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晶闸管在关断状态，如阳极电位高于是阴极电位，且门极、阴极之间有足够的正向电压，则从关断转为导通。

晶闸管在导通状态，如阳极电位高于阴极电位，且阳极电流大于维持电流，即使除去门极、阴极之间电压，仍然维持导通；

如阳极电位低于阴极电位或阳极电流小于维持电流，则从导通转为关断。

二、晶闸管的特性和技术参数

1．晶闸管的伏安特性

晶闸管的伏安特性是其阳极电流IA与阳、阴极电压UAK的关系曲线。

晶闸管的伏安特性见图9-3。

在门极断开，即门极电流IG=0时，在其阳极和阴极之间加正向电压UAK，随着UAK增加，阳极电流IA沿曲线的0A段变化。

这时的阳极电流增加很慢，只有数毫安，称为正向漏电流。

这时晶闸管的阳极和阴极之间处于正向关断状态。

当阳极电压升高到UB0时，晶闸管由关断转为导通，阳极电流急剧增大，伏安特性由0A跳变到BC段。

晶闸管导通后，UAK降低为1V左右。

UAK称为正向转折电压。

这种不加控制电压，即IG=0，只是在很高的阳极电压作用下，使晶闸管导通的状态不是晶闸管的正常工作状态。

晶闸管正常工作时，应保持阳、阴极之间外加电压UAK<

UBO，并在门极、阴极之间加正向触发电压。

这时，触发电流IG0，正向转折电压降低。

IG越大，转折电压越低。

图中，触发电流IG2>

IG1>

0，相应的转折电压UBO2<

UBO1<

UBO。

当IG足够大时，只要很小的正向电压就能导通。

图9-3晶闸管的伏安特性曲线

当阳极、阴极加反向电压时，晶闸管处于反向关断状态，其特性与硅二极管的反向特性相似。

当反向电压超过击穿电压URM时，晶闸管被击穿，电流急剧增大，晶闸管被损坏。

2．晶闸管的技术参数

（1）正向关断峰值电压UDRM门极开路时，允许加在晶闸管阳极与阴极之间的正向峰值电压。

一般规定为比正向转折电压低100V。

（2）反向关断峰值电压URRM门极开路时，允许加在晶闸管阳极与阴极之间的反向峰值电压。

规定为比反向击穿电压低100V或反向击穿电压的80%。

通常把UDRM和URRM中较低的一个作为晶闸管元件的额定电压。

（3）额定正向平均电流IF是在规定的结温、环境温度和冷却条件下，晶闸管一个周期内允许通过的工频正弦半波电流的平均值。

。

（4）维持电流IH门极开路时，能维持晶闸管继续导通的最小阳极电流。

（5）触发电压UG和触发电流IG在阳极与阴极之间加有一定正向电压的条件下，能使晶闸管导通的最小门极控制电压和控制电流。

前者约为15V、后者为数毫安至数百毫安。

第二节晶闸管可控整流电路

一、单相半波可控整流电路

1．电阻性负载单相半波可控整流

电路见图9-4（a）。

电源电压u2、触发电压uG、负载电压uL、晶闸管电压uV的波形见图9-4（b）。

图中，称为移相角或控制角、称为导通角。

+=。

输出电压平均值

如果忽略管压降，移相范围，即可调范围为0180。

图9-4电阻性负载半波可控整流

2．电感性负载单相半波可控整流

电路见下图9-5（a）。

电源电压u2、触发电压uG、负载电压uL、晶闸管电压uV、负载电流iL的波形见下图9-5（b）。

由于电感上电流不能突变，当U2=0时iL0，晶闸管保持导通，负载上产生反向电压。

当=90时输出电压平均值为零。

因此，其移相范围仅为090。

在电感较大，控制角也较大的情况下，晶闸管将不能关断，从而失去控制作用。

图9-5电感性负载半波可控整流

为了克服上述电感性电路存在的问题，在负载上并联一续流二极管。

其电路和波形见图9-6（a）和（b）。

晶闸管导通时，iD=0。

U2=0时，晶闸管关断，iT=0，负载电流经续流二极管成回路，且iL=iD。

