機(jī)車電力電子技術(shù) 課件 2.1 晶閘管

復(fù)習(xí)提問1.金屬開關(guān)與電子開關(guān)的區(qū)別：

①金屬開關(guān)的通態(tài)電阻很低，而半導(dǎo)體開關(guān)管有1V以上的電壓降；金屬開關(guān)斷態(tài)時(shí)基本無漏電流，而半導(dǎo)體開關(guān)管斷態(tài)時(shí)有一定的漏電流；②金屬開關(guān)頻率低，一般一秒只能通斷幾次，而半導(dǎo)體開關(guān)管開關(guān)頻率可以達(dá)到kHz~MHz；③金屬開關(guān)管的電流是雙向流動(dòng)的，而通常半導(dǎo)體開關(guān)管電流是單方向流動(dòng)的。2.四種電力變換電路：DC/DC、AC/DC、DC/AC、AC/AC3.常用電力電子器件：PD、SCR、GTR、IGBT、功率MOS斬波電路、整流電路、逆變電路、交-交變換電路電力二極管、晶閘管、電力三極管、絕緣柵雙極晶體管2-1認(rèn)知晶閘管一、概述：

晶閘管是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱，俗稱可控硅（SCR），可控制高電壓、大電流電路。5000A/8500V平板式螺栓式(>200A通常)(<200A通常)2.外形塑封式KAG4.電路符號(hào)陰極陽極門極（半控型、雙極型、電流控制型）1.類型：最高容量：陽極陰極門極門極陰極陽極PNAKP1N1P2N2AGK二極管VDNPNCEB三極管VT晶閘管SCRKAG二、晶閘管的結(jié)構(gòu)、開關(guān)條件1.晶閘管的結(jié)構(gòu)實(shí)際結(jié)構(gòu)

晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。具有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)。J1J2J32-1認(rèn)知晶閘管2.晶閘管的開關(guān)條件P1N1P2N2AGKJ1J2J3門極有電流時(shí)，陽極-陰極正向?qū)?。?dāng)A、K加正向電壓，正向阻斷；IA

IG

2-1認(rèn)知晶閘管門極電流消失，陽極-陰極電路依然導(dǎo)通。④硬開通特點(diǎn)：?陽極—陰極主電路。?門極-陰極控制電路；①觸發(fā)②自鎖（擎住）③自然關(guān)斷有關(guān)概念：P2N2GKP1N1AJ1J2J3P2N1A、K正壓→→放大→兩個(gè)三極管正反饋→晶閘管導(dǎo)通IG↑2-1認(rèn)知晶閘管2.晶閘管的開關(guān)條件當(dāng)A、K加反向電壓，晶閘管反向阻斷。小結(jié)

四層半導(dǎo)體、三個(gè)PN結(jié)KAG

晶閘管開關(guān)條件

電流型半控器件

觸發(fā)：

自鎖（擎住）：

自然關(guān)斷:

硬開通：2-1認(rèn)知晶閘管結(jié)構(gòu)、類型概念電路

主電路

控制電路反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降正向特性反向特性PN+–PN–+回憶二極管伏安特性（1）正向特性（第一象限）

正向阻斷（死區(qū)）

正向?qū)ǎ?）反向特性（第三象限）

反向截止

反向擊穿死區(qū)電壓2-1認(rèn)知晶閘管1.晶閘管的伏安特性(靜態(tài)特性)：陽極A與陰極K的電壓和電流關(guān)系.三、晶閘管的特性（1）正向特性（第一象限）

