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可控硅整流器

更新时间:2016/12/18 11:52:20 人气:

可控硅整流器:是一种以晶闸管(电力电子功率器件)为基础,以智能数字控制电路为核心的电源功率控制电器。具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。

简介

可控硅整流器是一种常用的电力半导体电子器件,具有控制开关数千瓦乃至兆瓦级电功率的能力.从结构上说,它是 一种反向截止三极管型的闸流晶体管,由三个PN结(PN-PN四层)构成.器件的外引线有阴极、阳极、控制极三个电极,典型大电流可控硅整流器的示意剖面见图.器件的反向特性(阳极接负)和PN结二极管的反向特性相似;其正向特性,在 一定范围内器件处于阻抗很高的关闭状态(正向阻断态,即伏安特性一象限中虚线下的实线部分).当正向瞬间电压大于转折电压时,器件迅速转变到低电压大电流的通导状态.

处于正向阻断态的器件,如果给予控制极一低功率的触发信号(使控制极-阴极PN结导通),则器件可迅速被激发到导通状态,之后毋须继续保持触发电流即可维持在通导状态,此时若将电流降至维持电流(伏安特性虚线处)以下,器件可恢复到阻断状态.
 
可控硅整流器:主电路采用三相桥或双反星形带平衡电抗器电路。可控硅元件采用大功率元件,节能显著。主控制系统采用大板高槛抗干扰、大规模集成控制板;模块及集成元件全部采用进口,可靠性高。具有自动稳压、稳流,稳定精度优于1%。具有0~60S软起动,电镀氧化着色时间可任意设定,自动定时。采用多相整流,减小输出电压纹波系数ru,特别适应于镀硬铬工艺,表面光洁度好,镀层厚度均匀。冷却方式:水冷、风冷、自冷。
 
晶闸管全称晶体闸流管,又称可控硅:是一种功率半导体器件。它具有容量大、效率高、可控性好、寿命长以及体积小等诸多优点,是弱电控制和被控强电之间的桥梁。从节能的观点出发,电力电子技术被誉为新电气技术。我国的能源利用率较低,按国民生产单产能耗计算,我国则是法国的4.98倍、日本的4.43倍,因此以晶闸管为核心的电气控制装置的普及使用是我国有效节约电能的一项重要措施。


结构
 
通常用双三极管来描述可控硅的四层结构,看成一NPN和PNP晶体管的互联. 若两晶体管的共基极电流放大系数分别为α1和α2(均为工作状态的函数),导通的必要条件是α1+α2≃1.阻断状态下, 两晶体管的电流放大系数均很小;若在正向阻断状态下,于控制极注入一正向电流,则NPN管的电流放大系数α1迅速增大,并导致α2的增大,从而满足导通条件.


应用
 
可控硅是一种极为重要的功率电子器件,可以以极小的控制功率控制兆瓦级的电力,常用于整流、开关、变频、逆变等电路中. 高功率可控硅采用甚大面积的硅片,需封装在带散热器的管壳中.


相关技术
 
在可控整流电路的波形图中,发现晶闸管承受正向电压的每半个周期内,发出第一个触发脉冲的时刻都相同,也就是控制角α和导通角θ都相等,那么,单结晶体管张弛振荡器怎样才能与交流电源准确地配合以实现有效的控制呢?
 
为了实现整流电路输出电压“可控”,必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内,触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同,这种相互配合的工作方式,称为触发脉冲与电源同步。

怎样才能做到同步呢?大家再看调压器的电路图(上图)。请注意,在这里单结晶体管张弛振荡器的电源是取自桥式整流电路输出的全波脉冲直流电压。在晶闸管没有导通时,张弛振荡器的电容器C被电源充电,UC按指数规律上升到峰点电压UP时,单结晶体管VT导通,在VS导通期间,负载RL上有交流电压和电流,与此同时,导通的VS两端电压降很小,迫使张弛振荡器停止工作。当交流电压过零瞬间,晶闸管VS被迫关断,张弛振荡器得电,又开始给电容器C充电,重复以上过程。这样,每次交流电压过零后,张弛振荡器发出第一个触发脉冲的时刻都相同,这个时刻取决于RP的阻值和C的电容量。调节RP的阻值,就可以改变电容器C的充电时间,也就改变了第一个Ug发出的时刻,相应地改变了晶闸管的控制角,使负载RL上输出电压的平均值发生变化,达到调压的目的。
 
双向晶闸管的T1和T2不能互换。否则会损坏管子和相关的控制电路。


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