电力电子技术及应用项目教程(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：马宏骞

出版社：电子工业出版社

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电力电子技术及应用项目教程试读：

前言

秉承新加坡南洋理工学院创建的教学工厂理念，以“工作过程导向”为主线，采取项目式的教学方法来编写《电力电子技术与应用项目教程》教材，在教学过程中努力构建技能培训体系，训练内容按照国家职业技能鉴定规范执行，是高职教育在专业教材建设方面的尝试，符合现代化的高职教育理念，是提高高职教育水平的积极创新。《电力电子技术与应用项目教程》作为高职“电气自动化技术”专业课的教科书，从高职教育的实际出发，注重理论联系实际；力求通俗易懂、深入浅出，突出实际应用环节。本书以电力电子技术设备为载体，力求使学生懂结构和原理、会选用和使用，能维修和维护。

本教材是依据电力电子技术行业职业技能鉴定规范，力图反映电力电子技术的新技术和新产品，在内容取材及安排上具有以下特点：（1）本教材以可控整流器、变频器及斩波器等作为项目式教学的技术背景，注重每一个产品的分析及应用，强化学生的工程意识，既让学生懂得了专业理论，又培养了学生解决实际问题的能力。（2）注重学生对电力电子技术的应用能力，每个项目的开篇均提出了知识目标与能力目标；正文中的【课堂讨论】、【工程经验】及【注意事项】大多针对工程中实际遇到的问题，具有很高的工程实用性。（3）在教学内容上，以“必需”和“够用”为原则。对基本知识不做过于繁杂的理论讲解，重点放在现代电力电子技术的介绍和训练上；对先进的电力电子产品，重在进行器件的认识和操作上。（4）在实训内容的安排上，以“重基础、快上手、强能力”为原则，以实际电力电子产品为载体，进行单项技能训练，培养学生的实际工作能力。每个项目实训都是综合性的、相对完整的工作工程。

通过本课程学习将使学生具备电力电子技术与应用知识，掌握从事电力电子技术的基本技能，帮助学生掌握电力电子技术的现代化设备。

本教材既强调基础知识，又力求体现新知识、新技术、新产品，教学内容与国家职业技能鉴定规范相结合。在编写体例上采用新的形式，简洁的文字表述，加上大量的实物图片，直观明了。书中注重理论和实践的结合，为学生提供了有实用价值的技能技巧训练，相信会对提高学生的电力电子技术和开拓学生的视野有所帮助。

本书由辽宁机电职业技术学院马宏骞副教授任主编，编写了项目1到项目5；郑晓坤老师任副主编，编写了项目7；迟颖老师任参编，编写了项目6。全书由马宏骞统稿，由辽宁机电职业技术学院王成安教授主审。对书后所列的参考书籍的各位作者表示深深的感谢。

由于作者水平所限，书中不妥之处在所难免，敬请兄弟院校的师生给予批评和指正。请您把对本书的建议告诉我们，以便修订时改进。所有意见和建议请寄往：E-mail：zkx2533420＠163.com。

作者

2011年7月

绪论

自20世纪50年代末第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气控制技术舞台，标志着电力电子技术的诞生。究竟什么是电力电子技术呢?电力电子技术就是采用功率半导体器件对电能进行转换、控制和优化利用的技术。说它是一门技术，它是一门新兴的应用于电力领域的电子技术；说它是一门科学，它是介于电力、电子和控制三大领域之间的交叉科学。

由于电力电子器件具有体积小、质量轻、容量大、损耗小、寿命长、维护方便、控制性能好及可采用集成电路制造工艺等优点，所以用它组成的装置具有可靠性高、节能、性能优异等特点。目前，电力电子技术广泛应用于电力、电气自动化及各种电源系统等工业生产和日常生活中，涉及电力、汽车、现代通信、机械、石化、纺织、家用电器、灯光照明、冶金、铁路、医疗设备、航空、航海等领域。进入21世纪，随着新理论、新器件、新技术的不断出现，特别是与微控制器技术的日益融合，电力电子技术的应用领域也必将不断得以拓展，随之而来的必将是智能电力电子时代。

