第八章电力电子学——可控硅及其基本电路 81晶闸管 晶闸管是在半导体二极管、三极管之后发现的一种新型的大功率半导体器件,它是一种 可控制的硅整流元件,亦称可控硅。 晶闸管的结构和符号 闸管的外形如图8.I所示,分为螺栓形和平板形两种,螺栓形带有螺栓的那一端是 阳极A,它可与散热器固定,另一端的粗引线是阴极K,细线是控制极(又称门极)G,这种 结构更换元件很方便,用于100A以下的元件。平板形,中间的金属环是控制极G,离控制 极远的一面是阳极A,近的一面是阴极K,这种结构散热效果比较好,用于200A以上的元 螺栓形 平板形 图81晶闸管的外形 晶闸管是由四层半导体构成的。图82(a)、(b)、(c)所示分别为螺栓形晶闸管的内部 结构、晶闸管的结构示意和表示符号。 K 1-铜底座 2-钼片 3-铝片 4金锑合金片 5-金粑片 6-硅片 (a)内部结构 (b)结构示意c)表示符号
第八章 电力电子学——可控硅及其基本电路 8.1 晶闸管 晶闸管是在半导体二极管、三极管之后发现的一种新型的大功率半导体器件，它是一种 可控制的硅整流元件，亦称可控硅。 一．晶闸管的结构和符号 晶闸管的外形如图 8.1 所示，分为螺栓形和平板形两种，螺栓形带有螺栓的那一端是 阳极 A，它可与散热器固定，另一端的粗引线是阴极 K，细线是控制极(又称门极)G，这种 结构更换元件很方便，用于 100A 以下的元件。平板形，中间的金属环是控制极 G，离控制 极远的一面是阳极 A，近的一面是阴极 K，这种结构散热效果比较好，用于 200A 以上的元 件。 图 8.1 晶闸管的外形 晶闸管是由四层半导体构成的。图 8.2(a)、（b）、（c）所示分别为螺栓形晶闸管的内部 结构、晶闸管的结构示意和表示符号。 （a）内部结构 （b）结构示意 （c）表示符号
图8.2晶闸管的结构示意和表示符号 简单地说,晶闸管的结构是由四层半导体材料叠成三个PN结,并在对应的半导体材料 上引出了三个电极。这三个电极分别称为:A—阳极,G一控制极,K一阴极。 、晶闸管的工作原理 1.工作原理 从晶闸管的内部结构分析,可以将晶闸管等效为以如图所示方式相连接的NPN和PNP 两个三极管VT、ⅥT2。设三极管T1和12的放大倍数分别为1、B2。 P P BAI B 图8.3晶闸管的工作原理图 当A-K间加正向电压时: VTI、VT2正向偏置。若在G一K间施加正向电压,则会在三极管VTl的基极产生初 始触发电流lg°由于VT2和VT1之间各自的集电极和对方的基极相连,经vT放大后 的电流回到VT2的基极,从而形成强烈的电流正反馈。晶闸管能在几微秒的时间内完成导 通过程。 当A-K间加反向电压时 VTl、VT2反向偏置,无论G-K端为正或反向电压。晶闸管不能导通。 2.实验分析 如图84(a)所示,主电路加上交流电压~n2,控制极电路接入Eg,在瞬间合上开关S, 在t4瞬间拉开开关S,则~2、U2和电阻R1上的电压l4的波形关系如图84(b)所示
图 8.2 晶闸管的结构示意和表示符号 简单地说，晶闸管的结构是由四层半导体材料叠成三个 PN 结，并在对应的半导体材料 上引出了三个电极。这三个电极分别称为：A—阳极，G—控制极，K—阴极。 二、晶闸管的工作原理 1. 工作原理 从晶闸管的内部结构分析，可以将晶闸管等效为以如图所示方式相连接的 NPN 和 PNP 两个三极管 VT1、VT2。设三极管 VT1 和 VT2 的放大倍数分别为 β1 、 β2。 图 8.3 晶闸管的工作原理图 当 A－K 间加正向电压时： VT1、VT2 正向偏置。若在 G－K 间施加正向电压，则会在三极管 VT1 的基极产生初 始触发电流 gI 。由于 VT2 和 VT1 之间各自的集电极和对方的基极相连， gI 经 VT1 放大后 的电流回到 VT2 的基极，从而形成强烈的电流正反馈。晶闸管能在几微秒的时间内完成导 通过程。 当 A-K 间加反向电压时： VT1、VT2 反向偏置，无论 G-K 端为正或反向电压。晶闸管不能导通。 2．实验分析 如图 8.4(a)所示，主电路加上交流电压 ~ 2 u ，控制极电路接入 Eg ，在 1 t 瞬间合上开关 S， 在 4t 瞬间拉开开关 S，则 ~ u2 、U g 和电阻 RL 上的电压ud 的波形关系如图 8.4（b）所示
