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第7章 晶闸管及其应用,7.1 晶闸管 7.2 可控整流电路 7.3 晶闸管的触发电路 7.4 晶闸管的保护 习题,7.1 晶 闸 管,7.1.1 晶闸管的结构 晶闸管又称为可控硅（SCR）,普通型晶闸管的外壳结构主要有两种形式，一种是螺栓式，另一种是平板式，它们的外形如图7.1所示。,图7.1 晶闸管的外形(a)螺栓式；(b)平板式,晶闸管有3个电极：阳极A、阴极K和门极(控制极)G。在图7.1（a）中，下端的螺栓是阳极A，使用时把螺栓固定在散热器上，上端有两根引出线，粗的一根是阴极K，细的一根是控制极G。在图7.1（b）平板式晶闸管中，与晶闸管中间金属环连接的引线是控制极；离控制极较近的端面是阴极，较远的端面是阳极。晶闸管的内部有一个由硅半导体材料做成的管心。管心是一个圆形薄片，它是四层（P1、N1、P2、N2）、三端（A、K、G）器件。它有三个PN结，可以把中间的N1和P2分为两部分，可看成是一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管，如图7.2所示。,图7.2 晶闸管的结构示意图和图形符号,7.1.2 晶闸管的工作原理1 反向阻断实验如图7.3（a）所示，晶闸管有两个回路：EA(-)RLVT（A极-K极）EA(+)EG(+)RG开关SVT（G极-K极）EG(-),图7.3 晶闸管的简单实验（a）反向阻断；（b）方向阻断；（c）触发导通；（d）切除触发信号仍导通,前一回路称为晶闸管的主电路，后一回路称为晶闸管的控制电路。由主电路可知，此时晶闸管的阳极电位低于阴极，加在晶闸管上的电压为反向电压。在此状态下，不论控制电路是否接通，电灯HL均不亮，晶闸管不导通。此时称晶闸管处于反向阻断状态。从晶闸管的结构图可见，当晶闸管承受反向电压时，对J2结来说虽为正向偏置，但对J1和J3结则为反向偏置，它们的电阻很大，晶闸管只有极小的反向漏电流通过，所以晶闸管处于阻断状态。,2.正向阻断实验如图7.3(b)所示，此时晶闸管虽承受正向偏压，但控制极未接通，电灯也不亮，说明晶闸管未导通，晶闸管处于正向阻断状态。在正向电压作用下，虽然J1和J3结为正向偏置，但J2结为反向偏置，故晶闸管仍不能导通。,3 触发导通实验如图7.3（c）所示，把开关S合上，在控制极与阴极之间加上适当大小的正向触发电压UG。此时，电灯亮，晶闸管由阻断状态变为导通状态。晶闸管导通后，即使断开控制极电路开关S，电灯仍保持原亮度，这说明晶闸管一经触发导通，控制极便失去了控制作用。一旦触发导通以后，即使切除触发信号，晶闸管仍然导通(见图7.3（d）)。,由以上实验可知，要使晶闸管导通必须同时具备下列两个条件：(1)阳极A和阴极K之间施加正向电压。(2)控制极G与阴极K之间施加正向触发电压。为了说明晶闸管的工作原理，我们把四层结构的晶闸管看成由PNP和NPN型两个晶体管连接而成，每一个晶体管的基极与另一个晶体管的集电极相连，如图7.4所示。阳极A相当于PNP型晶体管V1的发射极，阴极K相当于NPN型晶体管V2的发射极。,图7.4 把晶闸管看成由PNP和NPN型两个晶体管的组合,图7.5 晶闸管的工作原理,如果晶闸管阳极加正向电压EA，控制极加正向电压EG(见图7.5)，那么晶体管V2处于正向偏置，电压EG产生的控制极电流就是V2的基极电流，由于V2的放大作用，iC2=2iB2。而iC2又是晶体管V1的基极电流，V1的集电极电流iC1=1iC2=12iB2。此电流又流入V2基极，再一次放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导通。这就是晶闸管的导通过程，导通后的管压降很小，即UAK1 V,电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中就流过负载电流,即IAEA/RL。