0.1 电力电子技术应用概况

1.用电领域中的电力电子技术（1）电动机的优化运行。全世界的用电量中有60%左右是通过电动机来消耗的。采用计算机与电力电子技术相结合的智能变频控制技术，使电动机经常处于高效状态，可以节约大量电能，产生巨大的效益。如图0.1所示是电力电子技术应用于污水处理厂水泵的节能控制系统。（2）高能量密度的电源应用。采用电力电子技术的电化学电源广泛应用在作为国民经济的铜、铝、锌、镍等有色金属及氯碱等电解产业中；体积小、质量轻、效率高的各种开关电源应用电力电子技术也十分广泛；新世纪中，随着电力电子技术的发展，变频电源的应用也日益广泛；另外，还有如图0.2所示的不间断电源（UPS）、稳压稳流电源、高精度洁净电源等特种电源，采用电力电子技术后，各方面指标均有极大改善。

2.信息领域中的电力电子技术

电力电子技术为信息技术产品提供了先进的电源和运动控制系统，日益成为高端信息产品中不可缺少的一部分。在信息产品的主电路中，正在用MOS场效应管取代双极晶体管来完成各种变换，其用量越来越多。在FAX机、PC、VCD、DVD等许多整机中都装备着多种电动机，尤其是在各种打印机中，如果离开对电动机运动的高精度控制，其打印效果是不可想象的。图0.1 污水处理厂水泵的节能控制系统图0.2 不间断电源UPS

3.发电领域中的电力电子技术（1）发电机的直流励磁。常规发电机励磁的建立已经由传统的直流励磁机转变为由中频交流励磁机加电力电子整流的方法，并已取得了良好的经济效益，可靠性较高。（2）环保型能源发电。利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等新能源发电，是解决不可再生能源（煤、石油、天然气等）危机的重要途径。它们是可再生的绿色能源，如图0.3所示。但是这些能源转换的电能，其电压、频率难免波动，无法直接并网应用。只有通过电力电子变换装置，才能使这些波动的电能以恒压恒频方式输出，实现这些新能源的实用化、商品化。

4.输电领域中的电力电子技术（1）动态无功功率补偿（SVC）技术。无功功率的存在使发电机的功率因数降低，谐波污染电网，增加发电机和其他电气设备发热，无功的波动使电网电压波动。因此，必须对无功功率进行补偿，采用电力电子技术的动态无功补偿装置在这方面起着重要作用。（2）高压直流输电（HVDCT）技术。在远距离输电、跨海输电、非同步的电力系统实现联网等方面，高压直流输电优于高压交流输电，如图0.4所示，三峡水利工程就是采用的直流高压输电技术。发电机发出的交流电能经过变压器变换后，再整流为直流电能，跨过几百、几千千米后，再经过逆变器变换为工频交流电能，供终端用户使用。必须采用几十乃至数百万千伏安的超大功率电力电子装置才可以实现上述功能。图0.3 太阳能发电系统图0.4 三峡直流高压输电系统

近年来，电力电子的环境及产业都有了很大的变化。整体而言，在各种与电相关的地方，凡是要求调节控制以实现自动化、智能化的场合，电力电子技术将同微电子、计算机控制技术相辅相成，发挥巨大作用。

0.2 电力电子技术发展方向

纵观几十年的发展历史，半导体器件起到了推动电子技术发展的作用。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一只晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的，它是电力电子技术发展史上的一座里程碑。电力电子技术的发展方向是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。20世纪80年代末期和90年代初期发展起来的以功率MOSFET和IGBT为代表的集高频、高压和大电流于一体的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。

1.整流器时代

大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解、牵引和直流传动三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在20世纪60年代和70年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。

2.逆变器时代

20世纪70年代出现了世界范围内的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0～100Hz的交流电。在70—80年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GTO）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。

3.变频器时代

进入20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路制造工艺的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件。首先是功率MOSFET的问世，导致了中小型功率电源向高频化发展，而后绝缘栅双极晶体管（IGBT）的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的节能高效、小型轻量化、机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

