電工技術(shù)電子技術(shù)-清華-37可控硅及其應(yīng)用

電工技術(shù)電子技術(shù)-清華-37可控硅及其應(yīng)用引言可控硅基本原理可控硅類(lèi)型及特點(diǎn)可控硅驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路可控硅在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用可控硅選型與使用注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：可控硅應(yīng)用電路搭建與調(diào)試課程總結(jié)與展望contents目錄01引言電工技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合可控硅作為電力電子技術(shù)中的核心器件，在電工技術(shù)與電子技術(shù)之間起到了橋梁作用。培養(yǎng)目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握可控硅的基本原理、特性和應(yīng)用，為從事電力電子技術(shù)的相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。課程背景與目的可控硅是一種具有控制電極的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)通和關(guān)斷可以通過(guò)控制電極的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。可控硅的定義可控硅的分類(lèi)可控硅的特點(diǎn)根據(jù)結(jié)構(gòu)和性能的不同，可控硅可分為單向可控硅、雙向可控硅等多種類(lèi)型?？煽毓杈哂畜w積小、重量輕、效率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。030201可控硅簡(jiǎn)介電力控制電源變換照明調(diào)光其他領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域概述01020304可控硅可用于電力控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等控制功能。可控硅可用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，或?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電的電源變換器中?？煽毓杩捎糜谡彰飨到y(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的調(diào)光、調(diào)色等功能。可控硅還可應(yīng)用于冶金、化工、通信等其他領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的電力控制功能。02可控硅基本原理可控硅是一種四層三端半導(dǎo)體器件，由P1N1P2N2四層半導(dǎo)體和三個(gè)PN結(jié)組成，具有三個(gè)電極：陽(yáng)極A、陰極K和控制極G?？煽毓杞Y(jié)構(gòu)可控硅的工作原理是基于PN結(jié)的單向?qū)щ娦院陀|發(fā)電流的控制作用。當(dāng)陽(yáng)極A加上正向電壓時(shí)，如果控制極G沒(méi)有觸發(fā)電流，可控硅不導(dǎo)通；當(dāng)控制極G加上觸發(fā)電流時(shí)，可控硅開(kāi)始導(dǎo)通，并且即使觸發(fā)電流消失，可控硅仍然保持導(dǎo)通狀態(tài)。工作原理可控硅結(jié)構(gòu)與工作原理觸發(fā)電路及工作特性觸發(fā)電路是為可控硅提供觸發(fā)電流的電路，通常由脈沖變壓器、整流電路和限流電阻等組成。觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)需要確保觸發(fā)電流具有足夠的幅值和陡度，以可靠地觸發(fā)可控硅。觸發(fā)電路可控硅的工作特性包括導(dǎo)通壓降、觸發(fā)電流和電壓、維持電流和電壓等。導(dǎo)通壓降是指在可控硅導(dǎo)通時(shí)陽(yáng)極和陰極之間的電壓降；觸發(fā)電流和電壓是指使可控硅從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)所需的最小電流和電壓；維持電流和電壓是指使可控硅保持導(dǎo)通狀態(tài)所需的最小電流和電壓。工作特性主要參數(shù)可控硅的主要參數(shù)包括額定通態(tài)平均電流、反向重復(fù)峰值電壓、控制極觸發(fā)電流和電壓等。這些參數(shù)反映了可控硅的承受能力和工作條件，是選擇和使用可控硅的重要依據(jù)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二性能指標(biāo)可控硅的性能指標(biāo)包括開(kāi)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間、通態(tài)壓降和斷態(tài)漏電流等。開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間分別表示可控硅從截止?fàn)顟B(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)和從導(dǎo)通狀態(tài)到截止?fàn)顟B(tài)所需的時(shí)間；通態(tài)壓降表示在可控硅導(dǎo)通時(shí)陽(yáng)極和陰極之間的電壓降；斷態(tài)漏電流表示在可控硅截止時(shí)流過(guò)器件的漏電流。這些性能指標(biāo)反映了可控硅的工作效率和可靠性。主要參數(shù)與性能指標(biāo)03可控硅類(lèi)型及特點(diǎn)工作原理01單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號(hào)作用下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號(hào)就無(wú)法使其關(guān)斷，只能靠去除負(fù)載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。