摘要: 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.
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)ǖ目煽靥匦?當(dāng)元件加上正向電壓時,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),同時控制柵極―陰極間加正向電壓VGK(EG)時,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)這個導(dǎo)通過程是在極短的時間內(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作用仍然可以維持導(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.轉(zhuǎn)自大比特論壇bbs.big-bit.com
導(dǎo)通時,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,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,勵磁,及合閘操作電源等領(lǐng)域.另一個主要用這是做成直流拖動的調(diào)速裝置.以往對于要求調(diào)速或起制動性能較高的拖動裝置,一般均采用電動機—發(fā)電機變流機組來得到可控直流電壓,以實現(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)點代替了機組,并可得到更佳的靜態(tài)及動態(tài)指標(biāo).在海上石油鉆井平臺,目前從電動機,到各中小型輔助機械的直流電動機中,均采用晶閘管供電或勵磁的調(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.現(xiàn)在最經(jīng)濟(jì)的長途高壓直流輸電,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.另一個應(yīng)用是對交流電機進(jìn)行調(diào)速,如海上石油鉆井平臺電網(wǎng)串級調(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,國外的交流調(diào)違拖動裝置發(fā)展非常迅速.