三相全波整流的詳細資料.doc

Learning target2013三相可控硅整流第一部分：可控硅初步知識可控硅，是可控硅整流元件的簡稱，是一種具有三個PN 結的四層結構的大功率半導體器件，亦稱為晶閘管。不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結構.見圖1.它有三個PN結（J1、J2、J3），從J1結構的P1層引出陽極A，從N2層引出陰級K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導體器件.1. 電壓參數：如下圖為可控硅在不同電壓參數下的伏安特性（AK極之間）（1）URSM（反向不重復峰值電壓）URSM是指在門極開路時，當加在可控硅上的反向陽極電壓上升到使可控硅的反向伏安特性急劇彎曲時所對應的電壓值（圖1）。（2）URRM（反向重復峰值電壓）:是指當門極開路且結溫為額定值時，允許重復加在可控硅上的反向峰值電壓。規(guī)定反向重復峰值電壓URRM為反向不重復峰值電壓URSM的80。通常，可控硅若受到反向電壓作用，則它必定是阻斷的，因此參數名稱可省去“阻斷”二字。（3）UDSM(斷態(tài)不重復峰值電壓)：UDSM是指在門極開路時，當加在可控硅上的正向陽極電壓上升到使可控硅的正向伏安特性急劇彎曲時所對應的電壓值（見圖1）。斷態(tài)不重復峰值電壓UDSM應低于正向轉折電壓UPBO,所留余量的大小由生產廠規(guī)定。（4）UDRM(斷態(tài)峰值重復電壓)：UDRM是指當可控硅的門極開路且結溫為額定值時，允許重復加在可控硅上的正向峰值電壓，如圖1所示。規(guī)定斷態(tài)重復峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復峰值電壓UDSM的80。（5）額定電壓UN 將UDRM和URRM中較小的那個數值取整后作為該可控硅型號上的額定電壓UN。在選用可控硅時，額定電壓UN應是正常工作電壓的二到三倍，以此作為允許的操作過電壓余量。 （6）通態(tài)平均電壓VT（管壓降） 通態(tài)平均電壓VT,是指在可控硅中流過正弦半波額定通態(tài)平均電流和額定結溫時，可控硅的陽極和陰極間電壓降的平均值，俗稱管壓降。通態(tài)平均電壓VT按規(guī)定分為九組，每組差0.1V，最低值為0.4V，最高值為1.2V。2. 電流參數（1）通態(tài)平均電流IT(AV) IT(AV)是指在環(huán)境溫度為+40和規(guī)定冷卻條件下，在帶電阻性負載的單相工頻正弦半波電路中，管子全導通（導通角不小于170）而穩(wěn)定結溫不超過額定值時所允許的最大平均電流。按照標準，取其整數作為該可控硅的額定電流。 （2） 維持電流IH（即可控硅維持導通需要最小的電流） IH是指可控硅導通后，由較大的通態(tài)電流降至剛能保持元件通態(tài)所必須的最小通態(tài)電流。當電流小于IH時，可控硅即從通態(tài)轉化為關斷狀態(tài)。（3）掣住電流IL IL是指可控硅剛從斷態(tài)轉入通態(tài)并移去觸發(fā)信號后，能維持通態(tài)所需的最小主電流 。掣住電流IL的數值與工作條件有關，通常IL約為IH的2-4倍。3. 門極參數（1）門極觸發(fā)電流IGT IGT是指在室溫時，主電壓（陽極A與陰極K間電壓）為直流6V時，使可控硅由斷態(tài)轉入通態(tài)所必須的最小門極直流電流。(2) 門極觸發(fā)電壓UGT UGT是指產生門極觸發(fā)電流所必需的最小門極電壓。4. 動態(tài)參數(a) 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt du/dt是指在額定結溫和門極斷路時，可控硅保持斷態(tài)所能承受的最大主電壓上升率。使用時實際電壓上升率必須小于此值。(b) 通態(tài)電流臨界上升率di/dt di/dt 是指在規(guī)定條件下，可控硅在導通過程中，能承受而不會導致損壞的最大通態(tài)電流上升率。(c) 門極控制開通時間tgt tgt是指門極觸發(fā)脈沖前沿的10到陽極電壓下降到10的時間間隔，如圖所示。它包括延遲時間td和上升時間tr兩部分，td為從門極脈沖前沿的10（0.1UG）到陽極電壓從UA降至0.9UA（陽極電流上升到0.1IA）時所對應的時間。tr為陽極電壓從0.9UA下降至0.1UA（陽極電流從0.1IA上升到0.9IA）時所對應的時間。因此元件的開通時間就是載流子的積累和電流上升所需要的時間之和。即普通可控硅的開通時間約為幾至幾十微妙。為了減小開通時間和保證可控硅觸發(fā)導通時刻的正確，可采用實際觸發(fā)電流比規(guī)定觸發(fā)電流大3-5倍，且前沿陡峭的強觸發(fā)方式。(d) 電路換向關斷時間tq tq是指可控硅從通態(tài)電流降至零起，到該管能再一次承受規(guī)定的正向斷態(tài)電壓的時間。實際上它包括反向恢復時間和門極恢復時間兩部分，如下圖所示。5. 額定結溫TjM TjM是可控硅正常工作時所允許的最高結溫，在此溫度下，一切有關的額定值和特性都能得到保證。6. 關于可控硅發(fā)熱的分析（1）造成可控硅發(fā)熱的原因是損耗，它由四部分組成。一是通態(tài)時的損耗，這是可控硅發(fā)熱的最主要原因，為了減小不必要的發(fā)熱，總是希望可控硅在導通時的通態(tài)電壓越小越好；二是斷態(tài)和反向時損耗，一般希望斷態(tài)重復平均電流IDR(AV)和反向重復平均電流IRR(AV)盡可能小些；三是開關時的損耗，當頻率增高時開關損耗增大；最后是門極的損耗，通常該項損耗較小。（2）決定發(fā)熱的因素是電流的有效值，但可控硅整流電路輸出端負載常用所需的平均電流來衡量整流電路的容量，可控硅的額定電流也是按電阻性負載單相工頻正弦半波電路中，管子全導通，而穩(wěn)定結溫不超過額定值時所允許的最大平均電流來定義的。因此，不同的整流方式的整流橋，帶不同類型的負載，具有不同的導通角時，流過可控硅的電流波形也不一樣，造成電流平均值和有效值的關系也各不相同，從而使實際允許的平均電流與額定電流是有差別的。為了求出發(fā)熱的結果，應將實際電流波形的有效值等于可控硅額定電流IT(AV)所對應有效值，這樣管芯的發(fā)熱才是等效的和允許的。第二部分：三相全波整流1.帶負載電阻的工作情況當a60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖218 ） a =30 （圖219） a =60 （圖220）當a60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現負值 波形圖： a =90 （ 圖221）帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120晶閘管及輸出整流電壓的情況如表21所示2.三相全控整流電路的特點（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)，一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。3.阻感負載時的工作情況a60時（a =0 圖222；a =30 圖223）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似。 各晶閘管的通斷情況 輸出整流電壓ud波形 晶閘管承受的電壓波形a 60時（ a =90圖224）阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。電阻負載時，ud波形不會出現負的部分。阻感負載時，ud波形會出現負的部分。帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為904.定量分析當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60時）的平均值為：帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R圖2-13 三相半波可控整流電路，電阻負載， a=30時的波形圖2-14 三相半波可控整流電路，電阻負載， a=60時的波