隨著電力電子技術的不斷發展，晶閘管（又稱晶閘管）越來越多地應用于交流控制領域。晶閘管不僅可以作為交流開關進行控制，還可以在調壓系統中精確調節電壓。

一、晶閘管工作原理概述

晶閘管是一種半導體器件，采用PNPN四層結構，由陽極、陰極和柵極組成。它具有單向傳導特性。當相對于陰極向陽極施加正向電壓并且柵極被觸發信號觸發時，晶閘管保持導通。當施加陽極電流時，晶閘管僅在其低于保持電流時關閉。這種自保持特性使其非常適合交流控制中的開關和電壓調節過程。

可以通過控制觸發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和電壓調節。

二、晶閘管在交流控制中的應用

晶閘管通常用作控制交流電的開關元件。主要有兩種：

1. 相控開關

相控開關通過控制晶閘管的觸發角來調節導通時間。在相控模式下，晶閘管在交流電壓周期開始時并不導通，而是有一定的延遲時間，該延遲時間由觸發角度決定。例如，可以在啟動負載時通過延遲觸發來控制負載，并分級增加功率以避免沖擊，使其適用于調光、電機啟動控制等。

2. 零交叉點開關

零交叉點開關在交流電壓超過零點時打開晶閘管。此時，晶閘管的導通有效地避免了瞬時電流的突然增大，減少了對設備的沖擊。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的影響。

三、晶閘管交流調壓方式

晶閘管交流調壓方式不僅可以作為開關元件，而且可以精確調節交流電壓。常見的電壓調整方法有：

1. 相控電壓調節

相控電壓調節會改變交流電流的RMS值。通過調整晶閘管的觸發角，使晶閘管在交流波形的不同點導通，只有部分波形通過負載，從而導致輸出電壓降低，適用于電機調速和變壓器電壓控制。

2. 脈寬調制 (PWM) 電壓控制

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

四、晶閘管在開關和穩壓方面的應用

1. 電機軟啟動控制

啟動電機時的瞬時電流可能非常大，從而對電網和電機本身產生很大的應力。晶閘管相位控制提供電機的平穩啟動，電壓的逐漸升高使電機平穩加速，減少運行過程中的機械沖擊和電機損耗。

2. 照明調光

晶閘管相位控制技術得到廣泛應用于照明調光。通過控制晶閘管的觸發角，可以根據需要改變燈的亮度，這不僅提高了使用的便利性，而且節省了成本并延長了燈的壽命。

3. 變壓器電壓調節

在電力網絡中，變壓器的輸出電壓可能會受到網絡波動的影響。晶閘管調壓可以調節變壓器的輸出電壓，保證供電穩定。這在需要高質量電力的情況下尤其重要。

五、晶閘管投切、調壓時的保護措施

晶閘管在使用過程中可能會出現過壓、過流等異常情況。

1. 過壓保護

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。可以在晶閘管上并聯一個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

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

3. 觸發保護

晶閘管的觸發信號必須保持穩定，以免誤觸發或丟失觸發信號。

六、結論

由于晶閘管提供的功能，基于晶閘管的交流開關和電壓調節方法在現代電力電子系統中發揮著重要作用。它可以靈活地進行電流切換和電壓調節，常用于工業、家用電器等領域。隨著技術的發展，晶閘管在高頻、高效應用中發揮著越來越重要的作用，為電力電子系統的進一步進步做出了貢獻。