晶闸管在大功率变频技术中的应用

2018-04-21吴飞鸟

祖国 2018年5期

吴飞鸟

摘要：晶闸管由于本身应用优势显著而被广泛应用于大功率变频技术中，其关联范畴也呈现拓展之势。本文就围绕晶闸管的构造及运行机制开展了理论探究，而后针对大功率变频技术做出了细化分析。

关键词：晶闸管大功率变频技术应用结构工作原理

晶闸管是晶体闸流管的缩写，以前称为可控硅，英文简称是SCR。最先研制出晶闸管的国家是美国，从最早的1957年延伸发展至今，其发展态势以系列产品形式为主导。可关断晶闸管及光控晶闸管等都属于其涵盖范畴。从本质上来看，这就是半导体器件，应用阶段优势作用显著，晶闸管可以控制几百到几千安培的电流，电流达数十到数百毫安，可以控制弱电流的功率。

一、晶閘管的结构与工作原理

（一）晶闸管的结构

晶闸管的外形及符号如图1-1所示。其中图1（a）为塑封性，塑封性主要多用于额定电流10A以下；其中图1（b）和图1（c）为螺栓性，螺栓性一般应用为10A以上至200A以下；图1（d）为平板形，用于200A以上。

它本身分布着三个电极，通过对其结构进行研究不难发现，阳极具有引出属性，其分布于悬端的另一侧，这部分结构与散热器相关关联；在另一侧则为阴极K，其中细线部分具有控制能效，也属于极端范畴的G。晶闸管的内部结构。该结构中的半导体具有层级特点，处于中间位置的第二层能够将控制级引出。由于晶闸管是二极管，因此其导电特性也显示出了一定的单向特点，电流不能循环流动，只能由阳极向阴极流动，而做出反向调节时，才可能出现小程度的阴极回流，相对的反向晶闸管则呈现出相同的阻挡状态。

（二）晶闸管的工作原理

晶闸管在实际运行阶段，各个关联部分都能实现有效衔接，无论是阳极还是阴极等，都能为晶闸管主电路的形成提供基础保障，而门板G等控制装置的有机结合，则组成了晶闸管的控制电路。一旦两级同时增加正向电压时，控制极电流就会随之产生，而后在放大作用下，集电极电流就会随之产生，相对的这也同时是基基电流，（IC2=β2×IG），在这一流程中， IB1=βC2同样经T1放大，产生集电极电流IC1=β1×β2×IG，也就是说相应基极电流都处于放大阶段，当此类流程以循环式特点出现时，正向的反馈过程就会随之产生，而晶闸管的导通作用也可以在较短时间内得以实现，这也是常说的触发导通机制。

在此背景下，其不可控制特点逐渐凸显，因此可以发现，EG仅具有导通特点，只要在其作用机制产生能效后，无论其本身存在或者不存在，晶闸管的属性并不会发生改变。在导通过程中，其正向电压将始终处于相应标准范畴中，需要引起特别关注的是，一旦外界负载电阻及电源电压等值量发生改变时，就需要确保VT1和VT2管处于非饱和状态下，也就是VT1和VT2管的集电极―发射极压降增高，能够作用于阳极电流，其本身值量也会处于缩减状态，这就能促使反馈现象出现。当以上两个部分停止运行后，晶闸管就会受其影响呈现停滞状态。因此，如果维持电流降到最小范畴后，电源就会受到阻隔影响逐步切断，阳极电流也会随之下降并归零，而晶闸管也会自动发挥阻断作用。

二、晶闸管在大功率变频技术中的应用

晶闸管在大功率变频技术中的应用主要是为了实现功率转换和控制。根据其功能，有以下几种类型：

（一）可控整流器

晶闸管可以直接受导电控制的单向影响，相对的交流电压则具有可调控能效，其应用范畴较为广泛，无论是电解还是开关电源等，都属于其涵盖范畴。从另一方向入手进行研究不难发现，其优势还体现在速度调节装置中，从本质上来看这就是以直流推动为基准的速度调节装置。在晶闸管渗透性应用后，静态可控整流器被一系列的优点所取代，静态和动态指标更好。

（二）逆变与变频

以晶闸管优势性能为依托，直流电流与交流电流之间的转换就可以看成是逆变器，这一频率交流流程也就是变频。它常被用作焊接等领域范畴中作为中频加热电源。从当前形势来看，综合应用性能及经济属性，高压直流输电的应用能效普遍较强，其作用发挥主要依托于电流频率转换，而后再通过直流逆变器就可以满足人们的实际需求。除此之外，另一种应用是对交流电机进行速度调节，如电网级联频率转换装置的多样化方式及海上钻井平台的频率调整等。这也是现阶段技术发展的核心重点，相对的外汇调速设备的发展速率也不断增强。

（三）直流斩波器

将晶闸管与直流开关有机结合，就能实现对其开关及频率的有效控制，相对的直流电压也能受到固定形式的转变而发生变化，调节或固定作用都可以实现。这种直流斩波器主要用于电力机车、电车牵引、直流调速、串阻调速、方便控制、节能等方面。