特點(diǎn)02單向可控硅具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(zhǎng)、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，是自動(dòng)化控制、電機(jī)調(diào)速、調(diào)光、調(diào)壓等領(lǐng)域中常用的半導(dǎo)體器件。應(yīng)用03單向可控硅廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如電源電路、電機(jī)控制電路、調(diào)光電路等。單向可控硅雙向可控硅是一種具有雙向?qū)芰Φ目煽毓杵骷?，其觸發(fā)電路和控制電路比單向可控硅復(fù)雜，但可以實(shí)現(xiàn)交流電路的控制。工作原理雙向可控硅具有觸發(fā)靈敏度高、控制功率小、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)噪音、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。特點(diǎn)雙向可控硅廣泛應(yīng)用于交流電路的控制中，如交流調(diào)壓、調(diào)光、交流電機(jī)調(diào)速等領(lǐng)域。應(yīng)用雙向可控硅光控可控硅溫控可控硅壓控可控硅磁控可控硅其他類(lèi)型可控硅光控可控硅是一種通過(guò)光照強(qiáng)度來(lái)控制導(dǎo)通的可控硅器件，常用于光控開(kāi)關(guān)、光控傳感器等電路中。壓控可控硅是一種通過(guò)電壓變化來(lái)控制導(dǎo)通的可控硅器件，常用于電壓調(diào)節(jié)、穩(wěn)壓等電路中。溫控可控硅是一種通過(guò)溫度變化來(lái)控制導(dǎo)通的可控硅器件，常用于溫度控制、過(guò)熱保護(hù)等電路中。磁控可控硅是一種通過(guò)磁場(chǎng)變化來(lái)控制導(dǎo)通的可控硅器件，常用于電磁開(kāi)關(guān)、磁控傳感器等電路中。04可控硅驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)原則確保驅(qū)動(dòng)電路在各種工作條件下都能穩(wěn)定、可靠地觸發(fā)可控硅。采取必要措施，防止驅(qū)動(dòng)電路對(duì)人員和設(shè)備造成安全隱患。提高驅(qū)動(dòng)電路的工作效率，減少能量損耗。根據(jù)不同可控硅和應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)具有適應(yīng)性的驅(qū)動(dòng)電路?？煽啃园踩愿咝赃m應(yīng)性檢測(cè)電路中的電流，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，及時(shí)切斷電路或采取其他保護(hù)措施。過(guò)流保護(hù)防止電路中出現(xiàn)過(guò)高的電壓，對(duì)電路和可控硅造成損壞。過(guò)壓保護(hù)監(jiān)測(cè)可控硅的工作溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，采取相應(yīng)的散熱或停機(jī)措施。溫度保護(hù)采用傳感器、比較器、保護(hù)繼電器等元器件，構(gòu)建保護(hù)電路。實(shí)現(xiàn)方法保護(hù)電路功能及實(shí)現(xiàn)方法分析電路組成、工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。單向可控硅驅(qū)動(dòng)電路雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路帶過(guò)流保護(hù)的驅(qū)動(dòng)電路帶溫度保護(hù)的驅(qū)動(dòng)電路介紹電路結(jié)構(gòu)、觸發(fā)方式、保護(hù)措施等。詳細(xì)分析過(guò)流保護(hù)電路的工作原理、保護(hù)效果及實(shí)現(xiàn)方法。闡述溫度保護(hù)電路的設(shè)計(jì)思路、溫度檢測(cè)方式及保護(hù)措施。典型驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路分析05可控硅在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用利用可控硅的單向?qū)щ娦院涂煽匦裕瑢⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的調(diào)節(jié)和控制?？煽毓枵麟娐窂V泛應(yīng)用于電解、電鍍、直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)等領(lǐng)域，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。可控硅整流電源采用過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)措施，確保整流電路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。整流電路的保護(hù)整流電路中的應(yīng)用

逆變電路中的應(yīng)用可控硅逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的變換和控制，滿(mǎn)足不同負(fù)載對(duì)電源的要求。逆變電路的應(yīng)用領(lǐng)域包括變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱、有源濾波等，提高電氣設(shè)備的效率和性能。逆變電路的控制策略采用PWM控制、矢量控制等先進(jìn)控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變電路的精確控制。03斬波電路的控制方式采用定寬調(diào)頻、調(diào)寬調(diào)頻等控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)斬波電路的有效控制。01可控硅斬波電路通過(guò)控制可控硅的通斷，將直流電源的電壓或電流斬成一系列脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的調(diào)節(jié)和控制。