RI (a)实验电路 (b)波形图 图84晶闸管的工作原理 由图84(b)可见 (1)在0~1之间,开关S未合上,控制极对阴极的电压为0,尽管阳极对阴极的电压 为正,但u为0,即晶闸管未导通; (2)在1~12之间,阳极对阴极的电压为正,由于开关S合上,使得控制极对阴极的 电压也为正,u≈l2,即晶闸管导通,晶闸管压降很小,电源电压u2加于电阻R1上 (3)在12~t3之间,阳极对阴极的电压为负,尽管控制极对阴极的电压也为正,ua=0, 即晶闸管关断 (4)在t3~4之间所以,晶闸管的阳极对阴极又开始承受正向电压,这时,控制极对 阴极有正电压ug=E,所以,晶闸管又导通,电源电压n2再次加于RL上 (5)当t=4时,Mg=0但由于这时晶闸管处于导通状态,则维持导通:当t=t5时,由 于u2=0,晶闸管关断,晶闸管处于阻断状态 综上所述可得以下结论: (1)正常去年情况下,若控制极不加正向电压,则不论阳极加正向电压还是反向电压, 晶闸管均不导通,这说明晶闸管具有正、反向阻断能力 (2)晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时才能使晶闸管导通,这是晶闸管导通必 须同时具备的两个条件;
（a）实验电路 （b）波形图 图 8.4 晶闸管的工作原理 由图 8.4（b）可见： （1）在0 ~ 1t 之间，开关 S 未合上，控制极对阴极的电压为 0，尽管阳极对阴极的电压 为正，但ud 为 0，即晶闸管未导通； （2）在 1 ~ 2 t t 之间，阳极对阴极的电压为正，由于开关 S 合上，使得控制极对阴极的 电压也为正，ud ≈ u2 ，即晶闸管导通，晶闸管压降很小，电源电压u2 加于电阻 RL 上； （3）在 2 ~ 3 t t 之间，阳极对阴极的电压为负，尽管控制极对阴极的电压也为正，ud = 0 ， 即晶闸管关断； （4）在 3 ~ 4 t t 之间所以，晶闸管的阳极对阴极又开始承受正向电压，这时，控制极对 阴极有正电压 g Eg u = ，所以，晶闸管又导通，电源电压u2 再次加于 RL 上； （5）当 4 t = t 时， 0 ug = 但由于这时晶闸管处于导通状态，则维持导通；当 5 t = t 时，由 于 0 u2 = ，晶闸管关断，晶闸管处于阻断状态。 综上所述可得以下结论： （1）正常去年情况下，若控制极不加正向电压，则不论阳极加正向电压还是反向电压， 晶闸管均不导通，这说明晶闸管具有正、反向阻断能力； （2）晶闸管的阳极和控制极同时加正向电压时才能使晶闸管导通，这是晶闸管导通必 须同时具备的两个条件；
(3)在晶闸管导通之后,其控制极就失去控制作用,欲使晶闸管恢复阻断状态,必 须把阳极正向电压降低到一定值(或断开,或反向)。 (4)晶闸管导通后,两只三极管饱和导通,阳极与阴极间的管压降为IV左右,而电 源电压几乎全部分配在负载电阻R上。晶闸管的PN结可通过几十安~几千安的电流。晶 管触发导通的时间为几微秒。 三、晶闸管的伏安特性 晶闸管阳极对阴极的电压和阳极电流之间的关系,称为晶闸管的伏安特性,如图8 所示。 导通状态 关断状态 Ue Ual UosM 图85晶闸管的伏安特性 (1)正向阻断状态:晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压,而晶闸管控制极开路 (g=0)情况下,开始元件中有很小的电流(称为正向漏电流)流过,晶闸管阳极与阴极 间表现出很大的电阻,处于截止状态(称为正向阻断状态),简称断态。图中第一象限红色 段曲线 (2)正向击穿:在控制极开路的情况下,当阳极电压上升到某一数值时,晶闸管突然 由阻断状态转化为导通状态。阳极这时的电压称为断态不重复峰值电压(UsM),或称正 向转折电压(UBo)。导通后,元件中流过较大的电流,其值主要由限流电阻(使用时由负 载)决定。图中第一象限绿色段曲线。 (3)正向导通状态:晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压,晶闸管控制极加上正向电 压的情况下,晶闸管导通,阳极电流的大小由负载决定,阳极和阴极间的管压降很小。图中 第一象限绿色段曲线 (4)反向截止状态:在晶闸管阳极与阴极间加上反向电压时,开始晶闸管处于反向阻
