点,优点：,输出电压脉动小，设备利用率高,缺点：,元件多,13,ppt课件,（2）主要参数计算输出电压的平均值负载电流平均值通过晶闸管的,例,6-2,一单相桥式可控整流电路，输入电压,U,2,=220V,，,R,L,=5,，要求输出电压的范围为,0,150V,，试求输出的最大电流,I,LM,和晶闸管的导通角范围？,解：,输出最大平均电流,当输出电压为,150V,时,查表得,60,o,晶闸管的导通角的范围为,14,ppt课件,例6-2 一单相桥式可控整流电路，输入电压U2=220V，,V,3,V,4,V,2,V,1,R,L,u,2,V,5,用一只晶闸管的单相桥式可控整流电路,V,5,在电路中,不承受反向电压,，只要给晶闸管加上触发信号，晶闸管即能导通，,作用相当于接在负载电路中的一只,开关,。,注意：,1,、整流电路之后不能接滤波电容,2,、晶闸管应选维持电流较大的管子,特点：,15,ppt课件,V3V4V2V1RLu2V5用一只晶闸管的单相桥式可控整流电,u,L,二、三相可控整流电路,1,、三相半波可控整流电路,（,1,）电路组成及工作原理,T,R,L,L,1,L,2,L,3,U,V,1,V,2,V,3,V,W,三相半波整流电路,三相半波可控整流电路,u,L,i,L,t,0,u,g,各晶闸管控制角的起点均为各自的,自然换相点,当控制角为,时,+,-,V,U,W,16,ppt课件,uL二、三相可控整流电路1、三相半波可控整流电路（1）电路组,u,L,t,0,u,g,=120,0,=120,0,=120,0,=0,时,工作波形,=120,V,U,W,输出波形连续,17,ppt课件,uLt0ug=1200=1200=1200=0时,u,L,t,0,u,g,60,0,=60,时,工作波形,60,0,60,0,=90,120,V,U,W,输出波形不连续,18,ppt课件,uLt0ug600=60时,工作波形600600,u,L,t,0,u,g,90,0,=90,时,工作波形,90,0,90,0,120,=60,V,U,W,19,ppt课件,uLt0ug900=90时,工作波形900900,小结,:,（,1,）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压,u,L,的大小：当,0,时，输出波形同三相半波整流电路，输出电压最大，,增大，输出电压减小，,150,时，,u,L,=0,。,（,2,）当,30,时，,u,L,波形连续,，,（,3,）任一相对应晶闸管导通期间，其他晶闸管承受相应的,线电压,。,晶闸管关断点均在下一个晶闸管被触发导通时；,当,30,时，,u,L,波形断续,，晶闸管关断点均在各自相电压过,=120,零处，,120,移相范围,是,0,150,20,ppt课件,小结:（1）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压uL,（,2,）主要参数计算,输出电压的平均值,负载电流平均值,通过晶闸管的平均电流,晶闸管承受的最大电压,（,3,）电路特点,优点：,较单相整流输出电压大小增大，脉动性减小，电源平衡性较好,缺点：,如直接接电网，会造成电网损耗；如由变压器供电，铁芯易发生直流磁化，使变压器效率降低。,21,ppt课件,（2）主要参数计算输出电压的平均值负载电流平均值通过晶闸管的,2,、三相半控桥式整流电路,三相桥式整流电路,L,1,L,2,L,3,T,R,L,V,1,V,2,V,3,U,V,W,V,4,V,5,V,6,三相半控桥式整流电路,i,L,-,u,g,0,t,（,1,）电路组成及工作原理,自然换相点,为各晶闸管控制角的起点,当控制角为,时,u,L,+,22,ppt课件,2、三相半控桥式整流电路三相桥式整流电路L1L2L3TRLV,u,g,0,t,=0,时,工作波形,输出波形同三相桥式整流电路,=120,23,ppt课件,ug0t=0时,工作波形输出波形同三相桥式整流电路,u,g,0,t,60,0,=60,时,工作波形,60,0,60,0,=120,0,60,输出波形连续,24,ppt课件,ug0t600=60时,工作波形600600=120,u,g,0,t,=90,时,工作波形,90,0,90,0,90,0,120,=90,60,180,输出波形不连续,25,ppt课件,ug0t=90时,工作波形900900900,小结,:,（,1,）改变触发脉冲的时间，就能改变整流电路输出电压,u,L,的大小：当,0,时，输出波形同三相桥式整流电路，输出电压最大；,增大，输出电压减小，,180,时，,u,L,=0,。