正向阻斷

正向?qū)↘AG（2）反向特性（第三象限）

反向阻斷

反向擊穿2-1認(rèn)知晶閘管硬開通觸發(fā)開通2.開關(guān)特性(動(dòng)態(tài)特性)：（1）開通過程斷態(tài)轉(zhuǎn)換為通態(tài)電流上升，電壓下降，需一定時(shí)間，約幾微秒。指通態(tài)和斷態(tài)轉(zhuǎn)換。開通過程通態(tài)關(guān)斷過程斷態(tài)三、晶閘管的特性（2）關(guān)斷過程通態(tài)轉(zhuǎn)換斷態(tài)電流下降，電壓上升，普通晶閘管為幾百微秒，快速晶閘管為20微秒以下。2-1認(rèn)知晶閘管晶閘管為無觸點(diǎn)開關(guān)。小結(jié)1.伏安特性（1）正向特性

正向阻斷

正向?qū)?/p>

2.開關(guān)特性（1）開通過程（2）關(guān)斷過程（2）反向特性

反向阻斷

反向擊穿開通過程通態(tài)關(guān)斷過程斷態(tài)2-1認(rèn)知晶閘管四、晶閘管的主要參數(shù)2.額定電流：指晶閘管允許通過的工頻正弦半波電流的平均值。3.維持電流：維持晶閘管通態(tài)所需的最小陽極電流。4.擎住電流IL：晶閘管在觸發(fā)電流作用下觸發(fā)導(dǎo)通后，只要管子中的電流達(dá)到某一臨界值時(shí)，就可以把觸發(fā)電流撤出，這時(shí)晶閘管仍然自動(dòng)維持通態(tài)，這個(gè)臨界值稱為擎住電流IL。通態(tài)擎住電流IL要比維持電流IH大2~4倍。1.額定電壓：指晶閘管正常工作時(shí)（斷態(tài)）陽極和陰極之間的正弦電壓的平均值。2-1認(rèn)知晶閘管5.動(dòng)態(tài)參數(shù)(1).開通時(shí)間ton和關(guān)斷時(shí)間toff(2).斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt(3).通態(tài)電流臨界上升率di/dt四、晶閘管的主要參數(shù)2-1認(rèn)知晶閘管五、

晶閘管的測(cè)試、保護(hù)和應(yīng)用陰極K陽極A門極G1．測(cè)試晶閘管的簡(jiǎn)易方法

根據(jù)晶閘管的特性，我們可以很方便地使用萬用表測(cè)試小型晶閘管的好壞。用萬用表的R×1k擋或R×100檔測(cè)量陽極與陰極的正、反向電阻都應(yīng)很大，然后用黑表筆接陽極，紅表筆接陰極，再用黑表筆碰門極，若正向電阻大幅下降，且黑表筆離開門極電阻不會(huì)變大，說明晶閘管能正常觸發(fā)工作。2-1認(rèn)知晶閘管2．晶閘管的保護(hù)（1）晶閘管過電壓的原因與保護(hù)并聯(lián)阻容吸收電路五、

晶閘管的測(cè)試、保護(hù)和應(yīng)用過電壓的保護(hù)措施主要是在晶閘管的兩端并聯(lián)阻容吸收電路。也可以將兩個(gè)晶閘管串接，再并聯(lián)電阻均壓后使用。（2）晶閘管過電流的原因與保護(hù)對(duì)其進(jìn)行過電流的保護(hù)一般采用串聯(lián)快速熔斷器的方法。串聯(lián)快速熔斷器2-1認(rèn)知晶閘管2．晶閘管的保護(hù)（3）

晶閘管的散熱風(fēng)冷式水冷式五、

晶閘管的測(cè)試、保護(hù)和應(yīng)用2-1認(rèn)知晶閘管自冷式3．晶閘管的應(yīng)用（機(jī)車）

韶山系列電力機(jī)車為交—直流電傳動(dòng)機(jī)車，接觸網(wǎng)提供25kV/50Hz交流電，由晶閘管構(gòu)成的相控整流系統(tǒng)，把交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，輸出電壓大小可調(diào)，供給直流牽引電機(jī)。直流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)直流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)SS9型SS8型韶山客運(yùn)電力機(jī)車五、

