五、供电电子装置
供电电子装置是电工学范围内的一种装置,但也是一种可以进行连接、控制和电能转换的电子元件,供电电子装置的元件和电路由可控硅二极管和晶闸管构成。这种元件可以在非常高的电压和电流下进行连接(最高可达4 500V和1 500A)。
在较低功率范围内也可使用可控硅二极管和晶闸管,晶闸管是一种开关元件,可以通过控制电极和门上的控制电压对其接通时间进行调节。可以反方向同时接通且可以共同控制的带有两个晶闸管的部件被称为三端双向可控硅开关,可以进行电能转化的变压器和旋转设备都不能算作供电电子装置。供电电子装置主要是可以以电压的形式转化电能,电压和电流的大小与频率相同。
1.供电电子装置的重要元件
(1)两端交流开关元件
如图39所示,两端交流开关元件是一种电子部件,如果在其两个接口处施加超过一定限制的电压时,它将具备传导交流电压的特性,该电压被称为击穿电压。两端交流开关元件也被称为“双向二极管”和“交流电流二极管”,因此也可称为Diaco Diac,是英文Diode for Alternating Current(交流电流二极管)的缩写。
因为不能给出极性,所以两个接口被称为正极1和正极2。由于Diac采用了双向结构,所以可以接通交流电压,只要在接口(A1和A2)上施加的电压超过规定门电压,就可以将其击穿并使p-n段具备导电功能。只有流过Diac的电流超过规定值时电阻才会增大,此时无法继续传导电流。为了能够产生一个下降沿较为倾斜的触发脉冲,两端交流开关元件主要被用于三端双向可控硅开关元件制成的触发开关中。
(2)晶闸管
晶闸管是一种半导体结构的元件,由四层或多层半导体层可变掺杂物质制成。Thyristor(晶闸管)名称是由英文Thyratron(IEpl流管)和Resistor(电阻)组合而来。
如图40、 41所示,晶闸管包括一个负极、一个正极和一个控制电极(门)。初始状态下可晶闸管双向都不导通。流通方向始终处于禁用状态,直至门上的电流脉冲接通。通过门上的一个正极电流脉冲使其进入导通状体。负荷电路内通过切断电压或转换电压极性使晶闸管进入阻隔状态。与普通二极管一样对阻隔方向的电流进行阻挡。在交流电流的电路中经常会使用晶闸管。例如,晶闸管调节器可以作为软起设备对笼式异步电机开始工作时的启动电流和扭矩进行监控。晶闸管整流器也可用于直流电机的转速控制。
(3)三端双向可控硅开关
如图42所示,三端双向可控硅开关是一种采用半导体层结构的电子部件,原则上由两个反方向连接的晶闸管组成。因此三端双向可控硅开关可以进行电流的双向导通。
三端双向可控硅开关包括一个控制电极G(英文“gate”的缩写)和A1、 A2两个正极。通过在控制电极上施加的控制电压三端双向可控硅开关可以进行双向导通。因此只需要一个控制接口就可以满足两个晶闸管的需要。三端双向可控硅开关安装了两个引爆装置,这样就可以使用正极和负极控制脉冲使其进入接通状态。三端双向可控硅开关并不适用于较大的电流。因此在供电电子装置范围内主要还是使用晶闸管。