,60,时，,波形断续，,（,3,）任一相对应晶闸管和二极管导通期间，其他晶闸管和二极管,（,2,）当,60,时，,波形连续，,=120,E,时，加触发信号，晶闸管才能,导通,反电动势负载单相半控桥式整流电路,当,电源电压等于,E,时，晶闸管,关断,晶闸管导通角,变小了，输出电流幅值增大,反电动势负载的影响：,采取的措施：,在负载回路上串联平波电感器，然后在其两端再并一个续流二极管,33,ppt课件,二、反电动势负载的影响V3V4V2V1u2E0uL0ugE,6-4,晶闸管的选择和保护,一、晶闸管的选择,二、晶闸管的保护,34,ppt课件,6-4 晶闸管的选择和保护一、晶闸管的选择二、晶闸管,一、晶闸管的选择,1,、电压等级的选择,2,、电流等级的选择,35,ppt课件,一、晶闸管的选择1、电压等级的选择2、电流等级的选择35pp,例,6-4,负载为纯电阻性的单相半控桥式整流电路，输出直流电流电压为,U,L,=060V,，直流电流为,010A,，试计算晶闸管反向峰值电压,U,RM,与,I,t,（,AV,）,，并选择合适的晶闸管。,解：,由,设输出电压最大（,60V,）时的控制角 则,考虑到整流器件上压降等因素，,U,2,取值比计算值高,10%,，故取,晶闸管承受的反向峰值电压,晶闸管应取的反向峰值电压,36,ppt课件,例6-4 负载为纯电阻性的单相半控桥式整流电路，输出直流,通过晶闸管的最大平均电流,晶闸管应取的通态平均电流,可选用通态平均电流为,10A,，额定电压为,200V,的,KP102,晶闸管。,37,ppt课件,通过晶闸管的最大平均电流晶闸管应取的通态平均电流可选用通态平,例,6-5,一只接有续流二极管的单相半控桥式整流电路，,R,L,=5,，输入电压,U,2,=220V,，晶闸管控制角,=60,。,试计算,（,1,）,晶闸管承受的反向峰值电压,；（,2,）通过晶闸管的实际工作电流，,并选择合适的管型。,解：,（,1,）,晶闸管承受的反向峰值电压,晶闸管应取的反向峰值电压,38,ppt课件,例6-5 一只接有续流二极管的单相半控桥式整流电路，RL,（,2,）通过晶闸管的实际工作电流,输出的直流电压,通过负载的平均电流,导通角,通过晶闸管的实际平均电流,晶闸管应取的通态平均电流,应选取通态平均电流为,20A,、额定电压为,600V,的,KP206,晶闸管两只。,39,ppt课件,（2）通过晶闸管的实际工作电流输出的直流电压通过负载的平均电,二、晶闸管的保护,普通晶闸管承受过压过流的能力很差，在使用中，除了需有充分的的余地外，还要采取一定的保护措施。,1,、过电压保护,由于晶闸管电路中含有电感元件（如变压器、电抗线圈等）,变压器一次侧拉闸,整流装置直流侧切断开关,晶闸管由导通转变为阻断等,电感线圈上都会产生很高的电动势，使晶闸管承受很高的电压（过电压）。,（,1,）产生过电压的原因及后果,原因：,后果：,过电压即使作用时间很短，也可使晶闸管,误导通,，甚至,被击穿损坏,。,40,ppt课件,二、晶闸管的保护 普通晶闸管承受过压过流的能,（,2,）过压保护的方法,1,）阻容吸收电路,R,L,R,L,R,L,交流侧保护,直流侧保护,直接保护,41,ppt课件,（2）过压保护的方法1）阻容吸收电路RLRLRL交流侧保护直,2,）压敏电阻保护,R,U,L,1,L,2,L,3,R,U,R,U,L,1,L,2,L,3,单相电路中的接法,三相电路中的,Y,形接法,三相电路中的,形接法,压敏感电阻是一种非线性电阻,它具有正反向相同的很陡的电压电流特性。正常工作时，压敏电阻没有击穿，通过很小的电流；当有电压超过其额定电压时，可通过高达数千安的放电电流，之后又恢复正常。,42,ppt课件,2）压敏电阻保护RUL1L2L3RURUL1L2L3单相电路,2,、过电流保护,（,1,）过流产生的原因及后果,原因：,负载过载,短路,其他晶闸管击穿,触发电路使晶闸管误触发,后果：,晶闸管的热容量较小，当发生过电流时，温度升高，若超过允许值，晶闸管会,损坏,。,（,2,）过流保护的作用,一旦有过电流产生威胁晶闸管时，能在允许时间内快速地将过电流切断，以防晶闸管损坏。