电力电子技术的每一次飞跃都是以新器件的出现为契机的，未来电力电子器件的发展方向主要在大容量化、高频化、易驱动、降低导通压降、模块化、功率集成化这6个方面。而电力电子技术的发展方向主要是实现电力电子装置的“无公害绿色化”、功率大型化、网络控制信息化等方面。

0.3 本课程的学习要求

本课程涉及前期学过的课程比较多，如高等数学、电工基础、电子技术、电机及拖动技术、电气控制技术等，学习时需要复习相关课程并综合运用所学知识。

项目1 晶闸管

知识目标：（1）认识晶闸管的外部结构，了解晶闸管与散热器的连接方式；（2）了解晶闸管的内部结构，了解晶闸管的两种等效电路形式；（3）掌握使晶闸管可靠导通、截止所需要的条件；（4）掌握晶闸管的伏安特性及主要参数，掌握额定电压、额定电流的选用原则；（5）掌握晶闸管型号的命名方法，了解晶闸管的派生系列元件；（6）了解晶闸管主电路的保护及扩容方法；（7）了解晶闸管的正确使用原则，了解晶闸管的查表选择法。

能力目标：（1）能识别晶闸管的外部结构，能正确选用晶闸管的散热器；（2）会计算晶闸管的电压定额及电流定额，确定晶闸管的型号；（3）能用万用表判别晶闸管的极性及好坏；（4）能识别晶闸管主电路保护元件；能正确选择保护元件及接法；（5）能正确选用压敏电阻及快速熔断器。

项目情境

1.晶闸管导通实验【任务描述】

分别按如图1.1所示搭接电路。检查无误后合上开关K，观察灯泡发光情况。当图1.1（c）中电路灯亮后，断开K，观察灯泡是否还亮。（1）图1.1（a）中，给晶闸管加反向阳极电压（即阳极A端为“-”、阴极K端为“+”），观察晶闸管能否导通。（2）图1.1（b）中，给晶闸管加正向阳极电压（即阳极A端为“+”、阴极K端为“-”），但不加控制信号U，观察晶闸管能否导G通。（3）图1.1（c）中，给晶闸管加正向阳极电压，同时加控制信号U（即门极G端为“+”、阴极K端为“-”），观察晶闸管能否导通。G【仪器与元件】

电气实验台（包含直流稳压电源、元器件及连接导线）、万用表。【活动提示】

晶闸管和二极管一样，也具有单向导电特性，但要使晶闸管导通，还必须同时加控制信号U，在实践活动过程中仔细观察这一特性。G图1.1 晶闸管导通实验电路

2.晶闸管的认识【任务描述】

按自愿组合或按学号分配的原则，将学生分成若干个实践小组，由指导教师发放晶闸管元器件实物并提出任务要求。【课堂讨论】

问题：同属于半导体器件，为什么晶闸管的外形与电子线路中二极管的外形差别很大?

结果：因为普通二极管在电子技术中是作为信息传感的载体，主要用来整流、稳压、隔离等，功率都比较小，承受的是低电压、小电流；而晶闸管在电力电子技术中用来变换电能，如可控整流、交流调压、无触点开关等，功率都比较大，承受的是高电压、大电流。所以晶闸管与普通二极管的外形差别很大。【活动提示】

由于晶闸管属于半导体功率器件，对应不同的功率其外形结构也有很大差别，请仔细观察每一种功率类型元件的结构特点。

晶闸管在纯电子线路中应用较少，主要用于电力电子技术中，晶闸管到底有怎样的结构和特性?下面对相关知识进行介绍。

项目资讯1 普通晶闸管

硅晶体闸流管简称晶闸管，也称可控硅整流元件（SCR），国际通用名称为Thyyistoy。它是由3个PN结构成的一种大功率半导体器件，主要用来作为开关使用。在性能上，晶闸管能在高电压、大电流条件下工作，它不仅具有单向导电性，而且还具有比硅整流元件更为难得的可控性，对应有触发导通和可靠截止两种稳定状态。

晶闸管的优点：以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火花、无噪声；效率高，成本低等。因此，晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到了广泛的应用。