因此，iL=iT+iD。

图9-6带续流二极管的半波可控整流

二、单相桥式半控整流电路

1．电阻性负载单相桥式半控整流

电路见图9-7（a）。

电源电压u2、触发电压uG、负载电压uL、负载电流iL的波形见图9-7（b）。

正半周触发后晶闸管VT1、二极管VD2导通；

负半周触发后晶闸管VT2、二极管VD1导通。

图9-7电阻性负载桥式半控整流

2．电感性负载单相桥式半控整流

其电路和波形见图9-8（a）和（b）。

请读者自己分析。

图9-8电感性负载桥式半控整流

三、三相可控整流电路

三相整流电路输出电压脉动小、不影响电网的三相平衡，用于大功率整流电路。

1．三相半波可控整流电路

三相半波可控整流电路也称为三相零式可控整流电路，有共阴极接法、共阳极接法两种接线方式。

一般采用共阴极接法。

共阴极接法的电路和波形见图9-9。

为了减少三次谐波的影响，电源变压器一次采用三角形接法。

三相半波可控整流有三组触发脉冲，依次相差120。

每一瞬间只有一只晶闸管导通。

每只晶闸管最大导通角为120。

每只晶闸管的平均电流为负载电流的1/3。

某晶闸管导通后，其他两只晶闸管处在反向关断状态。

关断的晶闸管承受的最大反向电压为线电压峰值。

三相半波可控整流电路的理想移相范围为0150。

共阳极接法输出反向电压。

其电路和波形与共阴极电路相似。

图9-9共阴极接三相半波可控整流

（a）电路（b）波形

带有电感性负载三相半波可控整流电路的分析方法与单相可控整流电路的分析方法相似。

2．三相桥式可控整流电路

晶闸管三相半控桥式整流的电路和波形见图9-10。

图中，u1、u2、u3为相电压，u12等带双角标的为线电压。

图9-10三相半控桥式整流

第三节晶闸管逆变电路和变频电路

逆变是将直流变为交流。

变频是将一种频率的交流变为另一种频率的交流。

逆变分为有源逆变和无源逆变。

前者是将直流电逆变为与电网同频率的交流电送入电网；

后者是将直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供负载使用。

一、并联谐振式逆变电路

并联谐振式逆变电路见图9-11（a）。

图中，大电感LD使电源提供的直流保持连续，起恒流源作用，并限制高频电流进入逆变电路；

晶闸管VT1VT4作开关使用；

四个相等的桥臂小电感L1L4用来限制电流上升的速率

；

R是负载电阻；

L是负载电感；

C与负载并联的谐振电容，起换流作用，并可提高功率因数。

当VT1、VT4导通，VT2、VT3关断时负载电流从左向右，当VT2、VT3导通，VT1、VT4关断时负载电流从右向左。

图9-11并联谐振式逆变

由于晶闸管在直流电路中不能自行关断，必须设法适时关断晶闸管，实现换流。

上面电路中，当VT1、VT4触发导通时，电流从左向右流过负载，同时给电容充电为左正右负。

当VT2、VT3再触发导通时，VT1VT4全部导通，电路进入换流阶段。

这时，由于有LD的恒流作用，电源不会被短路。

VT2、VT3再触发导通后，负载电压未发生突然变化，经VT2反向加在VT1上，经VT3反向加在VT4上，VT1和VT4迅速关断。

如此，负载上完成一次换流，并给电容反向充电。

对于电感性负载，其上电流滞后于电压，当反向电压加到VT1、VT4上时，VT1和VT4尚未关断。

为此，负载并联电容C，总负载成为电容性负载，其上电压滞后于电流，当电流为零时VT1、VT4可靠关断。

其波形如图9-11（b）所示。

由于直流电源类似恒流源，换流完成后流过晶闸管的电流保持为恒定值，图线为一条水平线；

在换流阶段，所有晶闸管都导通，原导通的晶闸管电流从恒定值下降为零，新导通的晶闸管电流从零上升为恒定值；

