平板形可控硅(可控硅整流柜的作用及工作原理)

Posted 2023-05-25

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平板形可控硅(可控硅整流柜的作用及工作原理)

　　可控硅整流柜：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。

　　可控硅整流柜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。

　　可控硅整流柜：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。

可控硅整流柜的工作原理

　　可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，其等效图解如图所示

　　当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流ic2=β2ib2。因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以ib1=ic2。此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流ic1=β1ib1=β1β2ib2。这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。

　　由于BG1和BG2所构成的正反馈作用，所以一旦可控硅导通后，即使控制极G的电流消失了，可控硅仍然能够维持导通状态，由于触发信号只起触发作用，没有关断功能，所以这种可控硅是不可关断的。

可控硅整流柜的结构

　　1、外形上来看，可控硅整流器也主要有螺栓型和平板型两种封装结构。

　　2、出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端。

　　3、部是PNPN四层半导体结构。

　　可控硅整流器的外形、结构和电气图形符号

　　a）外形 b）结构 c）电气图形符号

　　可控硅整流柜VS与小灯泡EL串联起来，通过开关S接在直流电源上。注意阳极A是接电源的正极，阴极K接电源的负极，控制极G通过按钮开关SB接在3V直流电源的正极（这里使用的是KP5型晶闸管，若采用KP1型，应接在1.5V直流电源的正极）。晶闸管与电源的这种连接方式叫做正向连接，也就是说，给晶闸管阳极和控制极所加的都是正向电压。现在我们合上电源开关S，小灯泡不亮，说明晶闸管没有导通;再按一下按钮开关SB，给控制极输入一个触发电压，小灯泡亮了，说明晶闸管导通了。这个演示实验给了我们什么启发呢？

　　这个实验告诉我们，要使可控硅整流器导通，一是在它的阳极A与阴极K之间外加正向电压，二是在它的控制极G与阴极K之间输入一个正向触发电压。晶闸管导通后，松开按钮开关，去掉触发电压，仍然维持导通状态。

　　可控硅整流器的特点：是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢？使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源（图3中的开关S）或使阳极电流小于维持导通的最小值（称为维持电流）。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。

可控硅整流器