發(fā)布時(shí)間：2014-07-27 07:02

 摘要: 晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用極為廣泛。本文首先闡述晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理,然后分析一下晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用,具有一定的參考價(jià)值。 
　　1.前言 
　　 
　　晶閘管又叫可控硅(SCR)。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族,它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管,等等。晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件,它的最大特點(diǎn)是容量大、電壓高、損耗小,控制靈便。是大功率變頻技術(shù)較理想器件。 
　　 
　　2. 晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理 
　　 
　　2.1 晶閘管的結(jié)構(gòu) 
　　它有三個(gè)電極,螺旋那一端是陽極a的引出端,并利用它與散熱器固定;另一較粗的引線為陰極k,較細(xì)的引線則為控制極g。容量更大的晶閘管一般采用平板式,可帶風(fēng)冷或水冷散熱器,容量較小的晶閘管與大功率二極管外形相似,只是多了一個(gè)控制極。 晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由PNPN四層半導(dǎo)體構(gòu)成,中間形成三個(gè)PN結(jié):J1、J2、J3。從下面的P1層引出陽極,從上層引出陰極,由中間的P2層引出控制極。 
　　晶閘管就如二極管一樣,具有單向?qū)щ娞匦?電流只能從陽極流向陰極,當(dāng)元件加以反向電壓,只有極小的反向漏電流從陰極流向陽極,晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)。 
　　晶閘管不同于二極管,還具有正向?qū)�通的可控特性。�?dāng)元件加上正向電壓時(shí),元件還不能導(dǎo)通,呈正向阻斷狀態(tài),這是二極管所不具有的。 
　　2.2晶閘管的工作原理 
　　晶閘管在工作過程中,陽極A、陰極K和電源、負(fù)載相連,組成了晶閘管的主電路,門板G、陰極K和控制裝置相連,組成了晶閘管的控制電路(或稱觸發(fā)電路)。當(dāng)陽―陰極間加正向電壓VAK(EA),同時(shí)控制柵極―陰極間加正向電壓VGK(EG)時(shí),就產(chǎn)生控制極電流IG(即IB2),經(jīng)T2放大后,形成集電極電流IC2=β2* IB2 ,這個(gè)電流又是T1的基極電流,即, IB1 = IC2同樣經(jīng)T1放大,產(chǎn)生集電極電流IC1 = β1 *β2* IB2 ,此電流又作為T2的基極電流再行放大,如此循環(huán)往復(fù),形成正反饋過程,從而使晶閘管完全導(dǎo)通(電流的大小由外加電源電壓和負(fù)載電阻決定)這個(gè)導(dǎo)通過程是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的,一般不超過幾微秒,稱為觸發(fā)導(dǎo)通過程。導(dǎo)通后即使去掉EG ,晶閘管依靠自身的正反饋?zhàn)饔萌匀豢梢跃S持導(dǎo)通。并成為不可控。因此, EG只起觸發(fā)導(dǎo)通的作用,一經(jīng)觸發(fā)后, EG不管存在與否,晶閘管仍將導(dǎo)通。 
　　導(dǎo)通時(shí),晶閘管的正向壓降一般約為0.6～1.2V。值得注意的是,如果因外電路負(fù)載電阻增加或電源電壓EA減小使陽極電流降低到小于某一數(shù)值IH時(shí),則使T1和T2管脫離飽和狀態(tài),即T1和T2管的集電極―發(fā)射極壓降增高,使陽極電流進(jìn)一步減小,形成正反饋。最終使T1和T2管截止,即晶閘管呈阻斷狀態(tài)。因此稱IH為最小維持電流。若已導(dǎo)通的晶閘管的外加電壓降到零或切斷電源,則陽極電流降到零,晶閘管即自行阻斷。 
　　 
　　3. 晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用 
　　 
　　晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用主要是進(jìn)行電力變換及控制,按其功能有以下幾種類型: 
　　 (1)可控整流 
　　利用晶閘管單向?qū)щ姷目煽匦?把交流電整流成電壓可調(diào)的直流電。這種可調(diào)的直流電源,廣泛地應(yīng)用于電解、電鍍、充電、勵(lì)磁、及合閘操作電源等領(lǐng)域。另一個(gè)主要用這是做成直流拖動(dòng)的調(diào)速裝置。以往對(duì)于要求調(diào)速或起制動(dòng)性能較高的拖動(dòng)裝置,一般均采用電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)變流機(jī)組來得到可控直流電壓,以實(shí)現(xiàn)控制要求。晶閘管問世以后,靜止的可控整流裝置,以它一系列的優(yōu)點(diǎn)代替了機(jī)組,并可得到更佳的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)指標(biāo)。在海上石油鉆井平臺(tái),目前從電動(dòng)機(jī),到各中小型輔助機(jī)械的直流電動(dòng)機(jī)中,均采用晶閘管供電或勵(lì)磁的調(diào)速裝置。 
　　 (2)逆變與變頻 
　　利用晶閘管的特性,相宜流變換成交流的過程稱為逆變,將某一頻率的交流變換成其它各種領(lǐng)率的交流的過程稱為變頻。整流、逆變、變頻常常是結(jié)合在一起,或者聯(lián)合遠(yuǎn)用的。電流、電壓通過這些變換.常做成中頻(400-8000Hz)加熱電源,用于熔煉、透熱、淬火、焊接�，F(xiàn)在最經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)途高壓直流輸電,就是將交流整流成直流輸送,然后,再將直流逆變成交流供人使用。另一個(gè)應(yīng)用是對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,如海上石油鉆井平臺(tái)電網(wǎng)串級(jí)調(diào)速和變頻調(diào)速中使用的各種形式的變頻裝置等。這是目前的技術(shù)發(fā)展方向,國(guó)外的交流調(diào)違拖動(dòng)裝置發(fā)展非常迅速。



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