输出电流io为交流平顶波，可以分解成一系列正弦波，io1是基波；

因为是电容性负荷，输出电压uo滞后于输出电流io。

为了提高效率，使触发脉冲的频率接近负载电路的谐振频率。

负载电路对基波呈现高阻抗，对高次谐波呈现低阻抗，输出的电压基本上是正弦电压。

上面这种将直流电源串联大电感进行滤波，构成恒流源，使输出的交流电流接近矩形波、电压接近正弦波的逆变电路称为电流型逆变器。

电流型逆变器抑制过电流的能力强，适用于要求经常起动、制动、反转的拖动装置。

如果将直流电源并联大电容进行滤波，则构成恒压源，输出的交流电压接近矩形波、电流接近正弦波。

这种逆变电路称为电压型逆变器。

电压型逆变器抑制浪涌电压的能力强，适用于不要求经常起动、制动、反转的拖动装置。

二、串联谐振式逆变电路

串联谐振式逆变电路见图9-12。

图中，LD和CD是电源滤波器；

晶闸管VT1、VT2、VT3、VT4分别与二极管VD1、VD2、VD3、VD4反向并联，构成四个桥臂；

二极管的作用是为振荡电流提供反向通路；

负载与电容C串联。

由于负载电阻R很小，逆变电路处在谐振状态。

当VT1、VT4导通时，电容C开始充电，其上电压达到最大值后，电感上的电流继续给C充电，至电流为零时，VT1、VT4关断，完成输出的正半周。

电容C经VD1、VD4放电，VT1、VT4可靠关断。

当VT2、VT3导通时，完成输出的负半周。

图9-12串联谐振式逆变电路

串联谐振式逆变电路的负载处在谐振状态，对基波呈现低阻抗，负载电流接近正弦波。

由于大电容CD的存在，输出电压接近矩形波。

三、有源逆变电路

有源逆变电路与整流电路的接线相同。

图9-13（a）所示电路，如A是普通负载，就是全控桥式整流电路；

如果A是能够提供直流电动势电源，就是全控桥式有源逆变电路。

图9-13有源逆变

作为整流电路，输入的交流经可控整流后输出脉动直流。

由于大电感L的存在，输出电压出现负值，至控制角=90时输出的平均电压UD=0。

对于普通负载，当>

90时，UD<

0，输出电压的波形见图9-13（b）。

这时，UD的实际方向与图标示的方向相反。

如果A能提供电动势E，则当

时，A将经全控桥向电网送电。

电路工作在逆变状态；

当

时，由于晶闸管不能反向导通，电路中无电流，全控桥处在待逆变状态。

图中，称为逆变角。

发生逆变的条件是电路中有大电感存在、<

90以及

考虑到晶闸管换流的时间，逆变角不能太小，一般不小于30。

四、变频电路

变频器分为交-交变频器和交-直-交变频器。

交-交变频器是直接将电网的交流电转换为电压和频率都可调的交流电输出。

其输出频率低、功率因数低、主回路元件多、控制复杂应用较少。

交-直-交变频器是先将交流电转换成幅值可调的直流电，再经逆变器转换成频率可调的交流电。

图9-14是三相串联电感式电压型逆变器的主电路，是比较典型的变频电路。

该电路由三个单相半桥电压型逆变电路组成。

图中，VT1VT6为主晶闸管；

L1L6（L1=L4、L3=L6、L5=L2，且每组均为全耦合电感）和C1C6为换流元件；

二极管VD1VTD6作为负载电感性电流的续流通路，并与R1、R2、R3组成电感性电流的衰减回路；

ZA、ZB、ZC是电机定子绕组阻抗。

晶闸管的触发脉冲必须是宽脉冲。

图9-14三相串联电感式电压型逆变器主电路

晶闸管导通的顺序是VT1-VT2-VT3VT4-VT5-VT6-VT1……，依次间隔60。

每只晶闸管导通180。

每一瞬间都有3只晶闸管导通。

其波形见图9-15。

由图可知，在060区间，VT1、VT5、VT6导通，uAB=UD、uBC=UD、uCA=0，在60120区间，VT1、VT2、VT6导通，uAB=UD、uBC=0、uCA=UD……，依次下去，可画出三相线电压的波形。