,在晶闸管导通之后，它的导通状态完全依靠管子自身的反馈作用来维持，即使控制极电流iG消失，晶闸管仍然处于导通状态。所以，控制极的作用仅仅是触发一下晶闸管使其导通，导通之后控制极就失去控制作用了。所以触发电压常常是一个具有一定幅度而存在时间很短的脉冲电压。要想关断晶闸管，必须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈过程，当然也可以将阳极电源切断或者在晶闸管的阳极和阴极加上一个反向电压。,7.1.3 晶闸管的主要参数和型号1）正向阻断峰值电压UFRM在控制极断开和晶闸管正向阻断的情况下，允许重复加到晶闸管阳极与阴极之间的正向峰值电压。,2）反向阻断峰值电压URRM在控制极断开的情况下，允许重复加到晶闸管阳极与阴极之间的反向峰值电压。如果晶闸管的UFRM和URRM不相等，则取较小的那个电压值，作为该元件的额定电压。在实际应用中，由于晶闸管的过载能力较差，所以在选择晶闸管的额定值时，需要留有一定的余量。通常选额定电压和额定电流是实际工作电压和工作电流的2倍左右。例如工作在交流有效值为220 V（峰值为311 V）的电路中，应选用额定电压为600 V的晶闸管。,3）额定正向平均电流IF在环境温度不超过40和规定的散热条件下，晶闸管的阳极与阴极之间允许连续通过的工频（50 Hz）正弦半波电流的平均值。需要指出，晶闸管的额定正向平均电流并不是一成不变的，它与环境温度、散热条件、元件的导通角等因素有关。例如100 A的元件，如不加风冷，则只能用到其容量的30左右。此外，若晶闸管中流过的平均电流相同，则导通角越小，电流的波形越尖，峰值越大，元件发热越重。这时晶闸管所允许通过的电流平均值必须适当降低。,4）维持电流IH在规定的环境温度和控制极断开的情况下，维持晶闸管继续导通所需要的最小阳极电流，称为维持电流IH。当晶闸管的阳极电流小于此值时，晶闸管将自行关断。IH一般为几十至二三百毫安。目前我国生产的普通型晶闸管的型号组成如下：,导通时正向平均电压的组别，（小于100A不标），共分九级，用AI表示，A级为0.4V,I级为1.2V,7.2 可控整流电路,7.2.1 单相半波可控整流电路1.电阻性负载单相半波可控整流电路1）工作原理(1)u2为正半波时，uaub，晶闸管承受正向阳极电压。此时若在门极加上正向触发电压，则晶闸管导通，电流io流向：aVTRLb。忽略管压降uT，则uo=u2，io=u2/RL。当u2的正半波电压逐渐减少时，io也逐渐减少，当u2 0时，io0，晶闸管关断。,(2）u2为负半波时，uaub,晶闸管承受反向电压，处于反向阻断状况，uo0，u2的下一个周期情况与前述相同，重复出现。电路中各电压、电流波形图如图7.6(b)所示。,图7.6 电阻性负载单相半波可控整流电路图及波形图(a)电路图；(b)波形图,2）控制角与导通角从晶闸管承受正向电压起到晶闸管触发导通时的空间电角度称为控制角，一个周期内导通的范围称为导通角，显然，-。改变晶闸管的触发时刻就可以改变控制角，亦即可以改变晶闸管的导通范围，从而改变uo。的变化范围称为移相范围，值的改变称为移相。,3）负载直流平均电压Uo与平均电流Io设,则负载上的直流平均电压Uo为,式中，Uo为uo波形的平均值；U2为电源有效电压；为控制角。Uo和及u2有关，若电源电压给定后，Uo只与有关。当0时，Uo=0.45U2,为最大输出直流平均电压；当=时，Uo0。所以的移相范围为0，而Uo在00.45U2范围连续可调。,（7-1）,负载电流的平均值为,（7-2）,式中，Io为负载电流的平均值；U2为电源电压有效值；RL为负载电阻。,4）晶闸管的电压和电流(1）晶闸管所承受的最大正反向电压URM。,（7-3）,(2）流过晶闸管的电流平均值IT。,（7-4）,2.