晶闸管的缺点：静态与动态的过载能力较差，容易受干扰误导通等。

1.1 普通晶闸管的结构

1.晶闸管外部结构分类

晶闸管是三端半导体器件，具有3个电极，其实物图形及电气符号如图1.2所示。晶闸管从外形上分类，主要有塑封式、螺旋式、平板式。由于晶闸管是大功率器件，工作时会产生大量的热量，因此必须安装散热器。图1.2 晶闸管的实物图及图形符号

2.晶闸管外部结构特点（1）塑封式晶闸管。塑封式晶闸管由于散热条件有限，功率都比较小，额定电流通常在20A以下。（2）螺旋式晶闸管。螺旋式晶闸管的实物图如图1.3所示，其散热器如图1.4所示，晶闸管紧固在铝制散热器上。这种晶闸管的优点是由于阳极带有螺纹，很容易与散热器连接，器件维修更换也非常方便，但散热效果一般，功率不是很大，额定电流通常在200A以下。图1.3 螺旋式晶闸管图1.4 螺旋式晶闸管的散热器（3）平板式晶闸管。平板式晶闸管的实物图如图1.5所示，其散热器如图1.6所示。晶闸管由两个彼此绝缘的散热器紧夹在中间，散热方式可以是风冷或水冷。这种晶闸管的优点是由于其整体被散热器包裹，所以散热效果非常好，功率大，额定电流200A以上的晶闸管外形都采用平板式结构，但平板式晶闸管的散热器拆装非常麻烦，器件维修更换不方便。图1.5 平板式晶闸管图1.6 平板式晶闸管的散热器1.1.2 晶闸管的内部结构

普通晶闸管内部是由P—N—P—N 4层半导体构成，其等效1122电路为两个三极管或3个二极管的复合，如图1.7所示。分析原理时，可以把它看做是由3个PN结的反向串联，也可以把它看做是由一个PNP管和一个NPN管的复合，其等效电路图解如图1.7（a）所示，电路符号如图1.7（b）所示。图1.7 晶闸管等效电路图解和电路符号

1.2 晶闸管的工作原理

为了弄清楚晶闸管是怎样工作的，可按如图1.8所示电路作实验。

晶闸管主电路：晶闸管的阳极A经负载（白炽灯）、变阻器R、双向刀开关Q接至电源E的正极，元件的阴极K经毫安表、双向刀开1a关Q接至电源E的负极，组成晶闸管的主电路。流过晶闸管阳极的1a电流为I。晶闸管阳极与阴极之间的电压U称为阳极电压，如果阳极aa电压相对阴极为正，则阳极电压称为正向阳极电压，反之则称为反向阳极电压。

晶闸管触发电路：晶闸管的门极G经双向刀开关Q接至电源E，2g元件的阴极K经Q与E另一端相连，组成晶闸管触发电路。流过晶闸2g管门极的电流为I（也称触发电流），晶闸管门极与阴极之间的电压g称为门极电压U。g图1.8 晶闸管导通关断实验电路

实验方法如下。【步骤1】当Q拨向反向，Q拨向任何位置（断开、拨为正向或12反向）。

现象：灯不亮。

说明：晶闸管没有导通，此时晶闸管处在反向阻断状态。

物理解释：（1）晶闸管内部的J结和J结起反向阻断作用，所以晶闸管不导13通。（2）如图1.7（a）所示，晶闸管等效电路中三极管VT、VT导12通的偏置条件没有满足，所以VT、VT处于截止状态，晶闸管也就12截止。【步骤2】当Q拨向正向，Q断开或拨为反向。12

现象：灯不亮。

说明：晶闸管没有导通，此时晶闸管处在正向阻断状态。

物理解释：（1）晶闸管内部的J结起反向阻断作用，所以晶闸管不导通。2（2）如图1.7（a）所示，虽然三极管VT、VT导通的偏置条件12得到了满足，但由于VT没有基极电流I输入，也就是没有触发电流2b2I，所以VT、VT处于截止状态，晶闸管截止。g12【步骤3】当Q拨向正向，Q拨向正向。12

现象：灯亮。

说明：晶闸管已经导通，此时晶闸管处在正向导通状态。

物理解释：三极管VT、VT导通的偏置条件得到了满足，又有12足够的门极电流I，即VT有基极电流I（=I）输入，所以三极管g2b2gVT、VT导通，形成强烈的正反馈，即：12

