摘要: 晶閘管在大功率變頻技術中的應用極為廣泛。本文首先闡述晶閘管的結構與工作原理,然后分析一下晶閘管在大功率變頻技術中的應用,具有一定的參考價值。 
　　1.前言 
　　 
　　晶閘管又叫可控硅(SCR)。自從20世紀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、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、快速晶閘管,等等。晶閘管是一種大功率半導體器件,它的最大特點是容量大、電壓高、損耗小,控制靈便。是大功率變頻技術較理想器件。 
　　 
　　2. 晶閘管的結構與工作原理 
　　 
　　2.1 晶閘管的結構 
　　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)部結構由PNPN四層半導體構成,中間形成三個PN結: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�。當元件加上正向電壓時,元件還不能導通,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,形成正反饋過程,從而使晶閘管完全導通(電流的大小由外加電源電壓和負載電阻決定)這個導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)導通過程。導通后即使去掉EG ,晶閘管依靠自身的正反饋作用仍然可以維持導通。并成為不可控。因此, EG只起觸發(fā)導通的作用,一經(jīng)觸發(fā)后, EG不管存在與否,晶閘管仍將導通。 
　　導通時,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中的應用 
　　 
　　晶閘管在大功率變頻技術中的應用主要是進行電力變換及控制,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,廣泛地應用于電解、電鍍、充電、勵磁、及合閘操作電源等領域。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。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率的交流的過程稱為變頻。整流、逆變、變頻常常是結合在一起,或者聯(lián)合遠用的。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�，F(xiàn)在最經(jīng)濟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。另一個應用是對交流電機進行調(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。這是目前的技術發(fā)展方向,國外的交流調(diào)違拖動裝置發(fā)展非常迅速。



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