电工电子技术及应用教案——晶闸管与单相可控整流电路(中职教育).do.docxVIP

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电工电子技术及应用教案——晶闸管与单相可控整流电路(中职教育).do

第一章晶闸管的基本原理与特性

第一章晶闸管的基本原理与特性

(1)晶闸管，也称为晶体闸流管，是一种重要的电力电子器件，广泛应用于电力系统的各种控制与调节场合。其基本原理是通过控制门极信号，实现半导体器件的开关功能。晶闸管具有开关速度快、效率高、体积小、寿命长等优点，是现代电力电子技术中不可或缺的组成部分。

(2)晶闸管的基本结构包括四个PN结，形成了一个封闭的等腰三角形，其中三个电极分别为阳极、阴极和门极。当阳极与阴极之间施加正向电压，门极与阴极之间施加适当的触发信号时，晶闸管导通；当阳极与阴极之间施加反向电压，或门极失去触发信号时，晶闸管截止。这种独特的开关特性使得晶闸管在电力电子电路中具有广泛的应用。

(3)晶闸管的特性主要体现在其导通和截止状态下的电学特性上。在导通状态下，晶闸管的正向压降很小，电流可以迅速增加至额定电流；在截止状态下，晶闸管的正向压降较大，电流极小，基本可以忽略不计。此外，晶闸管的开关特性还受到门极电压、温度等因素的影响，因此在设计和应用晶闸管时需要充分考虑这些因素。

第二章晶闸管的结构与工作原理

第二章晶闸管的结构与工作原理

(1)晶闸管的结构由四层硅半导体材料组成，形成三个PN结，构成一个封闭的等腰三角形。这种结构使得晶闸管具有独特的单向导电特性。晶闸管的三个电极分别为阳极A、阴极K和门极G。在正常工作条件下，晶闸管只有在阳极与阴极之间施加正向电压，且门极与阴极之间施加适当的触发信号时，才能导通。例如，在整流电路中，晶闸管的导通电压通常在0.7V至1.2V之间。

(2)晶闸管的工作原理基于其内部PN结的特性。当阳极与阴极之间施加正向电压时，阳极N区内的电子和阴极P区内的空穴在电场作用下向PN结移动，形成载流子。在门极与阴极之间施加触发信号时，门极P区内的空穴注入到N区，形成导电沟道，使晶闸管导通。晶闸管的导通电流可达数千安培，而正向压降通常在1V左右。例如，在工业控制系统中，晶闸管常用于调节交流电机的转速。

(3)晶闸管的开关速度取决于其内部载流子的复合和扩散过程。在导通状态下，晶闸管内部载流子复合速度较快，开关速度较高。当晶闸管需要截止时，通过施加反向电压或移除门极触发信号，使内部载流子复合，晶闸管逐渐截止。晶闸管的开关时间通常在几十微秒至几百微秒之间。例如，在变频调速系统中，晶闸管的快速开关特性对于实现精确的电机转速控制至关重要。

第三章单相可控整流电路的组成与工作原理

第三章单相可控整流电路的组成与工作原理

(1)单相可控整流电路主要由晶闸管、负载、电源以及控制电路组成。晶闸管作为核心元件，负责将交流电源转换为直流电源。在单相可控整流电路中，通常使用两只晶闸管反并联连接，以保证电路的对称性和稳定性。以60Hz的交流电源为例，当晶闸管的导通角θ变化时，整流输出电压Ud将随之变化。根据公式Ud=2U2(1+cosθ)/π，可以计算出在不同导通角下的输出电压。例如，当θ=0°时，输出电压最低；当θ=90°时，输出电压达到最大值。

(2)单相可控整流电路的工作原理基于晶闸管的开关特性。当晶闸管门极加上适当的触发信号时，晶闸管导通，交流电源的电压通过晶闸管施加到负载上。此时，负载两端电压波形与交流电源电压波形相似，但为单向波形。当晶闸管失去触发信号或门极电压低于一定阈值时，晶闸管截止，负载两端电压迅速降至零。在实际应用中，通过调节触发信号的相位，可以实现对整流输出电压的调节。例如，在照明电路中，通过调节晶闸管的导通角，可以实现调光效果。

(3)单相可控整流电路在实际应用中具有广泛的应用场景。例如，在电机调速系统中，通过控制晶闸管的导通角，可以调节电机的转速和功率。以一台4kW的三相异步电动机为例，当晶闸管的导通角为30°时，电机转速约为1000r/min；当导通角为60°时，电机转速约为1500r/min。此外，单相可控整流电路在充电器、逆变器等设备中也有着重要的应用。例如，在太阳能充电器中，单相可控整流电路可以将交流电转换为直流电，为电池充电。在逆变器中，单相可控整流电路可以实现对直流电的电压调节，以满足不同负载的需求。

第四章单相可控整流电路的应用实例

第四章单相可控整流电路的应用实例

(1)在工业电机控制领域，单相可控整流电路被广泛应用于电机调速系统中。例如，在电梯的驱动系统中，通过调节晶闸管的导通角，可以实现电梯的平滑启动、加速和减速。这种控制方式不仅可以提高电梯的运行效率，还能显著降低能耗。在实际应用中，电梯的电机功率可能达到数十千瓦，而单相可控整流电路的可靠性对于确保电梯安全运行至关重要。

(2)在家用电器中，单相可控整流电路也扮演着重要角色。例如，在空调和冰箱的压缩机控制系统中，通过