瞬时使VT、VT两三极管饱和导通，即晶闸管导通。12【步骤4】晶闸管导通后，断开门极双向刀开关Q。2

现象：灯仍然亮。

说明：晶闸管继续导通，此时晶闸管仍然处在正向导通状态。晶闸管一旦导通后维持阳极电压不变，门极对晶闸管就不再具有控制作用，这种现象称为“门极失效”。因此，在晶闸管的门极所施加的触发信号往往是以脉冲的形式出现。

物理解释：由于正反馈的形成，所以三极管VT、VT深度饱和12导通，使得I增大，完全替代了门极电流I的作用。c1g

晶闸管的导通条件：在阳极与阴极之间施加正向阳极电压U，a同时在门极与阴极之间施加正向门极电压U。g

要想使晶闸管重新恢复阻断状态要继续下面的实验。【步骤5】在灯亮的情况下，逐渐调节变阻器R，增大R的阻值，使流过负载（白炽灯）的电流逐渐减小。

现象：按下常闭按钮SB，注意观察毫安表的指针，当阳极电流降低到某数值时，毫安表的指针突然归零。

说明：晶闸管已关断。从毫安表所观察到的最小阳极电流称为晶闸管的维持电流I。维持电流数值很小，通常为几十至几百毫安。H

物理解释：增大R阻值的过程，也就是增大R压降的过程，使晶闸管得到的压降越小，三极管VT、VT导通的偏置条件得不到满12足，VT、VT又恢复到截止状态，晶闸管截止。12

晶闸管的关断条件：流过晶闸管的阳极电流小于维持电流I。H

若要使已导通的晶闸管恢复阻断，设法使晶闸管的阳极电流减小到小于维持电流I，使其内部正反馈无法维持，晶闸管才会恢复阻断，H这种关断方式称为自然关断。在实际工程中，还可以给晶闸管施加反向阳极电压，使其关断，这种关断方式称为强迫关断。

1.3 普通晶闸管的测量

1.万用表测试法

用万用表欧姆挡分别测试晶闸管3个引脚之间的阻值，具体步骤和方法如下。【步骤1】测量门极与阴极之间的电阻。

测量过程：必须用万用表的低阻值欧姆挡测量，测量挡位一般选R×1Ω挡或R×10Ω挡，将黑表笔与门极相接、红表笔与阴极相接，测量门极与阴极之间的正向电阻R；再将两表笔调换，测量门极与阴GK极之间的反向电阻R。KG

测量结果：正常情况下，一个好晶闸管的R和R通常都很小，GKKG但R应小于或接近于R，R和R的阻值范围一般在几十至几GKKGGKKG百欧姆。【步骤2】测量阳极与阴极之间的电阻。

测量过程：用万用表的高阻值欧姆挡测量，一般选R×1kΩ挡或R×10kΩ挡，将黑表笔与阳极相接、红表笔与阴极相接，测量阳极与阴极之间的正向电阻R；再将两表笔调换，测量阴极与阳极之间的反AK向电阻R。KA

测量结果：正常情况下，一个好晶闸管的R和R通常都很大，AKKAR和R的阻值范围一般在几十至几百千欧姆。AKKA

2.电珠测试法

如图1.9所示，先将晶闸管VT的门极经过按钮开关SB和阳极并接后，再与指示灯HL串接于电源E。通过控制按钮开关SB的通断，观察指示灯HL的状态，判断晶闸管质量的好坏。【步骤1】将按钮开关SB断开。

现象：指示灯HL熄灭。

说明：晶闸管的阳极、阴极之间呈高阻态，否则表明晶闸管阳极、阴极之间已短路。

解释：晶闸管只承受正向阳极电压，没有门极触发电压，其导通条件没有得到满足。图1.9 电珠测试晶闸管【步骤2】将按钮开关SB闭合。

现象：指示灯HL点亮。

说明：晶闸管已导通，否则表明晶闸管门极已损坏或阳极、阴极间断路。

解释：晶闸管得到正向阳极电压和门极触发电压，其导通条件得到满足。【步骤3】将按钮开关SB再断开。

现象：指示灯HL依然点亮。

说明：晶闸管继续导通，表明晶闸管正常。

解释：晶闸管导通后门极失效。【实践经验】

在实践中，有时会遇到引脚极性不明确的晶闸管，那么怎样判别其引脚极性呢?