电感性负载单相半波可控整流电路实际电路中有许多负载是电感性负载，它们既含有电阻又含有电感。电感性负载单相半波可控整流电路如图7.7所示。,图7.7 电感性负载单相半波可控整流电路图及波形图（a）电路图;(b)波形图,1）工作原理当u2为正半波时，晶闸管VT承受正向电压u2，控制极未加触发脉冲时，晶闸管不导通，uo0。在t1时刻，晶闸管被触发导通，u2加在负载上，uou2。io只能逐渐增加，因为电感L的自感电动势阻碍io增加。当uo达到最大值后又开始减少时，io增大速度变慢，直至最大，再开始减少。当io减少时，电感L的自感电动势阻碍io减少。自感电动势的方向对晶闸管来说是正方向，所以，在t2t3期间，虽然u2已变为负，但只要自感电动势大于u2，晶闸管就承受正向电压而继续导通，io继续减少，但只要io不小于IH,晶闸管就不关断，uou2。直至ioIH,晶闸管才关断，开始承受反向电压，uo0。波形图如图7.7(b)所示。,2）续流二极管的作用由于电感L的存在，使负载电压出现负值，平均电压Uo减少。所以必须采取一定措施，避免uo出现负值。为解决此问题，可以在负载两端并联一个二极管，称为续流二极管，其电路图及波形图如图7.8所示。,图7.8 续流二极管的感性负载电路图及波形图（a）电路图;(b)波形图,7.2.2 单相半控桥式整流电路1.单相半控桥式整流电路的组成单相半波可控整流电路虽然有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出电流小的缺点。所以，经常用的是单相桥式可控整流电路。单相桥式可控整流电路分为半控桥式整流电路和全控桥式整流电路。如图7.9所示为两种常用的单相半控桥式整流电路。在图7.9（a）中，采用两个晶闸管和两个二极管组成桥式电路；在图7.9（b）中，采用四个二极管和一个晶闸管组成开关管式电路。如果在图7.9（a）中的四个晶体管都采用晶闸管，则称为单相全控桥式整流电路。但由于这种电路晶闸管较多，触发电路较复杂，成本较高，故不常采用。,图7.9 单相半控桥式整流电路（a）半控式；(b)开关管式,在图7.9（a）中，变压器副边电压u2在正半周时，VT1和VD2承受正向电压。当t时，如对晶闸管VT1引入触发信号，则VT1和VD2导通，电流的通路为,aVT1RLVD2b,这时，VT2和VD1承受反向电压而截止。同样在电压u2的负半周时，VT2和VD1承受正向电压。这时，如对晶闸管VT2引入触发信号，则VT2和VD1导通，电流的通路为,bVT2RLVD1a,这时，VT1和VD2处于截止状态。,当整流电路为电阻性负载时，单相半控桥式整流电压uo的波形如图7.10所示。显然，与单相半波可控整流相比，其输出电压的平均值应增大一倍，即,（7-5）,输出电流的平均值,(7-6),图7.10 单相桥式可控整流的电压波形图,由上述可知，当0，即180时，负载上的电压最大，即Uo=0.9U2。改变触发脉冲uG的加入时刻，即改变控制角大小，使晶闸管在不同的时刻导通，便可调节负载电压的平均值Uo，从而实现可控整流。,例7-1有一纯阻性负载，要求单相半控桥式整流电路对负载提供可调的直流电压平均值Uo为0100 V，电流Io为010 A，求变压器副绕组的电压有效值U2,并选择晶闸管。解设输出的直流电压平均值为100 V时，晶闸管全导通,即180，0。由公式可求出可控整流电路的输入交流电压有效值：,实际上，晶闸管的最大导通角只有160170左右，因此，要得到100 V的直流输出电压，就必须在计算结果的基础上加大10左右，所以,U2=111(1+0.1)=122(V),晶闸管承受的最大反向电压,晶闸管中流过的平均电流,二极管中流过的平均电流,按两倍的余量选择晶闸管，则可选用KP型晶闸管，它的额定正向平均电流为10 A，额定电压为400 V即可。