变频器电力电子器件中晶闸管(SCR)简介

    电力电子器件是构成变频器的关键器件之一，1957年晶闸管(VS)的发明，拉开了电力电子器件发展的序幕。此后，各种新型器件不断问世，从此，电子进入电力领域，电力电子器件成为弱电控制强电的纽带。20世纪70年代后期以来，电力电子器件经历了非常迅猛的发展过程，从只能控制关断的半控型器件（如晶闸管），到可以控制导通和关断的全控型器件；从电流控制到电压控制（场控）；从单个元件到模块化、集成化；从小功率到大功率。新一代器件带出新一代的变频器，使变频器家族的组成更为丰富多彩。表1-2列出各种类型电力电子器件的名称和代号。    为形象化地说明电力电子器件的发展规模，用如图1-19所示的分类树的树干和枝叶来描绘器件发展的茂盛。    从图1-19可以看出电力电子器件可分为三大类：单极型、双极型和混合型。所谓单极型，是指器件内部只有一种极性载流子参与导电，而双极型则指器件内部的电子与空穴两种极性载流子均参与导电。双极性器件一般通态压降低，电流容量大，单极型器件则开关速度高。混合型器件是二者混合集成，因而兼有两者的优点，性能更为优良。    表1-2    各种类型的电力电子器件

    图1-19    电力电子器件分类树    晶闸管是最早出现的可控电力电子器件，它的内部结构如图1-20 (a)所示，图1-20 (b)为晶闸管的符号。由其结构可以看出晶闸管是四层(PNPN)三端(AKG)器件。A是阳极，K为阴极，G为门极。它有三个PN结J1、J2、J3。在一般情况下，由于器件存在着反向PN结，因而，无论是承受正压还是反压，器件均不能导通。但当A、K间承受正向电压，且门极G有足够正向电流流入，反向PN结全突然失去阻挡作用，使晶闸管饱和导通，称为触发导通。因此，晶闸管导通必须同时具备两个条件：即承受正向阳极电压和正向门极电压。晶闸管导通后门极的控制作用便消失，晶闸管始终保持着导通状态。只有当阳极电压为零或承受负压，晶闸管才能关断。由此可见，晶闸管相当于一个可以控制导通的单向开关，属半控型器件，即能控制导通而不能控制关断。门极上用于控制导通的电压称为触发脉冲电压。
    图1-20    晶闸管的结构和符号    图1-21给出晶闸管变频器的主回路。由图可见，晶闸管用于变频器主回路作为开关器件。晶闸管最先由美国通用电气公司(GE)研制出来，当时的容量为16A/300V，经过30多年的发展，目前容量已达到3kA/4kV，并出现了双向晶闸管(TRIAC)、光控晶闸管等多个品种，适应不同的应用领域。
    图1-21    晶闸管变频器的主回路