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晶閘管(可控硅)的保護措施

 晶閘管又稱可控硅,隨著晶閘管在工業中的運用,晶閘管的發展越來快。電流容量從幾安發展到幾千安,耐壓等級從幾百伏提高到幾千伏?,F在主要運用在調功,調壓,調速,固態繼電器,固態調壓器?,電力調整器等產品中,但是,在使用過程中,晶閘管對過電壓是很敏感的。過電流同樣對晶閘管有極大的損壞作用。怎樣做才能更好的去保護晶閘管呢?具體如下:


1、 過電壓保護

  晶閘管對過電壓很敏感,當正向電壓超過其斷態重復峰值電壓udrm一定值時晶閘管就會誤導通,引發電路故障;當外加反向電壓超過其反向重復峰值電壓urrm一定值時,晶閘管就會立即損壞。因此,必須研究過電壓的產生原因及抑制過電壓的方法。

  過電壓產生的原因主要是供給的電功率或系統的儲能發生了激烈的變化,使得系統來不及轉換,或者系統中原來積聚的電磁能量來不及消散而造成的。主要發現為雷擊等外來沖擊引起的過電壓和開關的開閉引起的沖擊電壓兩種類型。由雷擊或高壓斷路器動作等產生的過電壓是幾微秒至幾毫秒的電壓尖峰,對晶閘管是很危險的。由開關的開閉引起的沖擊電壓又分為如下幾類:

 ?。?)交流電源接通、斷開產生的過電壓   例如,交流開關的開閉、交流側熔斷器的熔斷等引起的過電壓,這些過電壓由于感性負載的儲能、漏抗造成的諧振回路、電容分壓等使過電壓數值為正常值的 2至10多倍。一般地,開閉速度越快過電壓越高,在空載情況下斷開回路將會有更高的過電壓。

 ?。?)直流側產生的過電壓   如切斷回路的電感較大或者切斷時的電流值較大,都會產生比較大的過電壓。這種情況常出現于切除負載、正在導通的晶閘管開路或是快速熔斷器熔體燒斷等原因引起電流突變等場合。

 ?。?)換相沖擊電壓   包括換相過電壓和換相振蕩過電壓。換相過電壓是由于晶閘管的電流降為0時器件內部各結層殘存載流子復合所產生的,所以又叫載流子積蓄效應引起的過電壓。換相過電壓之后,出現換相振蕩過電壓,它是由于電感、電容形成共振產生的振蕩電壓,其值與換相結束后的反向電壓有關。反向電壓越高,換相振蕩過電壓也越大。

  針對形成過電壓的不同原因,可以采取不同的抑制方法,如減少過電壓源,并使過電壓幅值衰減;抑制過電壓能量上升的速率,延緩已產生能量的消散速度,增加其消散的途徑;采用電子線路進行保護等。目前最常用的是在回路中接入吸收能量的元件,使能量得以消散,常稱之為吸收回路或緩沖電路。

 ?。?)阻容吸收回路   通常過電壓均具有較高的頻率,因此常用電容作為吸收元件,為防止振蕩,常加阻尼電阻,構成阻容吸收回路。阻容吸收回路可接在電路的交流側、直流側,或并接在晶閘管的陽極與陰極之間。吸收電路最好選用無感電容,接線應盡量短。

 ?。?)由硒堆及壓敏電阻等非線性元件組成吸收回路  上述阻容吸收回路的時間常數rc是固定的,有時對時間短、峰值高、能量大的過電壓來不及放電,抑制過電壓的效果較差。因此,一般在變流裝置的進出線端還并有硒堆或壓敏電阻等非線性元件。硒堆的特點是其動作電壓與溫度有關,溫度越低耐壓越高;另外是硒堆具有自恢復特性,能多次使用,當過電壓動作后硒基片上的灼傷孔被溶化的硒重新覆蓋,又重新恢復其工作特性。壓敏電阻是以氧化鋅為基體的金屬氧化物非線性電阻,其結構為兩個電極,電極之間填充的粒徑為 10~50μm的不規則的zno微結晶,結晶粒間是厚約1μm的氧化鉍粒界層。這個粒界層在正常電壓下呈高阻狀態,只有很小的漏電流,其值小于 100μa。當加上電壓時,引起了電子雪崩,粒界層迅速變成低阻抗,電流迅速增加,泄漏了能量,抑制了過電壓,從而使晶閘管得到保護。浪涌過后,粒界層又恢復為高阻態。壓敏電阻的特性主要由下面幾個參數來表示。

  標稱電壓:指壓敏電阻流過1ma直流電流時,其兩端的電壓值。{{分頁}}

  通流容量:是用前沿8微秒、波寬20微秒的波形沖擊電流,每隔5分鐘沖擊1次,共沖擊10次,標稱電壓變化在-10%以內的最大沖擊電流值來表示。

  因為正常的壓敏電阻粒界層只有一定大小的放電容量和放電次數,標稱電壓值不僅會隨著放電次數增多而下降,而且也隨著放電電流幅值的增大而下降,當大到某一電流時,標稱電壓下降到0,壓敏電阻出現穿孔,甚至炸裂;因此必須限定通流容量。

  漏電流:指加一半標稱直流電壓時測得的流過壓敏電阻的電流。

  由于壓敏電阻的通流容量大,殘壓低,抑制過電壓能力強;平時漏電流小,放電后不會有續流,元件的標稱電壓等級多,便于用戶選擇;伏安特性是對稱的,可用于交、直流或正負浪涌;因此用途較廣。

2、  過電流保護

  由于半導體器件體積小、熱容量小,特別像晶閘管這類高電壓大電流的功率器件,結溫必須受到嚴格的控制,否則將遭至徹底損壞。當晶閘管中流過大于額定值的電流時,熱量來不及散發,使得結溫迅速升高,最終將導致結層被燒壞。

  產生過電流的原因是多種多樣的,例如,變流裝置本身晶閘管損壞,觸發電路發生故障,控制系統發生故障等,以及交流電源電壓過高、過低或缺相,負載過載或短路,相鄰設備故障影響等。

  晶閘管過電流保護方法最常用的是快速熔斷器。由于普通熔斷器的熔斷特性動作太慢,在熔斷器尚未熔斷之前晶閘管已被燒壞;所以不能用來保護晶閘管??焖偃蹟嗥饔摄y制熔絲埋于石英沙內,熔斷時間極短,可以用來保護晶閘管。


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