02斬波電路的應(yīng)用領(lǐng)域包括直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、電力機(jī)車(chē)控制、開(kāi)關(guān)電源等，提高電氣設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。斬波電路中的應(yīng)用06可控硅選型與使用注意事項(xiàng)根據(jù)電路中的電壓、電流、功率等參數(shù)，選擇適合的可控硅類(lèi)型，如單向可控硅、雙向可控硅等。依據(jù)電路需求確定可控硅類(lèi)型根據(jù)電路需求，確定可控硅的主要參數(shù)，如額定電壓、額定電流、觸發(fā)電流等。確定可控硅的主要參數(shù)根據(jù)電路板的尺寸和布局，選擇適合的可控硅封裝形式，如TO-92、TO-220等。選擇合適的封裝形式在選擇可控硅時(shí)，需要考慮其散熱問(wèn)題，確保其在工作過(guò)程中不會(huì)因過(guò)熱而損壞?？紤]可控硅的散熱問(wèn)題選型依據(jù)及步驟嚴(yán)格按照電路圖連接電路在使用可控硅時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照電路圖連接電路，避免出現(xiàn)接錯(cuò)線(xiàn)或短路等問(wèn)題。注意可控硅的觸發(fā)方式可控硅需要觸發(fā)才能導(dǎo)通，使用時(shí)應(yīng)注意觸發(fā)信號(hào)的極性、幅度和頻率等參數(shù)。避免可控硅過(guò)載在使用可控硅時(shí)，應(yīng)避免其過(guò)載，以免損壞可控硅或引起電路故障。注意可控硅的散熱問(wèn)題在使用過(guò)程中，需要注意可控硅的散熱問(wèn)題，確保其工作在合適的溫度范圍內(nèi)。使用注意事項(xiàng)故障診斷與排除方法診斷可控硅是否損壞通過(guò)測(cè)量可控硅的電阻值或使用專(zhuān)用測(cè)試儀器，可以診斷可控硅是否損壞。檢查觸發(fā)電路是否正常如果可控硅不能觸發(fā)導(dǎo)通，需要檢查觸發(fā)電路是否正常，如觸發(fā)信號(hào)的極性、幅度和頻率等參數(shù)是否正確。檢查負(fù)載電路是否正常如果可控硅正常觸發(fā)但不能正常工作，需要檢查負(fù)載電路是否正常，如負(fù)載是否短路或開(kāi)路等。排除其他可能的故障如果以上檢查均正常，還需要考慮其他可能的故障因素，如電源電壓不穩(wěn)定、電路板接觸不良等。07實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：可控硅應(yīng)用電路搭建與調(diào)試掌握可控硅的工作原理、特性及在電路中的應(yīng)用。目的能夠獨(dú)立搭建可控硅應(yīng)用電路，并進(jìn)行調(diào)試和故障排除。要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求面包板或印刷電路板電源、電壓表、電流表等測(cè)量設(shè)備可控硅器件電阻、電容、電感等電子元件導(dǎo)線(xiàn)、焊錫等連接材料實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備0103020405步驟1.根據(jù)電路圖搭建可控硅應(yīng)用電路。2.檢查電路連接是否正確，確保電源和測(cè)量設(shè)備接入無(wú)誤。實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)0102實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)4.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括電壓、電流等參數(shù)。3.逐步增加電源電壓，觀察可控硅的工作狀態(tài)。注意事項(xiàng)1.確保電源穩(wěn)定且符合電路要求。2.注意電子元件的耐壓、耐流等參數(shù)，避免損壞。實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)3.在連接電路時(shí)，確保導(dǎo)線(xiàn)接觸良好，避免虛接或短路。4.在調(diào)試過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即切斷電源并檢查原因。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析可控硅的工作特性，如觸發(fā)電壓、維持電流等。同時(shí)，比較不同參數(shù)下可控硅的性能差異。結(jié)合理論知識(shí)，討論可控硅在電路中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及局限性。針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，提出可能的解決方案或改進(jìn)措施。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論討論分析08課程總結(jié)與展望可控硅基本原理與結(jié)構(gòu)深入講解了可控硅的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及觸發(fā)方式等基礎(chǔ)知識(shí)?？煽毓璧碾姎馓匦栽敿?xì)介紹了可控硅的電壓、電流特性，以及其在不同工作條件下的性能表現(xiàn)?？煽毓璧谋Ｗo(hù)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)闡述了可控硅的保護(hù)措施和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，以確保其穩(wěn)定可靠地工作?？煽毓柙陔娐分械膽?yīng)用通過(guò)實(shí)例分析了可控硅在交流調(diào)壓、直流調(diào)速、逆變電路等領(lǐng)域的具體應(yīng)用。課程重點(diǎn)內(nèi)容回顧高壓大容量可控硅隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，高壓大容量可控硅的研制和應(yīng)用逐漸成為研究熱點(diǎn)。智能化可控硅技術(shù)集成傳感器、微處理器等智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可控硅的自動(dòng)控制和故障診斷。新型可控硅材料及工藝探索新型半導(dǎo)體材料和制造工藝，提高可控硅的性能和可靠性。可控硅模塊的集成化將多個(gè)可控硅模塊集成在一起，實(shí)現(xiàn)更緊湊、高效的