三相全波整流的詳細(xì)資料.doc

Learning target2013三相可控硅整流第一部分：可控硅初步知識(shí)可控硅，是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱，是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，亦稱為晶閘管。不管可控硅的外形如何，它們的管芯都是由P型硅和N型硅組成的四層P1N1P2N2結(jié)構(gòu).見(jiàn)圖1.它有三個(gè)PN結(jié)（J1、J2、J3），從J1結(jié)構(gòu)的P1層引出陽(yáng)極A，從N2層引出陰級(jí)K，從P2層引出控制極G，所以它是一種四層三端的半導(dǎo)體器件.1. 電壓參數(shù)：如下圖為可控硅在不同電壓參數(shù)下的伏安特性（AK極之間）（1）URSM（反向不重復(fù)峰值電壓）URSM是指在門極開(kāi)路時(shí)，當(dāng)加在可控硅上的反向陽(yáng)極電壓上升到使可控硅的反向伏安特性急劇彎曲時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓值（圖1）。（2）URRM（反向重復(fù)峰值電壓）:是指當(dāng)門極開(kāi)路且結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在可控硅上的反向峰值電壓。規(guī)定反向重復(fù)峰值電壓URRM為反向不重復(fù)峰值電壓URSM的80。通常，可控硅若受到反向電壓作用，則它必定是阻斷的，因此參數(shù)名稱可省去“阻斷”二字。（3）UDSM(斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓)：UDSM是指在門極開(kāi)路時(shí)，當(dāng)加在可控硅上的正向陽(yáng)極電壓上升到使可控硅的正向伏安特性急劇彎曲時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓值（見(jiàn)圖1）。斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM應(yīng)低于正向轉(zhuǎn)折電壓UPBO,所留余量的大小由生產(chǎn)廠規(guī)定。（4）UDRM(斷態(tài)峰值重復(fù)電壓)：UDRM是指當(dāng)可控硅的門極開(kāi)路且結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在可控硅上的正向峰值電壓，如圖1所示。規(guī)定斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM為斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓UDSM的80。（5）額定電壓UN 將UDRM和URRM中較小的那個(gè)數(shù)值取整后作為該可控硅型號(hào)上的額定電壓UN。在選用可控硅時(shí)，額定電壓UN應(yīng)是正常工作電壓的二到三倍，以此作為允許的操作過(guò)電壓余量。 （6）通態(tài)平均電壓VT（管壓降） 通態(tài)平均電壓VT,是指在可控硅中流過(guò)正弦半波額定通態(tài)平均電流和額定結(jié)溫時(shí)，可控硅的陽(yáng)極和陰極間電壓降的平均值，俗稱管壓降。通態(tài)平均電壓VT按規(guī)定分為九組，每組差0.1V，最低值為0.4V，最高值為1.2V。2. 電流參數(shù)（1）通態(tài)平均電流IT(AV) IT(AV)是指在環(huán)境溫度為+40和規(guī)定冷卻條件下，在帶電阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波電路中，管子全導(dǎo)通（導(dǎo)通角不小于170）而穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定值時(shí)所允許的最大平均電流。按照標(biāo)準(zhǔn)，取其整數(shù)作為該可控硅的額定電流。 （2） 維持電流IH（即可控硅維持導(dǎo)通需要最小的電流） IH是指可控硅導(dǎo)通后，由較大的通態(tài)電流降至剛能保持元件通態(tài)所必須的最小通態(tài)電流。當(dāng)電流小于IH時(shí)，可控硅即從通態(tài)轉(zhuǎn)化為關(guān)斷狀態(tài)。（3）掣住電流IL IL是指可控硅剛從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移去觸發(fā)信號(hào)后，能維持通態(tài)所需的最小主電流 。掣住電流IL的數(shù)值與工作條件有關(guān)，通常IL約為IH的2-4倍。3. 門極參數(shù)（1）門極觸發(fā)電流IGT IGT是指在室溫時(shí)，主電壓（陽(yáng)極A與陰極K間電壓）為直流6V時(shí)，使可控硅由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)所必須的最小門極直流電流。(2) 門極觸發(fā)電壓UGT UGT是指產(chǎn)生門極觸發(fā)電流所必需的最小門極電壓。4. 動(dòng)態(tài)參數(shù)(a) 斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt du/dt是指在額定結(jié)溫和門極斷路時(shí)，可控硅保持?jǐn)鄳B(tài)所能承受的最大主電壓上升率。使用時(shí)實(shí)際電壓上升率必須小于此值。(b) 通態(tài)電流臨界上升率di/dt di/dt 是指在規(guī)定條件下，可控硅在導(dǎo)通過(guò)程中，能承受而不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞的最大通態(tài)電流上升率。