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        可控硅整流柜如何實現整流調壓的?
        - 2020-05-22-

        整流器是把交流電轉換成直流電的裝置,整流器的主要應用是把交流電源轉為直流電源, 由于很多電氣設備都需要使用直流,但電力公司的供電是交流,因此除非使用電池,否則電氣設備的電源供應器內部都少不了整流器。

        可控硅整流柜作為常用的整流設備,廣泛應用在離子膜燒堿電解、有色金屬電解、電解水制氫、電解稀土、電解氟化氫制氯氣、電解海水制次氯酸鈉、電解鹽水制次氯酸鈉、電鍍、陽極氧化、電泳、電拋光、充電、直流電弧爐加熱、晶體加熱、核電實驗等領域,廣泛應用在國民經濟的各行各業中。

        那么可控硅整流柜是如何實現交流變直流,即整流及實現輸出電壓調節的呢?

        一、二極管整流電路            

        整流(rectification circuit)是利用二極管的單向導電性,把交流電轉換成脈動直流電的過程。常見的整流電路有半波、全波、橋式和倍壓整流等幾種形式。

        我們先以二極管為例講述整流原理:

        橋式整流電路(bridge rectifier):由四個二極管接成電橋形式,故稱橋式整流。

        在變壓器副邊電壓的正半周,D1、D3導通,D2、D4截止,電流i1方向如紅色箭頭所示。在電壓的負半周時,電流i2方向如藍色箭頭所示。

        在交流電壓u2的一個周期內,二極管D1、D3D2、D4輪流導通和截止,在負載RL上就得到了一個單方向的全波脈動電壓和電流。這一過程即實現了交流變直流,即整流。

        一、何為可控硅?

        可控硅也叫晶體閘流管,簡稱晶閘管(thyristor),是一種可控的單向導電開關,能用作強電控制的大功率半導體器件,由于它能在弱電信號的作用下,可靠地控制強電系統的各種電路,所以使半導體電子技術的應用由弱電領域擴展到強電領域??煽毓枘芡ù箅娏?,有耐高壓、反應快、控制特性好、體積小、重量輕、使用維修方便等優點,所以被廣泛用于電力、電子和控制等各個科研領域,也日益廣泛用于醫用X線機的控制系統中。但它也存在過載能力低、抗干擾能力差等缺點,需要在實際應用中采取措施加以克服。

        可控硅在二極管的基礎上,增加了門極,在整流電路中,需要對門極提供門極觸發信號,從而控制可控硅導通的時間,達到整流及調節直流輸出的目的。

        二、可控硅的結構和工作原理

        1. 可控硅的結構

        可控硅由兩層P型和兩層N型半導體交替構成。它的三個電極分別為陽極A、陰極K和控制極G。這個PNPN器件中間,形成了三個PNJ1、J2、J3,相當于三個二極管正反向相間串聯而成。如果只在陽極A和陰極K之間加上電壓,不管所加電壓的極性如何,這三個二極管中至少有一個是處于反向偏置,因而不會導通,器件均處于截止狀態。

        2. 可控硅的工作原理

        為了說明可控硅的工作原理,我們把它看成是由PNP和NPN型兩個晶體三極管連接而成,每一個晶體管的基極與另一個晶體管的集電極相連,如圖所示。陽極A相當于PNP型晶體管T1的發射極,陰極K相當于 NPN型晶體管T2的發射極。

        導通后,其壓降很小,電源電壓幾乎全部加在負載上,可控硅中就流過負載電流。

        在可控硅導通之后,它的導通狀態完全依靠管子本身的正反饋作用來維持,即使控制極電流消失,可控硅仍然處于導通狀態。所以,控制極的作用僅僅是觸發可控硅使其導通,導通之后,控制極就失去控制作用了。要想關斷可控硅,必須將陽極電流減小到使之不能維持正反饋過程,也可以將陽極電源斷開或者在可控硅的陽極和陰極之間加一個反向電壓。

        因此,可控硅是一個可控的單向導電開關。它與二極管相比,不同在于可控硅正向導電受控制極電流的控制;與三極管相比,不同在于可控硅對控制極電流沒有放大作用。

        四、可控硅整流

        應用可控硅實現將交流電變為大小可調的直流輸出電壓的過程稱為可控整流。較常用的可控整流電路是半控橋式整流電路,與單相不可控橋式整流電路相似,只是其中兩個臂中的二極管被可控硅所取代。

        t1時刻控制T1導通,T/2+t1時刻控制T2導通,則電路波形如圖。設

        α=0,Uo=0.9U2,輸出電壓最高,相當于不可控二極管單相橋式整流電壓;α=180°,Uo=0,可控硅全關斷。負載電阻RL中整流電流的平均值為:


        可見,當U2一定時,改變控制角α,即改變觸發脈沖的加入時刻,就可改變直流輸出電壓的平均值,也就達到了可控整流的目的。

        實際應用中,整流形式更為復雜,有三相橋全控整流、雙反星帶平衡電抗器整流電路,有6脈波、12脈波、24脈波等多脈波整流,有同相逆并聯和非同相逆并聯結構等等。

         

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