晶闸管及其应用

桥式整流电路

这时T2和D1都因承受反向电压而截止。同样，在电压u的负半周时，T2和D1承受正向电压。这时，如对晶闸管T2引入触发信号，则T2和D1导通，电流的通路为：

b→T2→RL→D1→a

图5.1.21 电阻性负载时单相半控桥式整流电路的电压与电流的波形

这时T1和D2处于截止状态。电压与电流的波形如图5.1.21所示。显然，与单相半波整流[图5.1.6(c)相比，桥式整流电路的输出电压的平均值要大一倍，即

(5.3)

输出电流的平均值为

(5.4)

例5.1有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电压U0=0~180V，电流I0=0~6A。现采用单相半控桥式整流电路图5.1.20，试求交流电压的有效值，并选择整流元件。

解 设晶闸管导通角θ为180o(控制角α=0)时，U0=180V，I0=6A。

交流电压有效值

实际上还要考虑电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了180o(一般只有160 o~170 o左右)等因素，交流电压要比上述计算而得到的值适当加大10%左右，即大约为220V。因此，在本例中可以不用整流变压器，直接接到220V的交流电源上。

晶闸管所承受的最高正向电压UFM、最高反向电压URM和二极管所承受的最高反向电压都等于

流过晶闸管和二极管的平均电流是

为了保证晶闸管在出现瞬时过电压时不致损坏，通常根据下式选取晶闸管的UFRM和URRM：

UFRM≥(2-3)UFM=(2-3)×310V=(620-930)V

URRM≥(2-3)URM=(2-3)×310V=(620-930)V

根据上面计算，晶闸管可先用KP5-7型，二极管可先用2CZ5/300型。因为二极管的反向工作峰值电压一般是取反向击穿电压的一半，已有较大余量，所以选300V已足够。

晶闸管的保护

晶闸管虽然具有很多优点，但是，它们承受过电压和过电流的能力很差，这是晶闸管的主要弱点，因此，在各种晶闸管装置中必须采取适当的保护措施。

一、晶闸管的过电流保护

由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升而可能把PN结烧坏，造成元件内部短路或开路。

晶闸管发生过电流的原因主要有：负载端过载或短路;某个晶闸管被击穿短路，造成其他元件的过电流;触发电路工作不正常或受干扰，使晶闸管误触发，引起过电流。晶闸管承受过电流能力很差，例如一个100A的晶闸管，它的过电流涌力如表5.1所列。这就是说，当100A的晶闸管过电流为400A 时，仅允许持续0.02s，否则将因过热而损坏。由此可知，晶闸管允许在短时间内承受一定的过电流，所以，过电流保护的作用就在于当发生过电流时，在通的时间内将过电流切断，以防止元件损坏。

晶闸管过电流保护措施有下列几种：

(1)快速熔断器

普通熔断丝由于熔断时间长，用来保护晶闸管很可能在晶闸管烧坏之后熔断器还没有熔断，这样就起不了保护作用。因此必须采用用于保护晶闸管的快速熔断器。快速熔断器用的是银质熔丝，在同样的过电流倍数之下，它可以在晶闸管损坏之前熔断，这是晶闸管过电流保护的主要措施。

表6.3.1晶闸管的过载时间和过载倍数的关系

过载时间0.02s5s5 min

过载倍数421.25

图5.1.22 快速熔断器的接入方式

快速熔断器的接入方式有三种，如图5.1.22所示。其一是快速熔断器接在输出(负载)端，这种接法对输出回路的过载或短路起保护作用，但对元件本身故障引起的过电流不起保护作用。其二是快速熔断器与元件串联，可以对元件本身的故障进行保护。以上两种接法一般需要同时采用。第三种接法是快速熔断器接在输入端，这样可以同时对输出端短路和元件短路实现保护，但是熔断器熔断之后，不能立即判断是什么故障。

熔断器的电流定额应该尽量接近实际工作电流的有效值，而不是按所保护的元件的电流定额(平均值)选取。

(2)过电流继电器

在输出端(直流侧)装直流过电流继电器，或在输入端(交流侧)经电流互感器接入灵敏的过电流继电器，都可在发生过电流故障时动作，使输入端的开关跳闸。这种保护措施对过载是有效的，但是在发生短路故障时，由于过电流继电器的动作及自动开关的跳闸都需要一定时间，如果短路电流比较大，这种保护方法不很有效。

(3)过流截止保护

利用过电流的信号将晶闸管的触发脉冲移后，使晶闸管的导通角减小或者停止触发。

二、晶闸管的过电压保护

晶闸管耐过电压的能力极差，当电路中电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。如果正向电压超过其转折电压，则晶闸管误导通，这种误导通次数频繁时，导通后通过的电流较大，也可能使元件损坏或使晶闸管的特性下降。因此必须采取措施消除晶闸管上可能出现的过电压。引起过电压的主要原因，是因为电路中一般都接有电感元件。在切断或接通电路时，从一个元件导通转换到另一个元件导通时，以及熔断器熔断时，电路中的电压往