晶閘管的測(cè)試、保護(hù)和應(yīng)用2-1認(rèn)知晶閘管3．晶閘管的應(yīng)用（機(jī)車）

韶山貨運(yùn)電力機(jī)車SS7c型SS4型直流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)

韶山系列電力機(jī)車為交—直流電傳動(dòng)機(jī)車，接觸網(wǎng)提供25kV/50Hz交流電，由晶閘管構(gòu)成的相控整流系統(tǒng)，把交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，輸出電壓大小可調(diào)，供給直流牽引電機(jī)。五、

晶閘管的測(cè)試、保護(hù)和應(yīng)用2-1認(rèn)知晶閘管直流牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)晶閘管結(jié)構(gòu)符號(hào)原理特性晶閘管參數(shù)額定電壓額定電流維持電流擎住電流斷態(tài)電壓臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率測(cè)試、保護(hù)2-1認(rèn)知晶閘管特點(diǎn)1.半控型2.雙極型復(fù)習(xí)有關(guān)晶閘管的幾個(gè)名詞觸發(fā)：當(dāng)晶閘管加上正向陽極電壓后，門極加上適當(dāng)?shù)恼蜷T極電壓，使晶閘管導(dǎo)通的過程稱為觸發(fā)。維持電流IH：維持晶閘管導(dǎo)通所需的最小陽極電流。正向阻斷：晶閘管加正向電壓未超過其額定電壓，門極未加電壓的情況下，晶閘管關(guān)斷。硬開通：給晶閘管加足夠的正向陽極電壓，即使晶閘管未加門極電壓也會(huì)導(dǎo)通的現(xiàn)象叫硬開通。反向阻斷：當(dāng)晶閘管加反向陽極電壓時(shí)，晶閘管不會(huì)導(dǎo)通。2-1認(rèn)知晶閘管一、判斷題1.晶閘管是電流型控制器件，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為電流脈沖。（）2.晶閘管是全控型器件，既可以控制其開通，又可以控制其關(guān)斷。（）3.晶閘管的過電壓保護(hù)是在晶閘管電路中串聯(lián)阻容吸收電路。（）4.晶閘管的過電流保護(hù)是在晶閘管兩端并聯(lián)快速熔斷器。（）5.晶閘管額定電流時(shí)通態(tài)平均電壓降一般為1V。（）2-1認(rèn)知晶閘管如果正向電壓加到晶閘管上（沒有觸發(fā)信號(hào)），J2處于反偏，器件A、K兩端處于阻斷狀態(tài)，只能流過很小的漏電流。（）晶閘管的開通時(shí)間一般為一小時(shí)左右。（）晶閘管的導(dǎo)通條件為除陽極加正向電壓，必須同時(shí)在門極與陰極之間加一定的門極電壓，有足夠的門極電流。（）額定電流為IR=100A的晶閘管，可通過任意波形、有效值為157A的電流。（）二、名詞解釋1.浪涌電流2.擎住電流3.維持電流4.斷態(tài)電壓臨界上升率5.通態(tài)電流臨界上升率6.額定電流三、填空題1.某一晶閘管的額定電流為IR=2000A，則可通過正弦波、有效值為

A的電流，其發(fā)熱溫升正好是允許值；而浪涌電流約為

A。2通常擎住電流IL要比維持電流IH大

倍。3.通態(tài)峰值電壓，規(guī)定為額定電流時(shí)的管壓降峰值，一般為

V,且隨陽極電流的增加而略微增加。額定電流時(shí)的通態(tài)平均電壓降一般為

V左右。4.晶閘管是一個(gè)三端四層半導(dǎo)體開關(guān)器件，三端為陽極A、陰極K和

G，共有

個(gè)PN結(jié)。四、選擇題1.按照信號(hào)的控制程度分類，晶閘管屬于（）器件。A.不控型B.半控型C.全控型2.在設(shè)計(jì)電路時(shí)，選擇晶閘管的額定電壓為線路中經(jīng)常發(fā)生的最大電壓