（3）在晶闸管导通之后，其控制极就失去控制作用，欲使晶闸管恢复阻断状态，必 须把阳极正向电压降低到一定值（或断开，或反向）。 （4）晶闸管导通后，两只三极管饱和导通，阳极与阴极间的管压降为 1V 左右，而电 源电压几乎全部分配在负载电阻 RL 上。晶闸管的 PN 结可通过几十安~几千安的电流。晶闸 管触发导通的时间为几微秒。 三、晶闸管的伏安特性 晶闸管阳极对阴极的电压和阳极电流之间的关系，称为晶闸管的伏安特性，如图 8.5 所示。 图 8.5 晶闸管的伏安特性 （1）正向阻断状态：晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压，而晶闸管控制极开路 （ I g = 0 ）情况下，开始元件中有很小的电流（称为正向漏电流）流过，晶闸管阳极与阴极 间表现出很大的电阻，处于截止状态（称为正向阻断状态），简称断态。图中第一象限红色 段曲线。 （2）正向击穿：在控制极开路的情况下，当阳极电压上升到某一数值时，晶闸管突然 由阻断状态转化为导通状态。阳极这时的电压称为断态不重复峰值电压（U DSM ），或称正 向转折电压（U BO）。导通后，元件中流过较大的电流，其值主要由限流电阻（使用时由负 载）决定。图中第一象限绿色段曲线。 （3）正向导通状态：晶闸管的阳极与阴极间加上正向电压，晶闸管控制极加上正向电 压的情况下，晶闸管导通，阳极电流的大小由负载决定，阳极和阴极间的管压降很小。图中 第一象限绿色段曲线。 （4）反向截止状态：在晶闸管阳极与阴极间加上反向电压时，开始晶闸管处于反向阻
断状态,只有很小的反向漏电流流过。图中第三象限黄色段曲线 (5)反向击穿:当反向电压增大到某一数值时,反向漏电流急剧增大,这时,所对应的 电压称为反向不重复峰值电压(UgsM),或称反向转折(击穿)电压(UB)。图中第三象 限绿色段曲线 可见,晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类似。 四、晶闸管的主要参数 为了正确选用晶闸管元件,必须要了解它的主要参数,一般在产品目录上给出了参数 的平均值或极限值,产品合格证上标有元件的实测数据。 1断态重复峰值电压UpM 在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下,可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压 其数值规定比实测正向转折电压小100V。在选择晶闸管时还要考虑留有足够的余量,一般 保证晶闸管实际承受的最大正向电压等于(2~3)UpM 2反向重复峰值电压UkgM 在控制极断路时,可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压,此电压数值规定比实测 反向击穿电压小100V。 额定通态平均电流(额定正向平均电流)1r 在环境温度不大于40°C的标准散热及全导通的条件下,晶闸管元件可以连续通过的 工频正弦半波电流(在一个周期内)的平均值,称为额定通态平均电流Ir,简称为额定电 流。即 T= Im sin ord(or)Io 通常,在晶闸管型号中标示了这个参数。我们所说的多少安的晶闸管,就是指这个Ir 需要指出的是,晶闸管的发热主要是由通过它的电流的有效值决定的,所以,在选择晶 闸管时,应考虑流过晶闸管的电流的有效值是否在允许范围内。 因为有效值= 1.57 式中K称为波形系数 可见,当晶闸管流过的电流为工频正弦半波时,晶闸管允许正向通过的电流有效值l 和它的额定通态平均电流Ir之间的数量关系为