按照阻抗的串并联关系，还可画出三相相电压的波形。

显然，各相基波依次相差120。

如改变触发频率，即可改变输出交流电的频率；

如改变触发的顺序，即可改变输出交流电的相序。

图9-15三相串联电感式电压型逆变器波形

下面以A相为例，结合图9-16分四个阶段说明变频电路的换流过程。

（1）初始阶段逆变器工作在=120180区间，VT1、VT2、VT6导通，iA流向负载，C4充电至UD。

（2）C4放电阶段=180时，VT4触发导通，C4开始经L4、VT4放电；

开始放电的瞬间，L4和L1上都产生上正下负、大小等于UD的电动势；

VT1的阴极对电源负极电压上升为2UD，承受反向电压而迅速关断；

C4继续放电，C1开始充电；

仍然有iA流向负载。

（3）电感释放能量阶段C4放电完毕，C1充电至UD，为VT1导通做好准备；

同时，L4上电流达到最大值，开始沿VT4、VD4、R1释放能量；

至L4放电为零时，VT4关断；

VD4导通后，负载电压反向，但由于负载是电感性的，iA继续流向负载；

此时，负载向电源回馈能量。

（4）iA反向阶段负载能量释放完毕后，iA=0，VD4截止，负载提供振荡电压，VT4再次触发导通（宽触发脉冲）；

iA完成反向。

图9-16三相串联电感式电压型逆变器工作过程

第四节斩波电路和交流调压电路

一、晶闸管斩波电路

斩波电路是晶闸管直流调压电路。

斩波器接在直流电源与负载之间，用以调整负载上的直流平均电压，也称为直流-直流变换器。

1．斩波器控制方式

斩波器有三种控制方式。

（1）定频调宽法如图9-17（a）所示，保持触发频率不变，改变晶闸管导通时间，以改变输出直流平均值。

（2）定宽调宽法如图9-17（b）所示，保持晶闸管导通时间不变，改变触发频率，以改变输出直流平均值。

图9-17晶闸管斩波电路的波形

（3）调频调宽法同时改变触发频率和晶闸管导通时间，以改变输出直流平均值。

2．逆阻型斩波器

最简单的逆阻型斩波器的构成和工作过程见图9-18。

图中，VT1是主晶闸管，R1是负载电阻，VT2是辅助晶闸管，VT2、R1和电容C组成VT1的关断电路。

其工作过程是：

图9-18逆阻型斩波器的和工作过程

①VT1触发导通后，电流流过负载电阻R1；

电容C经R2充电至电源电压UD。

见图5-18（a）。

②经过预定的时间，VT2触发导通，VT1和VT2同时导通，电路进入短暂的换流阶段。

见图5-18（b）。

VT2导通后，C经VT2放电，使VT1承受反向电压而关断。

③VT1关断后，电容C经R1充电至电源电压UD。

见图5-18（c）。

④经过预定的时间，再次触发VT1，电路再次进入短暂的换流阶段。

随后是C经VT1放电，使VT2承受反向电压而关断，完成一个周期的变化。

固定VT1的触发频率，改变VT2的出发脉冲与VT1的出发脉冲之间的间隔就是定频调宽方式；

反之，就是定宽调频方式。

图9-19所示为电车用调宽逆阻型斩波器基本电路。

图中，M是直流电动机、L3是电动机的串砾绕组、VD3是电动机回路的续流二极管。

①接通电源后，电容C充电至UD；

②触发VT1后电动机运转，电容上电压保持；

③经过预定时间，VT2触发导通，C、LI构成的电路发生振荡，C上电压反向时VT2关断；

④VT2关断后，C经VD1、L2和负载放电；

⑤放电电流逐渐增大，但负载电流由于L3很大而基本上保持不变，流过VT1的电流逐渐减小，直至关断；

