电力电子课程设计 - 图文

《电力电子课程设计》

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1.晶闸管介绍

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极,阴极和门极;晶闸管具有硅整流器件的特性,能在高电压、大电流条件下工作,且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

外形有螺栓型和平板型两种封装，引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端，对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，能与散热器紧密联接且安装方便，平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间。

晶闸管的外形、结构和电气图形符号和模块外形

a)晶闸管类型b)内部结构c)电气图形符号

2.晶闸管工作原理

在分析SCR的工作原理时，常将其等效为两个晶体管V1和V2串级而成。其工作过程如下：UGK>0→产生IG→V2通→产生IC2→V1通→IC1↗→IC2↗→出现强烈的正反馈，G极失去控制作用，V1和V2完全饱和，SCR饱和导通。

晶闸管导通后，即使去掉门极电流，仍能维持导通。

晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理

晶闸管基本工作特性归纳：

承受反向电压时(UAK <0)，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通(即UAK>0，IGK>0才能开通)。

（1）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用； （2）要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。

3.实验原理 1）纯电阻负载 电路结构

T+-VT1aVT3IdU1U2bVT2VT4UdR

单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的电路原理图

工作原理

用四个晶闸管，两只晶闸管接成共阴极，两只晶闸管接成共阳极，每一只晶闸管是一个桥臂。

（1）在u2正半波的（0~α）区间：

晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲。四个晶闸管都不通。假设四个晶闸管的漏电阻相等，则uT1,4= uT2,3=1/2 u2。

（2）在u2正半波的ωt=α时刻： 触发晶闸管VT1、VT4使其导通。电流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，负载上有电压（ud=u2）和电流输出，两者波形相位相同且uT1,4=0。此时电源电压反向施加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态，则uT2,3=1/2 u2。晶闸管VT1、VT4—直导通到ωt=π为止，此时因电源电压过零，晶闸管阳极电流下降为零而关断。

（3）在u2负半波的（π~π+α）区间：

晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。此时，uT2,3=uT1,4= 1/2 u2。

（4）在u2负半波的ωt=π+α时刻：

触发晶闸管VT2、VT3，元件导通，电流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。此时电源电压反向加到晶闸管VT1、VT4上，使其承受反压而处于关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到ωt=2π为止，此时电源电压再次过零，晶闸管阳极电流也下降为零而关断。晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3在对应时刻不断周期性交替导通、关断。 基本数量关系

a.直流输出电压平均值

Ud?1????2U2sin?td(?t)?1?cos?222U21?cos??2

?0.9U2b.输出电流平均值

Id?UdR?0.9U21?cos?R2

2）阻感负载

IdT+-VT1aVT3U1U2bVT2VT4UdR

单相桥式全控整流电路(阻-感性负载)的电路原理图

工作原理

（1）在u2正半波的（0~α）区间： 晶闸管VT1、VT4承受正压，但无触发脉冲，处于关断状态。假设电路已工作在稳定状态，则在0～α区间由于电感释放能量，晶闸管VT2、VT3维持导通。

（2）在u2正半波的ωt=α时刻及以后：在ωt=α处触发晶闸管VT1、VT4

使其导通，电流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次绕组→a流通，此时负载上有输出电压（ud=u2）和电流。电源电压反向加到晶闸管VT2、VT3上，使其承受反压而处于关断状态。

（3）在u2负半波的（π~π+α）区间：当ωt=π时，电源电压自然过零，感应电势使晶闸管VT1、VT4继续导通。在电压负半波，晶闸管VT2、VT3承受正压，因无触发脉冲，VT2、VT3处于关断状态。

（4）在u2负半波的ωt=π+α时刻及以后：在ωt=π+α处触发晶闸管VT2、VT3使其导通，电流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载上，负载上有输出电压 （ud=-u2）和电流。此时电源电压反向加到VT1、VT4上，使其承受反压而变为关断状态。晶闸管VT2、VT3一直要导通到下一周期ωt=2π+α处再次触发晶闸管VT1、VT4为止。

从波形可以看出α＞90o输出电压波形正负面积相同，平均值为零，所以移相范围是0～90o。控制角α在0～90o之间变化时，晶闸管导通角θ≡π，导通角θ与控制角α无关。 基本数量关系

a.直流输出电压平均值

Ud????1???2U2sin?td(?t)?22U2?cos?

?0.9U2cos?b.输出电流平均值

Id?UdR

4.仿真模型

1）单相桥式全控整流电路(纯电阻负载)

单相桥式全控整流电路（纯电阻负载）的MATLAB仿真模型

Detailed Thyristor 为四个晶闸管，Pulse Generator 为触发脉冲，AC Voltage Source为交流电源，Parallel RLC Branch 为纯电阻负载，Current Measuremeng, Current Measurement1,Voltage Measuremeng分别测量电源，纯电阻电流和纯电阻电压对应示波器Scope后三根线，示波器前两根线分别测量晶闸管电流和电压。powergui 必须存在要不然示波器不显示波形。 模型参数设置

a.交流电源参数

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