(c) 門極控制開(kāi)通時(shí)間tgt tgt是指門極觸發(fā)脈沖前沿的10到陽(yáng)極電壓下降到10的時(shí)間間隔，如圖所示。它包括延遲時(shí)間td和上升時(shí)間tr兩部分，td為從門極脈沖前沿的10（0.1UG）到陽(yáng)極電壓從UA降至0.9UA（陽(yáng)極電流上升到0.1IA）時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。tr為陽(yáng)極電壓從0.9UA下降至0.1UA（陽(yáng)極電流從0.1IA上升到0.9IA）時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。因此元件的開(kāi)通時(shí)間就是載流子的積累和電流上升所需要的時(shí)間之和。即普通可控硅的開(kāi)通時(shí)間約為幾至幾十微妙。為了減小開(kāi)通時(shí)間和保證可控硅觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻的正確，可采用實(shí)際觸發(fā)電流比規(guī)定觸發(fā)電流大3-5倍，且前沿陡峭的強(qiáng)觸發(fā)方式。(d) 電路換向關(guān)斷時(shí)間tq tq是指可控硅從通態(tài)電流降至零起，到該管能再一次承受規(guī)定的正向斷態(tài)電壓的時(shí)間。實(shí)際上它包括反向恢復(fù)時(shí)間和門極恢復(fù)時(shí)間兩部分，如下圖所示。5. 額定結(jié)溫TjM TjM是可控硅正常工作時(shí)所允許的最高結(jié)溫，在此溫度下，一切有關(guān)的額定值和特性都能得到保證。6. 關(guān)于可控硅發(fā)熱的分析（1）造成可控硅發(fā)熱的原因是損耗，它由四部分組成。一是通態(tài)時(shí)的損耗，這是可控硅發(fā)熱的最主要原因，為了減小不必要的發(fā)熱，總是希望可控硅在導(dǎo)通時(shí)的通態(tài)電壓越小越好；二是斷態(tài)和反向時(shí)損耗，一般希望斷態(tài)重復(fù)平均電流IDR(AV)和反向重復(fù)平均電流IRR(AV)盡可能小些；三是開(kāi)關(guān)時(shí)的損耗，當(dāng)頻率增高時(shí)開(kāi)關(guān)損耗增大；最后是門極的損耗，通常該項(xiàng)損耗較小。（2）決定發(fā)熱的因素是電流的有效值，但可控硅整流電路輸出端負(fù)載常用所需的平均電流來(lái)衡量整流電路的容量，可控硅的額定電流也是按電阻性負(fù)載單相工頻正弦半波電路中，管子全導(dǎo)通，而穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定值時(shí)所允許的最大平均電流來(lái)定義的。因此，不同的整流方式的整流橋，帶不同類型的負(fù)載，具有不同的導(dǎo)通角時(shí)，流過(guò)可控硅的電流波形也不一樣，造成電流平均值和有效值的關(guān)系也各不相同，從而使實(shí)際允許的平均電流與額定電流是有差別的。為了求出發(fā)熱的結(jié)果，應(yīng)將實(shí)際電流波形的有效值等于可控硅額定電流IT(AV)所對(duì)應(yīng)有效值，這樣管芯的發(fā)熱才是等效的和允許的。第二部分：三相全波整流1.帶負(fù)載電阻的工作情況當(dāng)a60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖218 ） a =30 （圖219） a =60 （圖220）當(dāng)a60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值 波形圖： a =90 （ 圖221）帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120晶閘管及輸出整流電壓的情況如表21所示2.三相全控整流電路的特點(diǎn)（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同1相器件。（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。（3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)，一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。3.阻感負(fù)載時(shí)的工作情況a60時(shí)（a =0 圖222；a =30 圖223）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。 各晶閘管的通斷情況 輸出整流電壓ud波形 晶閘管承受的電壓波形a 60時(shí)（ a =90圖224）阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同。電阻負(fù)載時(shí)，ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。阻感負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為904.定量分析當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a60時(shí)）的平均值為：帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R圖2-13 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=30時(shí)的波形圖2-14 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=60時(shí)的波