断状态，只有很小的反向漏电流流过。图中第三象限黄色段曲线。 (5) 反向击穿：当反向电压增大到某一数值时，反向漏电流急剧增大，这时，所对应的 电压称为反向不重复峰值电压（U RSM ），或称反向转折（击穿）电压（U BR ）。图中第三象 限绿色段曲线。 可见，晶闸管的反向伏安特性与二极管反向特性类似。 四、晶闸管的主要参数 为了正确选用晶闸管元件，必须要了解它的主要参数，一般在产品目录上给出了参数 的平均值或极限值，产品合格证上标有元件的实测数据。 1.断态重复峰值电压U DRM 在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压， 其数值规定比实测正向转折电压小 100V。在选择晶闸管时还要考虑留有足够的余量，一般 保证晶闸管实际承受的最大正向电压等于（2~3）U DRM 。 2.反向重复峰值电压U RRM 在控制极断路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向峰值电压，此电压数值规定比实测 反向击穿电压小 100V。 3.额定通态平均电流（额定正向平均电流） TI 在环境温度不大于 40°C的标准散热及全导通的条件下，晶闸管元件可以连续通过的 工频正弦半波电流（在一个周期内）的平均值，称为额定通态平均电流 TI ，简称为额定电 流。即： ( ) = ∫ = π π ω ω π 0 m T m sin d 2 1 I I I t t 通常，在晶闸管型号中标示了这个参数。我们所说的多少安的晶闸管，就是指这个 TI 。 需要指出的是，晶闸管的发热主要是由通过它的电流的有效值决定的，所以，在选择晶 闸管时，应考虑流过晶闸管的电流的有效值是否在允许范围内。 因为有效值 ( ) 2 sin d 2 1 m 0 2 2 e m I I = ∫ I t t = π ω ω π 故 1.57 2 2 / m m T e = = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ = = π π I I K I I 式中 K 称为波形系数。 可见，当晶闸管流过的电流为工频正弦半波时，晶闸管允许正向通过的电流有效值 e I 和它的额定通态平均电流 TI 之间的数量关系为
这就是说,对于一个额定电流lr为100A的晶闸管,其允许通过电流的有效值为157A 综上所述,在具体选择晶闸管电流定额时,应根据实际流过晶闸管的电流的有效值来间 接得到晶闸管额定通态平均电流Ir的大小。并考虑安全裕量,一般按下式来选晶闸管,即 r=(1.5~2) 式中,——实际通过晶闸管的电流有效值。 显然,实际流过晶闸管的电流波形不同时,有效值与平均值的比值不同,即K值不同。 针对一些常见的波形,K值可查表获得。通常,负载电流以平均值表示。根据流过晶闸管的 平均电流和K值即可求得实际流过晶闸管的电流有效值,再确定晶闸管额定电流大小 4维持电流lH 在规定的环境温度和控制极断路时,维持元件继续导通的最小电流称维持电流l。 般为几mA~一百多mA,其数值与元件的温度成反比,在120°C时的维持电流约为25°时 的一半。当晶闸管的正向电流小于这个电流时,晶闸管将自动关断 8.2单相可控整流电路 可控整流电路是一种把交流电源电压变换成大小可调的直流电压的电路。 由晶闸管组成的可控整流电路,依所用交流电源的相数(单相、三相、多相等)、整流主 电路的结构形式(半波、桥式等)以及负载的类型(电阻负载、电感负载、反电势负载等), 构成多种形式的电路 一、单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路实际应用较少,但电路简单,调整容易,且对理解可控整流原理 比较方便,所以,还是从它开始进行分析。 1.带电阻性负载的可控整流电路 图86绘出了单相半波可控整流电路和整流电路在电阻性负载时的电压、电流波形图
