可关断晶闸管(GTO)的应用

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 楼主 | 2018-1-12 09:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
      GTO(可关断晶闸管)具有高电压、大电流、自关断及快速性等特点,它主要用于高电压大功率的斩波器、逆变器及其他电路中。
      一、斩波电路
      直流斩波器是一种直流变换电路。它广泛应用在恒定直流电源中需要调节电压的设备上。其输入为直流电压,输出仍为直流电压,而且输出电压平均值可以高于输入电压,也可低于输入电压。
      GTO斩波器有如下优点:电路简单,工作频率高,输出功率较大等。
      图1为GTO直流降压斩波电路。其中Ed为直流电源,RL和LL为负载,GTO为斩波器的主开关。控制GTO的通断时间,负载即可得到可调节的直流电压。D3为续流二极管,当GTO关断时,通过D3释放负载电感LL中的储能,以减小GTO的再加电压。而C、R1、D1和L、R2、D2组成GTO的缓冲电路。
图1、GTO降压斩波器
图2、GTO升压斩波器
      图2为GTO直流升压斩波电路。其中GTO为主开关,L1为储能电感,D3认为隔离二极管,CL为滤波电容。当GTO导通时,L1中建立电流,因而储存一定的能量。当GTO关断后,由于L1中的电流不能突变,D3处于导通状态。于是储存在L1中的部分能量便传送到CL和负载上,旦输出电压Eo高于电源电压Ed。若滤波电容CL足够大,输出电压可视为恒定。C、R1、D1和L、R2、D2组成GTO的缓冲电路。
      二、逆变电路
      逆变器就是将直流电变换为交流电的装置。由于逆变器输出频率、输出电压及输出功率的范围很宽,并且容易调整,因此其应用非常广泛。如中频加热、交流调速、不停电电源以及直流-交流变换系统等。
图3、GTO单相逆变器
      图3为GTO并联单相逆变器电路。其中ED为直流电源,电感L限制GTO导通时的di/dt,C1、R1、D3和C2、R2、D4分别组成极性缓冲器,限制GTO的dv/dt,并降低GTO的关断损耗。D1、D2为续流二极管,分别在GTO1或GTO2关断时,为变压器反电势提供续流通路。稳压二极管用于避免GTO两端电压过高,因有极性缓冲器,该元件也可省去。利用控制线路使GTO1、GTO2交替导通和关断,负载上便可得到交变电流。
图4、GTO三相逆变器
(a)主电路;(b)控制符号;(c)相电压;(d)线电压;(e)线电流
      图4为三相交流调速系统的脉宽调制(PWM)方式逆变器。图4(a)为逆变器主电路,由整流和逆变两部分组成。逆变部分用六只GTO组成三相桥式逆变器,负载为三相交流电动机。电机的调速可用调压和调频两种方法进行。图(b)为控制信号,采用三角形法。图(c)为逆变器输出的相电压。图(d)和(e)为交流电机的线电压和线电流波形。由图可以看出,线电流的基波基本上复现了控制信号中调制波的波形,非常接近正弦波。
      三、开关电路
      由于GTO具有导通和关断两种稳定工作状态,因此可用作信号和功率系统的静态开关。所谓静态开关是与,触头的电器开关相对比而言的。与普通晶闸管和功率晶体管相比,GTO有许多优点。GTO比普通晶闸管工作频率高,快速性能好,门极控制功率较小,驱动电路较简单。GTO比功率晶体管有较大的过载能力和较宽的安全工作范围。GTO特别适用于电压较高、电流较大的开关电路。静态开关可分直流开关和交流开关两类,广泛用于电机控制、电加热、电镀、电焊、照明、逆变等各个领域。
图5、直流双位功率开关
      图5是由GTO构成的直流双位功率开关,它可完成从一个负载到另一个负载的直油:静态转换。假定GTO0导通,GTO2关断。则电源E通过负载RL1和R2对电容C2充电,电压极性如图所示。当按下AT2时,C2对GTO2的门极放电,GTO2导通。同时C2的放电电流反向通过GTO1的门极,使GTO1关断。此C1充电,电压极性如图。当AT1闭合时,C1对GTO1的门极故电,于是GTO1导通,GTO2关断。
图6、GTO交流断路器
      图6为GTO交流断路器。GTO1和GTO2反向并联组成主开关,控制交流电源通断。电流检测元件CT用于检测负载电流。当负载电流达到IATO时,检测元件使门极控制电路产生关断信号,从而关断GTO1和GTO2,使断路器开路。


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