,例7-2设负载电阻对可控整流电路的要求与上例相同，为了减轻整流装备的重量，缩小体积，不采用整流变压器，直接由电网的交流220 V（有效值）电压作为整流电路的输入电压，求晶闸管最大导通角，并选择晶闸管。解当输出直流电压平均值为100 V时，导通角为，控制角为，根据公式得,解得,最大导通角,晶闸管所承受的最大反向电压,2.单相半控桥式整流电路的应用可控硅整流充电机如图7.11所示是一台8 kW可控硅移相调压充电机。由于它采用移相调压，故体积小、重量轻，结构合理，使用方便可靠，比较适合汽车修理厂使用。现将电气原理介绍如下：该充电机包括主整流电路、触发电路和控制电路三个部分。,图7.11 单相半控桥式充电机电器原理图,1）主整流电路主整流电路是用两个硅二极管、两个可控硅元件组成的单相桥式整流电路，并由220 V单相交流电直接供电，不设置整流变压器，以提高输出直流电压。,2）触发电路触发电路是典型的单结晶体管移相触发电路。三极管V1的基极电压是通过控制电路来改变的。从同步变压器8 V一侧绕组来的交流电经整流、滤波、稳压后，加在电阻器RP上，调节RP，改变三极管的基极与发射极之间的电压，达到移相调压的目的。,3)控制电路在触发电路中，还设置了电容器C2，它的作用是，当三极管V1的基极发射极之间电压升高时，V1导通，触发电路的直流电通过R3，V1向电容器C1充电。如果充电速度加快,电容器C1两端的电压上升速度就加快，输出脉冲就提前，晶体管将提前导通而使充电电压提高。设置了电容器C2之后，可以使相位角后移6左右，保证在充电电压低时也能很好地触发。使用时，应首先将电位器RP调到阻值最小处，接上蓄电池，再接交流电源，指示灯亮。调节RP使输出的直流电压达到需要的数值。充电完毕后，先将电位器RP的阻值回调至最小，再切断交流电源，最后卸下蓄电池。,在使用可控硅移相调压充电机时应注意以下几点：（1）在充电电压低于蓄电池电动势一定值时，还会出现充电电流，这是因为可控硅充电机输出的是短脉冲电压，而电压表测量的是平均电压。（2）在实际充电时可控硅充电机的功率选择应尽可能接近实际需要的功率，以便可控硅能在较大的导通角下工作。（3）充电机输出导线应选用截面积较大的导线，避免发热损坏。一般按输出电流的有效值来选择线径，并有一定的余量。,7.3 晶闸管的触发电路,7.3.1 单结晶体管单结晶体管又称为双基极二极管，它有一个发射极和两个基极。图7.12是单结晶体管的外形、结构示意图和图形符号。把一块高电阻率的（轻掺杂的）N型硅片，焊接在缝宽为0.25 mm的镀金陶瓷片上。镀金陶瓷片的两个部分，即为单结晶体管的两个基极，分别称为第一基极B1和第二基极B2。在两个基极之间靠近B2处的N型硅片上掺入P型杂质，并引出一个铝质电极，这个电极就是发射极E。于是在发射极与硅片的交界处形成一个PN结。单结晶体管的发射极与任一基极之间都存在着单向导电性。当发射极不与电路接通时，基极B2和B1之间约有312 k的电阻，单结晶体管可用图7.13的等效电路来表示。,图7.12 单结晶体管（a）外形；(b)结构示意图；（c）图形符号（箭头指向第一基极）,图7.13 单结晶体管的等效电路,单结晶体管工作时，需要在两个基极上加电压UBB，且B2接正极，B1接负极。在发射极不加电压时，rB1两端分得的电压为,（7-7）,式中,称为单结晶体管的分压比，用表示。因此,分压比是单结晶体管的一个重要参数，其值与单结晶体管结构有关，一般在0.50.8之间。对某一单结晶体管而言，是一常数。,（7-8）,在发射极E与第一基极B1之间，加上可调的控制电压UE，并使E极接可调电源的正极，B1接负极。当UEUB1时，PN结被反向偏置，等效电路中的二极管截止，此时E、B1极之间呈现高电阻。当控制电压上升到UE=UB1UV（UV为PN结的正向电压降，在室温时UV约为0.67 V）时，PN结正向导通。这时就有大量的空穴由发射极的P区注入到与第一基极相连接的N区，使这一区域的导电性增强。