电力电子技术(西电第二版)第1章单相相控整流电路

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1、第1章单相相控整流电路1.1认识功率二极管和晶闸管1.2单相相控整流电路基本原理1.3单相整流电路应用实例分析1.1认识功率二极管和晶闸管1.1.1功率二极管1.功率二极管的工作原理功率二极管是以PN结为基础的，实际上就是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。功率二极管的结构和图形符号如图1-1所示。图1-1功率二极管的结构和图形符号(a)结构示意图；(b)图形符号功率二极管主要有螺栓型和平板型两种外形，如图1-2所示。图1-2功率二极管外形(a)螺栓型；(b)平板型功率二极管和电子电路中的二极管工作原理一样，即若二极管处于正向电

2、压作用下，则PN结导通，正向管压降很小；反之，若二极管处于反向电压作用下，则PN结截止，仅有极小的可忽略的漏电流流过二极管。经实验测量可得功率二极管的伏安特性曲线，如图1-3所示。图1-3功率二极管的伏安特性曲线2．功率二极管的主要参数1)正向平均电流正向平均电流(IF(AV))是指在规定的管壳温度和散热条件下，允许通过的最大工频半波电流的平均值。元件标称的额定电流就是该电流。实际应用中，功率二极管所流过的最大有效电流为I，则其正向平均电流一般选择为(1-1)2)正向压降　　正向压降(UF)是指在规定温度下，流过某一稳定正向电流时所对应的正

3、向压降。　　上述这两个参数是选择功率二极管的主要依据。3.功率二极管的主要类型1)整流二极管2)快速恢复二极管3)肖特基二极管1.1.2晶闸管1.晶闸管的结构晶闸管是一种大功率半导体变流器件，它具有三个PN结的四层结构，其外形、结构和图形符号如图1-4所示。由最外的P1层和N2层引出的两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间的P2层引出的电极是门极G(也称控制极)。晶闸管的国际通用名称为Thyristor,简写为V。图1-4晶闸管的外形、结构和图形符号(a)螺栓式；(b)平板式；(c)结构示意图；(d)图形符号2.晶闸管的工作原理可以通过如图

4、1-5所示电路做一个简单的实验来说明晶闸管的工作原理。在图1-5中，由电源Ea、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管主电路；由电源Eg、开关S、晶闸管门极和阴极组成控制电路，也称触发电路。图1-5晶闸管导通试验电路图为了进一步说明晶闸管的工作原理，可把晶闸管看成是由一个PNP型和一个NPN型晶体管连接而成的，其连接形式如图1-6所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。图1-6晶闸管工作原理等效电路3.晶闸管的伏安特性晶闸管阳极与阴极间的电压UA和阳极电流IA的关系称为阳极伏安特性。正确使用晶闸管就必

5、须了解其阳极伏安特性(简称伏安特性)。晶闸管阳极伏安特性曲线如图1-7所示，包括正向特性(第Ⅰ象限)和反向特性(第Ⅲ象限)两部分。图1-7晶闸管阳极伏安特性曲线4.晶闸管的主要参数1)正向重复峰值电压　　在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM。一般规定此电压取值为正向转折电压UBO的80%。2)反向重复峰值电压　　在控制极断路时，可以重复加在晶闸管上的反向峰值电压称为反向重复峰值电压URRM。此电压取值为反向击穿电压URO的80%。3)通态平均电流IV(AV)在环境温度小于40℃

6、和标准散热及全导通的条件下，晶闸管可以连续导通的工频正弦半波电流平均值称为通态平均电流IV(AV)，或正向平均电流。通常所说晶闸管是多少安就是指这个电流。如果正弦半波电流的最大值为IM，则(1-2)额定电流有效值为(1-3)现定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形系数，用Kf表示：(1-4)根据式(1-4)可求出正弦半波电流的波形系数为这说明额定电流IV(AV)=100A的晶闸管，其额定电流有效值为IV=KfIV(AV)=157A。4)维持电流IH和掣住电流IL在室温且控制极开路时，维持晶闸管继续导通的最小电流称为维持电流IH。维持

7、电流大的晶闸管容易关断。维持电流与元件容量、结温等因素有关，同一型号的元件其维持电流也不相同。通常，在晶闸管的铭牌上标明了常温下IH的实测值。　　给晶闸管门极加上触发电压，当元件刚从阻断状态转为导通状态就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为掣住电流IL。对同一晶闸管来说，掣住电流IL要比维持电流IH大2～4倍。5)晶闸管的开通与关断时间　　晶闸管作为无触点开关，在导通与阻断两种工作状态之间的转换并不是瞬时完成的，需要有一定的时间。当元件的导通与关断频率较高时，就必须考虑这种时间的影响。(1)开通时间tgt。(2)关断时间t

8、q。5.晶闸管的型号按国家JB1144—75规定，普通硅晶闸管型号及其含义如图1-8所示。图1-8晶闸管型号的含义6.晶闸管的简单测试方法对于晶闸管的