,43,ppt课件,2、过电流保护（1）过流产生的原因及后果原因：负载过载短路其,（,3,）保护方法,FU,FU,FU,FU,R,L,FU,R,L,FU,R,L,FU,交流侧保护,直流侧保护,直接保护,采用,快速熔断器,进行保护,熔断速度很快,44,ppt课件,（3）保护方法FUFUFUFURLFURLFURLFU交流侧,6-5,晶闸管的触发电路,触发电路：,为晶闸管提供触发信号的电路,对触发电路的要求：,与主电路同步,能平稳移相，且有足够的移相范围,脉冲前沿陡，且有足够的幅值与脉宽,稳定性与抗扰性能好,触发电路的分类：,单结晶体管触发电路和集成触发电路,45,ppt课件,6-5 晶闸管的触发电路触发电路：为晶闸管提供触发信,一、单结晶体管触发电路,1,、单结晶体管,（,1,）单结晶体管的结构、符号,E,B,1,B,2,V,一个,PN,结,三个电极：,单结晶体管,一个发射极，两个基极,双基极二极管,结构,符号,E,B,2,B,1,A,R,B2,R,B1,V,D,等效电路,46,ppt课件,一、单结晶体管触发电路1、单结晶体管（1）单结晶体管的结构、,（,2,）,单结晶体管的伏安特性曲线,E,B,2,B,1,A,R,B2,R,B1,V,D,U,E,U,BB,+,+,-,-,V,P,I,V,I,P,U,V,U,P,截止区,负阻区,饱和区,u,E,i,E,0,分压比，其值一般为,0.30.9,当,U,E,U,A,时，,PN,结反向截止，单结晶体管截止,当,U,E,U,A,时，,PN,结正向导通，,I,E,显著增加，,R,B1,迅速减小，,U,E,下降,负阻特性,管子由截止区进入负阻区的临界点,峰点，用,P,表示,峰点电压：,峰点电流：,I,P,当,U,E,下降至谷点时，谷点电压为,U,V,，谷点电流为,I,V,过了,V,点后，管子又恢复正向特性。随,I,E,增大，,U,E,略有增大,饱和区,U,P,是管子由截止转导通的临界点,工作区,U,V,是维持管子导通的临界点最小发射极电压,47,ppt课件,（2）单结晶体管的伏安特性曲线EB2B1ARB2RB1VDU,单结晶体管的工作特点：,当发射极电压等于峰点电压,U,P,时，单结晶体管导通。导通后，发射极电压,U,E,减小，当发射极电压减小到谷点电压,U,V,时，管子又由导通转变为截止。,单结晶体管的型号：,BT31,、,BT33,、,BT35,等。其中，,B,半导体，,T,特种管，,33,个电极，第四个数字,耗散功率，分别为,100mW,、,300mW,、,500mW,。,（,3,）单结晶体管管脚的辨别,48,ppt课件,单结晶体管的工作特点： 当发射极电压等于峰点电,2,、单结晶体管振荡电路,U,BB,C,R,E,R,P,R,2,R,1,E,B,2,B,1,V,单结晶体管振荡电路,t,u,R1,0,充电,充电,充电,放电,放电,放电,t,u,E,0,U,P,U,V,+,-,接通电源后，,U,BB,经,R,P,、,R,E,给电容,C,充电，,u,C,按指数规律增大，当,u,C,=,U,P,时，单结晶体管,导通,，,R,B1,迅速减小，电容通过,R,B1,、,R,1,迅速放电，在,R,1,上形成脉冲波形,。当,u,C,=,U,V,时，单结晶体管,截止,，放电结束，,输出电压降为,0,值,，完成一次振荡。电源再次对电容充电，并重复上述过程。,充电,放电,u,R1,+,-,49,ppt课件,2、单结晶体管振荡电路UBBCRERPR2R1EB2B1V单,改变,R,P,的阻值（或电容,C,的大小），可改变电容充电的快慢，使输出脉冲提前或移后，从而控制晶闸管触发导通的时刻。,越大，触发脉冲后移，控制角增大，反之控制角减小。,利用单结晶体管的负阻特性和,RC,的充放电特性，组成频率可调的振荡电路。,50,ppt课件,改变RP的阻值（或电容C的大小），可改变电容,3,、单结晶体管触发电路,u,1,V,7,V,8,V,9,V,10,R,L,u,L,+,-,E,B,1,B,2,R,4,R,1,R,E,R,P,C,V,5,V,1,V,2,V,3,V,4,R,3,u,2,O,A,B,单结晶体管触发电路,t,0,u,A,t,0,u,B,t,0,u,E,U,P,U,V,t,0,u,G,51,ppt课件,3、单结晶体管触发电路u1V7V8V9V10RLuL+-EB,由于每半个周期内，第一个脉冲可使晶闸管触发导通，后面的脉冲信号均不起作用。,改变电容的充放电时间常数，可实现脉冲的移相。,如：,增大,R,P,或,C,，使,=,（,R,P,+,R,E,）,C,增大，充电时间变长，即达到,U,P,的时间就慢，第一脉冲输出的时间越晚；反之，第一脉冲输出时间越提前。,在实际工作中，通过改变,R,P,的大小，可改变控制角的大小。,52,ppt课件,由于每半个周期内，第一个脉冲可使晶闸管触发,4,、实际应用电路,T,V,1,V,2,R,6,V,3,V,4,V,5,R,4,R,3,R,2,R,5,R,1,u,k,C,V,6,u,1,u,2,自动控制的单结晶体管触发电路,改变,u,k,的大小可改变控制角,的大小,V,3,相当于一个可变电阻，改变它的大小可改变控制角,的大小,V,5,起续流作用,V,6,保证只输出正半周信号,53,ppt课件,4、实际应用电路TV1V2R6V3V4V5R4R3R2R5R,