⑥VT1和VT2关断后，重新给C充电。

图中，VD2的作用是为才放电提供一条VT2关断后的通路；

C经L2等放电时，在L2上产生左正右负的电动势经VD2和VD1给VT1、VT2加上反向电压，使其可靠关断。

图9-19电车用调宽逆阻型斩波器基本电路

二、晶闸管交流调压电路

晶闸管交流调压电路是接在交流直流电源与负载之间，将晶闸管作为可控的开关，用以调整负载上的交流电压有效值的电路。

1．控制方式

（1）相位控制这种控制方式类似晶闸管整流电路中改变触发脉冲的控制角。

在电源每一周期的正半周和负半周，控制触发的相位，实现交流调压。

相位控制方式的优点是电路简单、调整准确，缺点是高次谐波严重，用于精度要求较高的场合。

（2）通断控制这种控制方式在设定的区间内，晶闸管连续导通几个周波，再连续关断几个周波，来实现交流调压。

通断控制一般采用过零触发，使输出电压完整的正弦波。

通断控制的优点是克服了谐波干扰，缺点是输出电压不连续，用于时间常数较大的负载，如电热负载。

通断控制不适用于照明调光和电动机条速。

2．调压电路

（1）双向晶闸管相当于一只P触发型晶闸管与一只N触发型晶闸管的反向并联。

其符号见图9-20。

A1称为主电极、A2称为主端子、G称为公共门极。

当A1为正、A2为负时，不论触发脉冲是正脉冲还是负脉冲，晶闸管导通电流从A1到A2；

当A1为负、A2为正时，不论触发脉冲是正脉冲还是负脉冲，晶闸管导通电流从A2到A1。

图9-20双向晶闸管

（2）晶闸管调压电路典型的相位控制的单相晶闸管调压电路和输出波形见图9-21。

图中，VT是双向晶闸管，VD是双向触发二极管，R1、R2、R4、C1、C2是充电电路，R3、C3是晶闸管保护电路，RL是负载电阻。

R1、R4、C1的作用是增强触发的可靠性。

图9-21相位控制的单相晶闸管调压电路及输出波形

三相晶闸管调压电路可能有图9-22所示的三种接法。

图9-22（a）是有中性线的星形接法，其线路上三次谐波电流大。

图9-22（b）是将晶闸管置于负载内的三角形接法，晶闸管的额定电流可以减小；

三次谐波电流只在三角形内，不出现在线路上。

图9-22（b）接法可用于大电流负载。

图9-22（c）接法与负载接法无关；

也不在线路上产生三次谐波电流。

图9-22三相晶闸管调压电路

第五节晶闸管触发电路

一、对触发电路的要求

晶闸管触发电路由同步电源；

脉冲形成、整形、放大环节；

移相控制等环节组成。

晶闸管电路的触发信号可以是脉冲信号，也可以是交流信号、直流信号。

为了提高触发的可靠性和减小减少触发功率，一般采用脉冲触发信号。

对脉冲触发信号的要求是：

①脉冲信号有一定的功率。

其触发电压和触发电流必须大于晶闸管门极要求的触发电

压和触发电流。

除法电压一般不低于410V。

②脉冲信号有一定的宽度。

如脉冲太窄，在脉冲终止时，晶闸管主回路的电流尚未上升到最小维持电流，将导致晶闸管重新关断，即触发失败。

对于普通晶闸管，脉冲宽度不应低于6s。

电阻性负载的脉冲宽度为2050s、电感性负载的脉冲宽度约为1ms。

对于三相全控桥式整流电路，要求脉冲信号是间隔60的双窄脉冲或宽度大于60小于120的宽脉冲。

③脉冲信号前沿有一定的陡度。

前沿宽度不应超过10s。

④触发脉冲信号的频率与主电路的频率一致，即触发信号与电源保持同步。

这样，就能在每一周波相同的相位上触发晶闸管，保持输出的稳定。