由单向晶闸管的等效电路可知，门极与阴极之间为一个PN结，而门极与阳极之间有两个相向而连的PN结，据此可首先判别出阳极。用指针式万用表R×1Ω挡测量3个引脚间的阻值，与其余两脚均不通（正反阻值达几百千欧以上）的为阳极；再测量剩余两引脚间阻值，阻值较小（约为几十或几百欧姆）时，黑表笔所接的引脚为门极，另一引脚为阴极；假如3个引脚两两之间均不通或阻值很小，说明该管已损坏。【实践技巧】

在实践中，怎样快速判定晶闸管的好坏呢?

受电珠测试法的启发，将万用表的黑表笔接晶闸管的阳极，红表笔接晶闸管的阴极，此时表针应偏转很小，用镊子快速短接一下阳极与门极，表针偏转角度明显变大且能一直保持，说明该管正常，可以使用。【实践问题】（1）用万用表的不同挡位分别测量同一晶闸管的引脚间电阻时，发现每次测得的值都不相同，而且差别还可能很大，为什么?

这是因为晶闸管像二极管一样，正向导通时其特性曲线具有非线性，如果用万用表的不同挡位去分别测量晶闸管，其实就是通过红、黑两只表笔给晶闸管阳极与阴极之间施加了不同的阳极电压，这些电压点对应的特性曲线斜率（电阻值）不同，所以每次测得的值肯定都不一样，甚至差别很大。因此，在测量晶闸管引脚间电阻时，应以同一挡位测量为准。（2）在测量晶闸管时，为什么万用表要选R×1Ω挡或R×10Ω挡，而不能直接用R×10kΩ挡?

从内部结构来看，晶闸管的门极对阴极相当于一个正偏的PN结，如果直接用R×10kΩ挡测量门极对阴极的极间电阻，很容易造成这个PN结被万用表内部高压电池的高电压反向击穿，使器件损坏。因此，在引脚不明确时，禁止用万用表的高阻值欧姆挡测量晶闸管的引脚极性，即使引脚明确，也不允许用高阻值欧姆挡测量晶闸管的门极对阴极的极间电阻。

1.4 普通晶闸管的特性

晶闸管的阳极伏安特性是指阳极与阴极之间的电压和阳极电流的关系，如图1.10所示。图1.10 晶闸管阳极伏安特性曲线

1.反向特性

当门极G开路，阳极加上反向电压时，如图1.11所示，J结正偏，2但J、J结反偏，此时只能流过很小的反向漏电流；随着反向电压的13增大，反向漏电流也逐渐缓慢增大，当电压增大到U点时，特性RSM曲线开始较快速增大，U点称为反向阻断不重复峰值电压，其值RSM的80%称为反向阻断重复峰值电压，用U表示；当电压进一步提DRM高到J结的雪崩击穿电压后，同时J结也被击穿，电流迅速增加，如13图1.10所示的特性曲线OR段开始弯曲，弯曲处的电压U称为“反RO向转折电压”。此后，晶闸管会发生永久性反向击穿。图1.11 阳极加反向电压