e 57 T I = 1. I 这就是说，对于一个额定电流 TI 为 100A 的晶闸管，其允许通过电流的有效值为 157A。 综上所述，在具体选择晶闸管电流定额时，应根据实际流过晶闸管的电流的有效值来间 接得到晶闸管额定通态平均电流 TI 的大小。并考虑安全裕量，一般按下式来选晶闸管，即 1.57 ' (1.5 ~ 2) T I I = 式中， ' e I ——实际通过晶闸管的电流有效值。 显然，实际流过晶闸管的电流波形不同时，有效值与平均值的比值不同，即 K 值不同。 针对一些常见的波形，K 值可查表获得。通常，负载电流以平均值表示。根据流过晶闸管的 平均电流和 K 值即可求得实际流过晶闸管的电流有效值，再确定晶闸管额定电流大小。 4.维持电流 I H 在规定的环境温度和控制极断路时，维持元件继续导通的最小电流称维持电流 I H 。 一般为几 mA～一百多 mA，其数值与元件的温度成反比，在120°C时的维持电流约为 25°C时 的一半。当晶闸管的正向电流小于这个电流时，晶闸管将自动关断。 8.2 单相可控整流电路 可控整流电路是一种把交流电源电压变换成大小可调的直流电压的电路。 由晶闸管组成的可控整流电路，依所用交流电源的相数(单相、三相、多相等)、整流主 电路的结构形式（半波、桥式等）以及负载的类型（电阻负载、电感负载、反电势负载等）， 构成多种形式的电路。 一、单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路实际应用较少，但电路简单，调整容易，且对理解可控整流原理 比较方便，所以，还是从它开始进行分析。 1．带电阻性负载的可控整流电路 图 8.6 绘出了单相半波可控整流电路和整流电路在电阻性负载时的电压、电流波形图
图中,u2为输入电压,u为输出电 压:a称为控制角,是晶闸管元件承受正向 电压起始点到触发脉冲的作用点之间的电 角度:O称为导通角,是晶闸管在一周期时 间内导通的电角度 对单相半波可控整流电路而言,a的 移相范围是0~π,而对应的θ的变化范围 为x~0,由图86可见, 当不加触发脉冲信号时晶闸管不导 通,电源电压全部加于晶闸管上面,负载上 电压为零(忽略漏电流)。这时,晶闸管承受 的最大正向与反向电压为√2U2。 当or=a(0<a<)时,晶闸管上电压 为正,当控制极加上触发脉冲信号时,晶闸 管触发导通,电源电压将全部加于负载(忽 略晶闸管的管压降)。当ot=π时,电源电压 图86单相半波可控整流电路和电从正变为零,晶闸管内流过的电流小于维持 阻性负载时的电压、电流波形 电流而关断,之后,晶闸管就承受电源的反 向电压,直至下个周期触发脉冲再次加到控 制极上时,晶闸管重新导通,改变a的大小就可以改变负载上电压波形,也就改变了负载电 压的大小。 输出电压平均值的大小可由下式求得 √2U2 sin otd(or)=0451 负载电流平均值的大小由欧姆定律决定,其值为 U2 1+cos 2.带电感性负载的可控整流电路 负载的感抗ωL和电阻R的大小相比不可忽略时称为电感性负载,如电机的励磁线圈、 电抗器等。 整流电路接电感性负载时的工作情况与电阻性负载有很大不同,为了便于分析,把电感
图 8.6 单相半波可控整流电路和电 阻性负载时的电压、电流波形 图中， 2 u 为输入电压， ud 为输出电 压；α 称为控制角，是晶闸管元件承受正向 电压起始点到触发脉冲的作用点之间的电 角度；θ 称为导通角，是晶闸管在一周期时 间内导通的电角度。 对单相半波可控整流电路而言，α 的 移相范围是 0 ~ π ，而对应的θ 的变化范围 为π ~ 0 ，由图 8.6 可见，α +θ = π 。 当不加触发脉冲信号时晶闸管不导 通，电源电压全部加于晶闸管上面，负载上 电压为零(忽略漏电流)。这时，晶闸管承受 的最大正向与反向电压为 2U2 。 当ωt = α(0 < α < π ) 时，晶闸管上电压 为正，当控制极加上触发脉冲信号时，晶闸 管触发导通，电源电压将全部加于负载(忽 略晶闸管的管压降)。当ωt = π 时，电源电压 从正变为零，晶闸管内流过的电流小于维持 电流而关断，之后，晶闸管就承受电源的反 向电压，直至下个周期触发脉冲再次加到控 制极上时，晶闸管重新导通，改变α 的大小就可以改变负载上电压波形，也就改变了负载电 压的大小。 输出电压平均值的大小可由下式求得 ∫ + = = π α α ω ω π 2 1 cos 2 sin d( ) 0.45 2 1 d 2 U 2 U U t t 负载电流平均值的大小由欧姆定律决定，其值为 2 1 cos 0.45 2 d + α = = R U R U I d 2．带电感性负载的可控整流电路 负载的感抗ωL 和电阻 R 的大小相比不可忽略时称为电感性负载，如电机的励磁线圈、 电抗器等。 整流电路接电感性负载时的工作情况与电阻性负载有很大不同，为了便于分析，把电感
