隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，晶閘管（又稱晶閘管）越來越多地應(yīng)用于交流控制領(lǐng)域。晶閘管不僅可以作為交流開關(guān)進(jìn)行控制，還可以在調(diào)壓系統(tǒng)中精確調(diào)節(jié)電壓。

一、晶閘管工作原理概述

晶閘管是一種半導(dǎo)體器件，采用PNPN四層結(jié)構(gòu)，由陽極、陰極和柵極組成。它具有單向傳導(dǎo)特性。當(dāng)相對于陰極向陽極施加正向電壓并且柵極被觸發(fā)信號觸發(fā)時，晶閘管保持導(dǎo)通。當(dāng)施加陽極電流時，晶閘管僅在其低于保持電流時關(guān)閉。這種自保持特性使其非常適合交流控制中的開關(guān)和電壓調(diào)節(jié)過程。

可以通過控制觸發(fā)時間門信號來靈活地控制晶閘管。這意味著晶閘管通常用于交流開關(guān)和電壓調(diào)節(jié)。

二、晶閘管在交流控制中的應(yīng)用

晶閘管通常用作控制交流電的開關(guān)元件。主要有兩種：

1. 相控開關(guān)

相控開關(guān)通過控制晶閘管的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間。在相控模式下，晶閘管在交流電壓周期開始時并不導(dǎo)通，而是有一定的延遲時間，該延遲時間由觸發(fā)角度決定。例如，可以在啟動負(fù)載時通過延遲觸發(fā)來控制負(fù)載，并分級增加功率以避免沖擊，使其適用于調(diào)光、電機(jī)啟動控制等。

2. 零交叉點(diǎn)開關(guān)

零交叉點(diǎn)開關(guān)在交流電壓超過零點(diǎn)時打開晶閘管。此時，晶閘管的導(dǎo)通有效地避免了瞬時電流的突然增大，減少了對設(shè)備的沖擊。該方法特別適合需要頻繁切換的場景，可以顯著降低電流波動對系統(tǒng)的影響。

三、晶閘管交流調(diào)壓方式

晶閘管交流調(diào)壓方式不僅可以作為開關(guān)元件，而且可以精確調(diào)節(jié)交流電壓。常見的電壓調(diào)整方法有：

1. 相控電壓調(diào)節(jié)

相控電壓調(diào)節(jié)會改變交流電流的RMS值。通過調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角，使晶閘管在交流波形的不同點(diǎn)導(dǎo)通，只有部分波形通過負(fù)載，從而導(dǎo)致輸出電壓降低，適用于電機(jī)調(diào)速和變壓器電壓控制。

2. 脈寬調(diào)制 (PWM) 電壓控制

脈寬調(diào)制通過改變每個周期中晶閘管導(dǎo)通時間的百分比來控制電壓。與相控調(diào)壓相比，PWM調(diào)制可以更精確地控制輸出電壓，減少電壓中的諧波含量，適合對電壓質(zhì)量要求較高的場合。

四、晶閘管在開關(guān)和穩(wěn)壓方面的應(yīng)用

1. 電機(jī)軟啟動控制

啟動電機(jī)時的瞬時電流可能非常大，從而對電網(wǎng)和電機(jī)本身產(chǎn)生很大的應(yīng)力。晶閘管相位控制提供電機(jī)的平穩(wěn)啟動，電壓的逐漸升高使電機(jī)平穩(wěn)加速，減少運(yùn)行過程中的機(jī)械沖擊和電機(jī)損耗。

2. 照明調(diào)光

晶閘管相位控制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用于照明調(diào)光。通過控制晶閘管的觸發(fā)角，可以根據(jù)需要改變燈的亮度，這不僅提高了使用的便利性，而且節(jié)省了成本并延長了燈的壽命。

3. 變壓器電壓調(diào)節(jié)

在電力網(wǎng)絡(luò)中，變壓器的輸出電壓可能會受到網(wǎng)絡(luò)波動的影響。晶閘管調(diào)壓可以調(diào)節(jié)變壓器的輸出電壓，保證供電穩(wěn)定。這在需要高質(zhì)量電力的情況下尤其重要。

五、晶閘管投切、調(diào)壓時的保護(hù)措施

晶閘管在使用過程中可能會出現(xiàn)過壓、過流等異常情況。

1. 過壓保護(hù)

晶閘管在過壓時可能會損壞，因此需要一個電路來防止過壓的影響?？梢栽诰чl管上并聯(lián)一個RC電路，或者可以使用金屬氧化物變阻器（MOV），吸收過電壓并防止晶閘管因過壓而損壞。

2. 過流保護(hù)

過流會使晶閘管溫度升高，并可能導(dǎo)致故障。為防止過流，還可以同時安裝風(fēng)扇，這樣可以提高晶閘管的過流能力。

3. 觸發(fā)保護(hù)

晶閘管的觸發(fā)信號必須保持穩(wěn)定，以免誤觸發(fā)或丟失觸發(fā)信號。

六、結(jié)論

由于晶閘管提供的功能，基于晶閘管的交流開關(guān)和電壓調(diào)節(jié)方法在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。它可以靈活地進(jìn)行電流切換和電壓調(diào)節(jié)，常用于工業(yè)、家用電器等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，晶閘管在高頻、高效應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用，為電力電子系統(tǒng)的進(jìn)一步進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。