2.正向特性

当门极G开路，阳极加上正向电压时，如图1.12所示，J、J结13正偏，但J结反偏，这与普通PN结的反向特性相似，也只能流过很2小的正向漏电流，晶闸管呈正向阻断状态；随着正向电压的增大，正向漏电流也逐渐增大，当电压增大到U点时，特性曲线开始较快DSM速增大，U点称为正向阻断不重复峰值电压，其值的80%称为正DSM向阻断重复峰值电压，用U表示；当电压进一步增加，正向漏电DRM流迅速增加，如图1.10所示的特性曲线OA段开始弯曲，弯曲处的电压U称为“正向转折电压”。由于电压升高到J结的雪崩击穿电压BO2后，J结发生雪崩倍增效应，在J结区产生大量的电子和空穴，电子22进入N区，空穴进入P区，进入N区的电子与由P区通过J结注入12111N区的空穴复合；同样，进入P区的空穴与由N区通过J结注入P12232区的电子复合，雪崩击穿后，进入N区的电子与进入P区的空穴各12自不能全部复合掉。这样，在N区就有电子积累，在P区就有空穴12积累，结果使P区的电位升高，N区的电位下降，J结变成正偏，212只要电流稍有增加，电压便迅速下降，出现所谓的负阻特性，如图1.10中的虚线AB段。这时，J、J、J 3个结处于正偏，晶闸管便进123入正向导电状态——通态。此时，它的特性与普通PN结正向特性相似，如图1.10中的BC段。

3.触发导通

在门极G加入正向电压时，如图1.13所示，因J结正偏，P区的32空穴进入N区，N区的电子进入P区，形成触发电流I。在晶闸管222GT内部正反馈作用的基础上加上I的作用，使晶闸管提前导通，导致GT图1.10中的伏安特性OA段左移。I越大，特性左移越快。GT图1.12 阳极加正向电压图1.13 阳极和门极加正向电压【课堂讨论】

问题：观察晶闸管阳极伏安特性曲线，可以得到哪些信息?

结果：（1）可以认清曲线横坐标上的电压点，如U、U、U、ROBODRMU等，明确各个电压点物理意义，表明晶闸管耐压的安全程度。RSM

当U≤U 或U≤U时，晶闸管的耐压是安全的，在这一区TRRMTDRM间的电压值都不足以使晶闸管误导通，电压可以任意施加。

当U≤U＜U或U≤U＜U时，晶闸管的耐压是不安RRMTRSMDRMTDSM全的，在这一区间的电压值可能使晶闸管误导通，晶闸管的耐压开始不可靠了，电压值进入了危险区。

当U≤U＜U或U≤U＜U时，晶闸管的耐压是很不安RSMTRODSMTBO全的，在这一区间的电压值很可能使晶闸管误导通，晶闸管的耐压开始很不可靠了，电压值进入了非常危险区，这种高电压是不允许重复施加给晶闸管的。

当U≤U或U≤U时，晶闸管正向硬开通或反向击穿。偶尔的ROTBOT硬开通还不足以使晶闸管损坏，但多次硬开通会造成晶闸管失去正向阻断能力。（2）可以看出晶闸管触发电流I的大小对晶闸管触发导通的影GT响，即触发电流越大，曲线所对应的U就越小，晶闸管就越容易被BO触发导通。1.4.2 晶闸管的门极伏安特性

晶闸管的门极和阴极间有一个PN结J，它的伏安特性称为门极3伏安特性。如图1.14所示，它的正向特性不像普通二极管那样具有很小的正向电阻，有时它的正、反向电阻是很接近的。在这个特性中表示了使晶闸管导通门极电压、电流的范围。因晶闸管门极特性偏差很大，即使同一额定值的晶闸管之间其特性也不同，所以在设计门极电路时必须考虑其特性。图1.14 晶闸管门极伏安特性曲线

1.5 晶闸管的主要参数

晶闸管的主要参数是其性能指标的反映，表明晶闸管所具有的性能和能力。要想正确使用好晶闸管就必须掌握其主要参数，这样才能取得满意的技术及经济效果。1.5.1 晶闸管的电压参数

1.晶闸管的额定电压U（重复峰值电压）Tn

晶闸管出厂时其电压定额的确定：为保证晶闸管的耐压安全，晶闸管出厂时，晶闸管铭牌标出的额定电压通常是器件实测U与DRMU中较小的值，取相应的标准电压级别，电压级别如表1.1所示。RRM表1.1 晶闸管的正、反重复峰值电压标准级别

例如，某晶闸管测得其正向阻断重复峰值电压值为760V，反向阻断重复峰值电压值为630V，取小者为630V，按表1.1中相应电压等级标准为600V，此器件铭牌上即标出额定电压U为600V，电压级别Tn为6级。