因而E、B1极之间的电阻突然大幅度地减小，rB1中出现一个较大的脉冲电流。使E、B1极之间由截止突然变为导通所需的控制电压，称为单结晶体管的峰点电压，用UP表示。显然，UP=UBB+UV。,单结晶体管导通后，E、B1极之间的电阻急剧下降，虽然这时IE较大，但IB1与rB1的乘积仍不大，A点的电位较低，即使控制电压调节到低于峰点电压UP以下，单结晶体管仍继续导通。直到控制电压降低到某一值，使PN结再次反偏时，单结晶体管才截止。使单结晶体管的E、B1极之间由导通突然变为截止，发射极所加的较低电压称为单结晶体管的谷点电压，用UV表示。,综上所述，单结晶体管具有下列几个重要特点：（1）单结晶体管相当于一个开关。当加在它控制极（即发射极）上的电压达到峰点电压时，单结晶体管由截止突然变为异通。导通后，当加在控制极上的电压下降到谷点电压时，单结晶体管突然由导通变为截止。,（2）不同的单结晶体管有不同的UP和UV值。同一个单结晶体管，若所加的UBB不同，它的UP和UV也有所不同。例如型号为BT33B的单结晶体管，若UBB=20 V,则UP12.8 V，UV3 V。若UBB=10 V，则UP6.7 V，UV2.6 V。,（3）单结晶体管的发射极与第一基极的电阻rB1是一个随发射极电流而改变的电阻。在单结晶体管未导通时，发射极电流很小，rB1是一个高电阻。导通后，随着发射极电流的增大，就有大量的空穴注入到第一基极的N区，致使rB1急剧下降。而rB2则是一个与发射极电流无关的电阻。所以，在单结晶体管的等效电路中,rB1用可变电阻表示。,7.3.2 单结晶体管触发电路在电源接通之前，晶体管触发电路中电容器C上的电压uC为零。接通电源后，它就经RP、r向电容器充电，电容器两端电压按指数曲线上升，当uC升高到等于单结晶体管峰点电压UP时，由于电容器两端电压就是加在单结晶体管的发射极E和第一基极B1之间的,因而使单结晶体管导通，电阻rB1就急剧减小（约20），电容器向R1放电。,图7.14 单结晶体管的弛张振荡电路,由于R1取得较小，放电很快，因而放电电流在R1上形成一个脉冲电压，如图7.15所示。由于电阻RP+R取得较大，当电容器的电压下降到单结晶体管谷点电压时，电源经过电阻RP和R所供给的电压小于单结晶体管的谷点电压，于是单结晶体管截止。电源再次经RP和R向电容器C充电，重复上述过程。于是在R1上就形成一个接一个的触发脉冲。,图7.15 驰张振荡电路产生的脉冲电压（a）周期为T时；(b)周期为T时,在触发电路中，RP+R的值不能太小，否则在单结晶体管导通之后，电源经过RP和R所供给的电流较大，使单结晶体管的电流不能降到谷点电流之下，电容器的电压始终大于谷点电压，造成单结晶体管不能截止的直通现象。选用谷点电流大一些的管子，可以减少这种现象。当然，RP+R的值也不能太大，否则充电太慢，在整流的半个周期内电容器充不到峰点电压，管子就不能导通。,为了可靠地触发晶闸管，通常要求触发脉冲的功率为0.52 W，电压幅值为410 V，宽度在10 s以上。单结晶体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要取决于电容器放电的时间常数=RC。如选用C=0.11 F，R150100，就可得到数十微秒的脉冲宽度。脉冲电压的幅度决定于直流电源电压和单结晶体管的分压比。如电源电压为20 V，单结晶体管的分压比为0.5，则在单结晶体管导通时，电容器上的电压为10 V，除去管压降外，在R1上可获得幅度为78 V的输出脉冲电压，符合晶闸管的触发要求。,触发电路中的R2是作温度补偿用的。因为在峰点电压UP=UBB+UV的式中，分压比不随温度变化，而UV则随温度的上升而下降，所以峰点电压也随温度的上升而下降。这就引起触发电路的工作不稳定。