与电阻分开,如图87所示。 由于电感具有阻碍电流变化的作用 当电流上升时,电感两端的自感电势阻 碍电流的上升,所以,晶闸管触发导通时, 电流要从零逐渐上升。当电源电压下降以 减小 及过零变负时,电感中电流在变小的过程 中又由于自感效应,产生方向与上述相反 的自感电势癿L来阻碍电流减小,只要e1大 于电源的负电压,负载上电流将继续流通, 晶闸管继续导通,这时,电感中储存的能 量放出来,一部分消耗在电阻上,一部分 回送到电源去,因此,负载上电压瞬时值 出现负值 到某一时刻,当流过晶闸管的电流 小于维持电流时,晶闸管关断,并且立即 承受反向电压。所以,晶闸管在ot=a时 触发导通后在a+O时关断。 由此可见,在单相半波可控整流电路 中,当负载为电感性时,晶闸管的导通角θ 图87整流电路接电感 将大于-a,也就是说,在电源电压为负 性负载时的电压电流波形 时仍然可能继续导通。负载电感愈大,导 通角θ愈大,每个周期中负载上的负电压所占的比重就愈大,输出电压和输出电流的平均值 也就愈小 为了提高大电感负载时的单相半波可控整流电路整流输出平均电压,可以采取措施使电 源的负,电压不加于负载上,这可在负载两端并联一只二极管,如图8.8所示。 电路中所接二极管叫续流二极管 当晶闸管导通时,若电源电压为正,二极管Ⅴ不通,负载上电压波形与不加二极管Ⅴ 时相同,当电源电压变负时,V导通,负载两端电压仅为二极管管压降,接近于零,此时 由电感放出的能量消耗在电阻上
图 8.7 整流电路接电感 性负载时的电压电流波形 与电阻分开，如图 8.7 所示。 由于电感具有阻碍电流变化的作用， 当电流上升时，电感两端的自感电势 Le 阻 碍电流的上升，所以，晶闸管触发导通时， 电流要从零逐渐上升。当电源电压下降以 及过零变负时，电感中电流在变小的过程 中又由于自感效应，产生方向与上述相反 的自感电势 Le 来阻碍电流减小，只要 Le 大 于电源的负电压，负载上电流将继续流通， 晶闸管继续导通，这时，电感中储存的能 量放出来，一部分消耗在电阻上，一部分 回送到电源去，因此，负载上电压瞬时值 出现负值。 到某一时刻，当流过晶闸管的电流 小于维持电流时，晶闸管关断，并且立即 承受反向电压。所以，晶闸管在ωt = α 时 触发导通后在α +θ 时关断。 由此可见，在单相半波可控整流电路 中，当负载为电感性时，晶闸管的导通角θ 将大于π −α ，也就是说，在电源电压为负 时仍然可能继续导通。负载电感愈大，导 通角θ 愈大，每个周期中负载上的负电压所占的比重就愈大，输出电压和输出电流的平均值 也就愈小。 为了提高大电感负载时的单相半波可控整流电路整流输出平均电压，可以采取措施使电 源的负，电压不加于负载上，这可在负载两端并联一只二极管，如图 8.8 所示。 电路中所接二极管叫续流二极管。 当晶闸管导通时，若电源电压为正，二极管 V 不通，负载上电压波形与不加二极管 V 时相同，当电源电压变负时，V 导通，负载两端电压仅为二极管管压降，接近于零，此时， 由电感放出的能量消耗在电阻上