晶闸管实际应用时额定电压U的选用原则：由于晶闸管属于半Tn导体型器件，其耐受过电压、过电流能力都很差，而且环境温度、散热状况都会给其电压参数造成影响，所以在选用时其额定电压值必须留有2～3倍的安全裕量，即

2.通态平均电压U（管压降）T（AV）

当晶闸管流过正弦半波的额定电流平均值和额定结温稳定时，晶闸管阳极与阴极之间电压降的平均值称为通态平均电压，简称管压降U，其标准值分组如表1.2所示。管压降越小，表明晶闸管耗T（AV）散功率越小，管子的质量就越好。表1.2 晶闸管正向通态平均电压的组别

3.门极触发电压U及门极不触发电压UGTGD

门极触发电压U：在室温下，晶闸管施加6V正向阳极电压时，GT使其完全开通所必需的最小门极电流相对应的门极电压。

门极不触发电压U：在室温下，未能使晶闸管由断态转入通态，GD门极所加的最大电压。【课堂讨论】

问题1：触发电压U的物理意义是什么?GT

结果：触发电压U是一个最小值的概念，是晶闸管能够被触发GT导通门极所需要的触发电压的最小值。为保证晶闸管能够被可靠地触发导通，实际外加的触发电压必须大于这个最小值。由于触发信号通常是脉冲的形式，只要不超过晶闸管的允许值，脉冲电压的幅值可以数倍于触发电压U。GT

问题2：不触发电压U的物理意义是什么?GD

结果：不触发电压U是一个最大值的概念，是晶闸管不能被触GD发导通门极所加的触发电压的最大值。为保证晶闸管不能够被误触发导通，实际外加的触发电压（其实是门极的各种干扰信号）必须小于这个最小值。

门极触发电压U、门极不触发电压U是设计触发电路的重要GTGD参考依据，触发电路输出的触发电压必须大于U；触发电路输出的GT门极“残压”必须小于U。GD1.5.2 晶闸管的电流参数

1.额定电流I（晶闸管的额定通态平均电流）T（AV）

在室温为40℃和规定的冷却条件下，器件在电阻性负载的单相工频正弦半波、导通角不小于170°的电路中，当结温不超过额定结温且稳定时，所允许的最大通态平均电流，称为额定通态平均电流I。将此电流按晶闸管标准系列取相应的电流等级（如表1.3所T（AV）示），称为晶闸管的额定电流。表1.3 KP型晶闸管器件主要额定值图1.15 晶闸管的通态平均电流、有效值及最大值

按I的定义，由图1.15可分别求得正弦波的额定通态平均T（AV）电流I、电流有效值I和电流最大值I三者的关系为T（AV）Tm

各种有直流分量的电流波形，其电流波形的有效值I与平均值I之d比，称为这个电流的波形系数，用K表示为f

因此，在正弦半波情况下电流波形系数为

例如，对于一只额定电流I=100A的晶闸管，按式（1-5）T（AV）其允许的电流有效值应为157A。

晶闸管允许流过电流的大小主要取决于元器件的结温，在规定的室温和冷却条件下，结温的高低仅与发热有关，造成元器件发热的主要因素是流过元器件的电流有效值和元器件导通后管芯的内阻，一般认为内阻不变，则发热取决于电流有效值。因此，在实际中选择晶闸管额定电流I应按以下原则：所选的晶闸管额定电流有效值IT（AV）T大于元器件在电路中可能流过的最大电流有效值I。考虑到晶闸管Tm的过载能力比较差，因此，选择时必须留有1.5～2 倍的安全裕量，即

可见在实际使用中，不论晶闸管流过的电流波形如何，导通角有多大，只要遵循式（1-6）来选择晶闸管的额定电流，其发热就不会超过允许范围。【注意事项】

晶闸管在使用中，当散热条件不符合规定要求时，如室温超过40℃、强迫风冷的出口风速不足5m/s等，则器件的额定电流应立即降低使用，否则器件会由于结温超过允许值而损坏。按规定应采用风冷的器件而采用自冷时，则电流的额定值应降低到原有值的0%～40%，反之如果改为采用水冷时，则电流的额定值可以增大30%～40%。

2.维持电流I与擎住电流IHL

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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