晶闸管在大功率变频技术上的应用

1.前言  
　　晶闸管又叫可控硅(SCR)。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族,它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管,等等。晶闸管是一种大功率半导体器件,它的最大特点是容量大、电压高、损耗小,控制灵便。是大功率变频技术较理想器件。  
　　2. 晶闸管的结构与工作原理  
　　2.1 晶闸管的结构  
　　它有三个电极,螺旋那一端是阳极a的引出端,并利用它与散热器固定;另一较粗的引线为阴极k,较细的引线则为控制极g。容量更大的晶闸管一般采用平板式,可带风冷或水冷散热器,容量较小的晶闸管与大功率二极管外形相似,只是多了一个控制极。 晶闸管的内部结构由PNPN四层半导体构成,中间形成三个PN结:J1、J2、J3。从下面的P1层引出阳极,从上层引出阴极,由中间的P2层引出控制极。  
　　晶闸管就如二极管一样,具有单向导电特性,电流只能从阳极流向阴极,当元件加以反向电压,只有极小的反向漏电流从阴极流向阳极,晶闸管处于反向阻断状态。  
　　晶闸管不同于二极管,还具有正向导通的可控特性。当元件加上正向电压时,元件还不能导通,呈正向阻断状态,这是二极管所不具有的。  
　　2.2晶闸管的工作原理  
　　晶闸管在工作过程中,阳极A、阴极K和电源、负载相连,组成了晶闸管的主电路,门板G、阴极K和控制装置相连,组成了晶闸管的控制电路(或称触发电路)。当阳―阴极间加正向电压VAK(EA),同时控制栅极―阴极间加正向电压VGK(EG)时,就产生控制极电流IG(即IB2),经T2放大后,形成集电极电流IC2=β2* IB2 ,这个电流又是T1的基极电流,即, IB1 = IC2同样经T1放大,产生集电极电流IC1 = β1 *β2* IB2 ,此电流又作为T2的基极电流再行放大,如此循环往复,形成正反馈过程,从而使晶闸管完全导通(电流的大小由外加电源电压和负载电阻决定)这个导通过程是在极短的时间内完成的,一般不超过几微秒,称为触发导通过程。导通后即使去掉EG ,晶闸管依靠自身的正反馈作用仍然可以维持导通。并成为不可控。因此, EG只起触发导通的作用,一经触发后, EG不管存在与否,晶闸管仍将导通。  
　　导通时,晶闸管的正向压降一般约为0.6～1.2V。值得注意的是,如果因外电路负载电阻增加或电源电压EA减小使阳极电流降低到小于某一数值IH时,则使T1和T2管脱离饱和状态,即T1和T2管的集电极―发射极压降增高,使阳极电流进一步减小,形成正反馈。最终使T1和T2管截止,即晶闸管呈阻断状态。因此称IH为最小维持电流。若已导通的晶闸管的外加电压降到零或切断电源,则阳极电流降到零,晶闸管即自行阻断。  
　　3. 晶闸管在大功率变频技术中的应用  
　　晶闸管在大功率变频技术中的应用主要是进行电力变换及控制,按其功能有以下几种类型:  
　　 (1)可控整流  
　　利用晶闸管单向导电的可控性,把交流电整流成电压可调的直流电。这种可调的直流电源,广泛地应用于电解、电镀、充电、励磁、及合闸操作电源等领域。另一个主要用这是做成直流拖动的调速装置。以往对于要求调速或起制动性能较高的拖动装置,一般均采用电动机—发电机变流机组来得到可控直流电压,以实现控制要求。晶闸管问世以后,静止的可控整流装置,以它一系列的优点代替了机组,并可得到更佳的静态及动态指标。在海上石油钻井平台,目前从电动机,到各中小型辅助机械的直流电动机中,均采用晶闸管供电或励磁的调速装置。  

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