在逆变电路中，触发信号与电源不同步可能造成短路事故。

⑤触发脉冲型号有一定的移相范围，以满足负载的需要。

⑥具有一定的抗干扰能力。

为了避免误触发，未触发时触发电路的正向电压不得超过0.150.2V。

必要时加上12V的负偏压。

二、触发脉冲的输出方式

触发脉冲有直接输出和脉冲变压器输出两种输出方式。

1．直接输出

即将触发脉冲直接加到晶闸管门极上的输出方式。

直接触发一只晶闸管和同时触发两只晶闸管的示意图见图5-23（a）和（b）。

直接触发的优点是电路简单、效率高、对脉冲前沿陡度的影响小、成本低；

直接触发的主要缺点是主电路与触发电路有电气连接，不能用于主电路与触发电路有隔离要求的场合。

2．脉冲变压器输出

即将触发脉冲经脉冲变压器加到晶闸管门极上的输出方式。

其示意图见图9-23的（c）

和（f）。

这种触发方式的脉冲经脉冲变压器要消耗一定的功率，而且脉冲前沿的陡斗有一定的损失。

图9-23（d）、（e）中串联在晶闸管门极上的二极管的作用是防止负脉冲击穿晶闸管门极PN结。

图9-23（e）、（f）中并联的二极管是用来抑制负脉冲的。

图9-23触发脉冲的输出

三、单结晶体管触发电路

1．单结晶体管

图9-24（a）所示，单结晶体管只有一个PN结。

由于有两个基极，又称为双基极二极管。

其三个电极是发射极、第一基极和第二基极。

图9-24（b）是其等效电路，RB1、RB2是接触电阻。

图9-24（c）是其符号。

图9-24单结晶体管

如图9-24（d）所示，在B2、B1间加正向电压的条件下，UE≤UA时，IE趋近于零，且为负值；

UA<

UE<

UP时，IE趋近于零，为正值；

UE=UP时，IE剧增，呈负阻状态；

至谷点，如维持UE>

UV，IE近似与UE成正比。

UP称为峰点电压，UV称为谷点电压。

2．单结晶体管触发电路的应用

图9-25单结晶体管振荡电路及输出波形

图9-25是单结晶体管振荡电路及输出波形。

如图所示，电源电压经RE给电容C充电，当电容上的电压达到UP时，单结晶体管发射极与第一基极之间导通，电容C通过电阻R1放电，输出一个尖脉冲。

放电至UV后，再次给电容充电，继续下去，电路输出一系列的尖脉冲，即形成振荡输出。

改变电阻RE，即改变电容充电的时间常数，可改变控制角。

图9-26简单的单结晶体管触发的应用电路

简单的单结晶体管触发单相桥式半控可控整流电路见图9-26。

该电路由同步电源、整流和削波环节、脉冲形成和移相环节、桥式半控整流环节等组成。

为了提高控制能力，可以在脉冲形成环节前面加设放大环节。

图9-26中标示的u2、uC、uG、uL的波形见图9-27。

由图可知，每半个周期产生若干个触发脉冲。

由于晶闸管具有自维持的功能，每半个周期只有第一个触发脉冲起触发作用。

该电路的移相范围不超过180。

图9-27图5-26电路的波形

单结晶体管触发电路的优点是脉冲前沿陡、输出电流大、温度稳定性好，触发可靠性高，且所用器件少、电路简单，调节方便。

单结晶体管触发电路缺点是触发脉冲窄，对电感性负载的触发难度较大；

其控制信号与移相角之间不是线性关系，对调节系统的要求较高。

四、晶体管触发电路

对于触发功率较大、线性要求较高的晶闸管装置，可采用晶体管触发电路。

晶体管触发电路主要由锯齿波发生器、移相控制等环节组成。

图9-28是简单的锯齿波晶体管触发电路。

图9-28锯齿波晶体管触发电