当接入R2后，UBB是由稳压电源的电压U经R2、RBB、R1分压而得的，而阻值RBB随温度上升而增大正温度系数，因此在温度上升后，RBB增大，电流IB=U/(R2+RBB+R1)就减小，在R2和R1上压降也减小,UBB就增大一些，于是补偿了UV因温度上升而下降的值，从而使峰点电压UP保持不变。,7.3.3 触发电路与主电路的连接图7.16所示为全波桥式可控整流电路，触发脉冲是由单结晶体管振荡电路产生的。电路元件的作用简述如下。,图7.16 触发电路与主电路的连接,1）变压器负载RL所在的电路称为主电路，产生触发脉冲的是触发电路。由于两种电路所要求的电压往往不同，故采用变压器Tr。Tr的另一个重要作用是使u1、u2同相，从而使触发电路的过零时刻与主电路的过零时刻保持一致，即所谓“同步”。图7.17为主电路和触发电路的电压波形。由图可以看出，晶闸管VT1和VT2分别在每个周期中第一个尖脉冲电压到来时导通，它们的控制角不变，即1=2。,图7.17 触发电路和主电路的电压波形,2）稳压管稳压管VDZ的作用是削波稳压,即把电压uo的顶部削掉，使uo稳定在U2,并使波形变成梯形波，如图7.17所示。这样，当电网电压波动时，单结晶体管输出脉冲的幅度以及每半周中产生的第一个脉冲（后面的脉冲与触发无关）的时间不受影响。同时，削波以后可以增大移相范围和降低单结晶体管所承受的峰值电压。,3）电位器电位器RP的电阻值与电容C的充电时间有关。例如，当RP的数值增大时，电容电压uC上升慢，半个周期中第一个尖脉冲来得迟，控制角加大，导通角减小，电压uL的平均值就小，因此RP是调压电位器。,4）温度补偿电阻电阻R2的作用是补偿温度变化对单结晶体管峰值电压UP的影响。当温度升高时，结电压UD略有减小，但单结晶体管的电阻RBB随温度升高而略有增大。串联电阻R2以后，若RBB增大，按照分压原理，UBB随之增大，因此UBB的增大补偿了UD的减小，使UP基本稳定。R2一般取200600。,7.4 晶闸管的保护,晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流，温度就会急剧上升而导致PN结烧坏。晶闸管发生过电流的原因主要有：负载两端短接或过载；某个晶闸管被击穿短路，造成其他元件的过电流；触发电路工作的不正常或受干扰，使晶闸管误触发而引起过电流等等。表7-1 为KP系列晶闸管在风冷条件下所容许的过电流倍数和过载时间的关系。,表7-1 晶闸管的过载特性,1.快速熔断器普通熔断器由于熔断时间长，用来保护晶闸管很可能在晶闸管已烧坏但熔断器还没有融断时，这样就起不了保护作用。因此，晶闸管的保护必须采用专门的快速熔断器。快速熔断器的内部装有银质熔丝或熔断片。由于银质熔丝的导热性好，热容量小，它与普通的熔丝相比，在相同的过电流倍数下，它的熔断时间要短得多。以RS3型快速熔断器为例，当熔丝通过5倍的额定电流时，其熔断时间小于0.02 s。所以，只要选择正确，当电路中出现过电流时，银质熔丝就可能在晶闸管损坏之前已被熔断，起到保护作用。,图7.18 快速熔断器的接入方式,快速熔断器的接入方式有三种（见图7.18）：（1）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。（2）与元件串联。这种接法可以对元件本身的故障进行保护。（3）接在交流输入端。这种接法可以同时对输出端短路和元件短路实行保护，但是熔断器熔断后，不能立即判断是什么故障。以上三种接法中，前两种接法一般需要同时采用；对有些电路，甚至三种接法需同时采用。,必须指出，熔丝的额定电流是按有效值计算的，而晶闸管的额定电流是按平均值计算的。由于工频半波正弦电流（180）的有效值是其平均值的1.57倍，所以额定正向平均电流为10 A的晶闸管，可以通过15 A的直流电流。因此，IF10 A的晶闸管应选配15 A的快速熔丝来保护。快速熔断器的型号有RLS、RS3等几种。