有了续流二极管,输出电压u4与a 的关系也与电阻性负载一样。但负载电流 的波形与电阻性负载时有很大不同,如图 88所示, 在晶闸管导通期间负载电流i由电 源提供,而当晶闸管关断时,则由电感通 续流二极管来提供。当ωL≥R时,电流 的脉动将是很小的,所以,这时电流波形 可以近似地看成是一条平行于横轴的直 线。假若负载电流的平均值为l,则流过 晶闸管与续流二极管的电流平均值分别 二、单相桥式可控整流电路 1.单相半控桥式整流电路 在单相桥式整流电路中,把其中两只 二极管换成晶闸管就组成了半控桥式整 流电路,如图89所示。 工作原理如下: 图88整流电路接电感性负 当1端电源为正的某一时刻,触发晶 载时加续流的电压电流波形 闸管VSl,电流途经如图中红线箭头所示。这时ⅤS2及Vl均承受反向电压而截止; 当2端电源为正的下半周期,触发晶闸管ⅴS2,电流途经如图中虚线箭头所示,这时 VS2及V2均承受反向电压而截止。 下面分三种不同负载情况来讨论。 1)电阻性负载 带电阻性负载时,整流输出的电流、电压波形及晶闸管上电压波形如图89所示,电流
图 8.8 整流电路接电感性负 载时加续流的电压电流波形 有了续流二极管，输出电压ud 与α 的关系也与电阻性负载一样。但负载电流 的波形与电阻性负载时有很大不同，如图 8.8 所示， 在晶闸管导通期间负载电流 di 由电 源提供，而当晶闸管关断时，则由电感通 过续流二极管来提供。当ωL ≥ R 时，电流 的脉动将是很小的，所以，这时电流波形 可以近似地看成是一条平行于横轴的直 线。假若负载电流的平均值为 d I ，则流过 晶闸管与续流二极管的电流平均值分别 为： VS d 2 I I π θ = V d 2 2 I I π π −θ = 二、 单相桥式可控整流电路 1．单相半控桥式整流电路 在单相桥式整流电路中，把其中两只 二极管换成晶闸管就组成了半控桥式整 流电路，如图 8.9 所示。 工作原理如下： 当 1 端电源为正的某一时刻，触发晶 闸管 VS1，电流途经如图中红线箭头所示。这时 VS2 及 V1 均承受反向电压而截止； 当 2 端电源为正的下半周期，触发晶闸管 VS2，电流途经如图中虚线箭头所示，这时 VS2 及 V2 均承受反向电压而截止。 下面分三种不同负载情况来讨论。 1）电阻性负载 带电阻性负载时，整流输出的电流、电压波形及晶闸管上电压波形如图 8.9 所示，电流
VS2 V2 图89单相半控桥式整流电路电阻性负载 波形与电压波形相似。晶闸管在or=a时触发导通,当电源电压过零变负时,电流降到 零,晶闸管关断。输出电压平均值Ud与控制角a的关系为 1+cosa 电流平均值l4为 R=0.9-21+cosa 在桥式整流电路中,元件承受的最大正反向电压是电源电压的最大值,即√2U2。 2)电感性负载 如图8.10所示半控桥式整流电路在电感性负载时也采用加接续流二极管的措施 若晶闸管的导通角为θ,则每周期续流二极管导通时间为2x-20。即: 流过每只晶闸管平均电流为。4; 流过续流二极管的平均电流为x=1。 图8.11所示为半控桥在电感性负载时不加续流二极管的电路。在电源电压过零时,电 感中的电流通过v1和V2形成续流,确保ⅤS1或ⅤS2可靠关断 本线路中流过ⅤS1、VS2的电流与图8.10所示的相同,但流过V1,V2的电流增大了, 其值为
波形与电压波形相似。晶闸管在ωt = α 时触发导通，当电源电压过零变负时，电流降到 零，晶闸管关断。输出电压平均值Ud 与控制角α 的关系为 2 1 cos 0.9 2 sin d( ) 1 2 d 2 α ω ω π π α + = = ∫ U U U t t 电流平均值 d I 为 2 1 cos 0.9 d 2 d + α = = R U R U I 在桥式整流电路中，元件承受的最大正反向电压是电源电压的最大值，即 2U2 。 2）电感性负载 如图 8.10 所示半控桥式整流电路在电感性负载时也采用加接续流二极管的措施。 若晶闸管的导通角为θ ，则每周期续流二极管导通时间为 2π − 2θ 。即： 流过每只晶闸管平均电流为 d 2 I π θ ； 流过续流二极管的平均电流为 d I π π −θ 。 图 8.11 所示为半控桥在电感性负载时不加续流二极管的电路。在电源电压过零时，电 感中的电流通过 V1 和 V2 形成续流，确保 VS1 或 VS2 可靠关断。 本线路中流过 VS1、VS2 的电流与图 8.10 所示的相同，但流过 V1，V2 的电流增大了， 其值为 V d 2 2 I I π π −θ = 图 8.9 单相半控桥式整流电路电阻性负载