,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）经电流互感器接入较灵敏的过电流继电器，都可在发生过电流故障时起保护作用。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时间较长，故对元件不能实现有效保护。,7.4.2 晶闸管的过电压保护,1.晶闸管过电压的保护措施1）阻容保护阻容吸收元件可以并联在整流装置的交流侧（输入端）、直流侧（输出端）或元件侧，如图7.19所示。阻容保护是利用电容器吸收过电压，即实质就是将造成电压的能量变成电场能量储存到电容器中，然后释放到电阻中消耗掉。这是过电压保护的基本方法。,图7.19 阻容吸收元件与硒堆保护,2)硒堆保护硒堆XR（硒整流片）是一种非线性电阻元件，具有较陡的反向特性。当硒堆上电压超过某一数值后，它的电阻迅速减小，而且可以通过较大的电流，把过电压能量消耗在非线性电阻上而硒堆并不损坏。硒堆可以单独使用，也可以和阻容元件并联使用，如图7.19所示。,2.晶闸管过电压保护的实例图7.20所示是波许公司可控硅过电压保护电路。它用于24 V系统的过电压保护，可控硅保护电路接在交流发电机D和D-端子上。当发电机端子上的电压峰值达到某一数值时，稳压管VDW被反向击穿而导通，V亦导通，可控硅SCR导通，这时，发电机激磁绕组被迅速短路，激磁电流下降为零，发电机电压迅速下降，充电指示灯亮，给驾驶员一个保护电路工作信号。为了使可控硅SCR关断，需使可控硅的电流减小到零，即通过停止发动机工作或切断点火开关保护电路的动作电压，稳压管VDW的击穿电压的大小由分压器电阻R1、R2、R3的分压比来决定，晶体管集电极电路上接一个电容C，电容器C产生一个正向脉冲，供可控硅触发用。,2)硒堆保护硒堆XR（硒整流片）是一种非线性电阻元件，具有较陡的反向特性。当硒堆上电压超过某一数值后，它的电阻迅速减小，而且可以通过较大的电流，把过电压能量消耗在非线性电阻上而硒堆并不损坏。硒堆可以单独使用，也可以和阻容元件并联使用，如图7.19所示。,2.晶闸管过电压保护的实例图7.20所示是波许公司可控硅过电压保护电路。它用于24 V系统的过电压保护，可控硅保护电路接在交流发电机D和D-端子上。当发电机端子上的电压峰值达到某一数值时，稳压管VDW被反向击穿而导通，V亦导通，可控硅SCR导通，这时，发电机激磁绕组被迅速短路，激磁电流下降为零，发电机电压迅速下降，充电指示灯亮，给驾驶员一个保护电路工作信号。为了使可控硅SCR关断，需使可控硅的电流减小到零，即通过停止发动机工作或切断点火开关保护电路的动作电压，稳压管VDW的击穿电压的大小由分压器电阻R1、R2、R3的分压比来决定，晶体管集电极电路上接一个电容C，电容器C产生一个正向脉冲，供可控硅触发用。,图7.20 波许公司可控硅过电压保护,习 题,7-1 单相半波可控整流电路，负载电阻RL=3，负载电压平均值Uo=60 V，直接由交流电网（有效值220 V）供电，试计算导通角，负载电流平均值Io。7-2 有一电阻性负载RL=6，要求负载的平均电压能在06 V范围内调节，如果用单相半波桥式整流电路，由变压器供电，试绘出电路图并分别计算平均电压为30 V和60 V时的导通角，晶闸管中通过的平均电流，变压器副绕组的电压有效值，以及选择晶闸管。,7-3 某电感性负载，它的电感较大，它的电阻R=18，现要求负载两端的电压平均值能在090 V的范围内调节，若采用有续流二极管的单向半波可控整流电路，试绘出电路图并计算交流电源的电压有效值、导通角和负载中的电流平均值I。此外，本题可否直接由交流电网（有效值220 V）供电？7-4 如图7.23所示为简单的晶闸管控制的调光电路，试分析其工作原理。,图7.21 题7-4的图,7-5 如图7.22所示，如果晶闸管的导通角分别为120与90，试绘出负载截止的电压波形，并说明这种电路的交流调压原理。,图7.22 题7-4的图,