晶闸管(可控硅）使用攻略

晶闸管(可控硅）运用攻略

技术部

一.

参数阐明

参数表中所给出的数据，ITSM、I2t、dv/dt、di/dt指的是元件所能满意的最小值, Qr、VTM、VTO、rT指元件可满意(不超越)的最大值。

通态均匀电流额外值ITAV(IFAV)

ITAV(IFAV)指在双面冷却条件下，确保散热器温度55℃时，答应元件流过的最大正弦半波电流均匀值。ITAV(IFAV)对应元件额外有效值IRMS=1.57 ITAV。实践运用中，若不能确保散热器温度低于55℃或散热器与元件触摸热阻远大于规定值，则元件应降额运用。

晶闸管通态电流上升率di/dt

参数表中所给的为元件通态电流上升率的临界重复值。其对应不重复测验值为重复值的2倍以上，在运用进程中，有必要确保元件导通期任何时候的电流上升率都不能超越其重复值。

晶闸管运用频率

晶闸管可作业的最大频率由其作业时的电流脉冲宽度tp，关断时刻tq以及从关断后接受正压开端至其再次注册的时刻tV决议。fmax=1/(tq+tp+tV)。依据作业频率选取元件时有必要确保元件从正向电流过零至开端接受正压的时刻距离tH>tq，并留有必定的裕量。跟着作业频率的升高，元件正向损耗Epf和反向康复损耗Epr随之升高，元件通态电流须降额运用。

二.

元件的挑选

正确地挑选晶闸管、整流管等电力电子器材对确保整机设备的牢靠性及下降设备本钱具有重要意义。元件的挑选要归纳考虑其运用环境、冷却方法、线路型式、负载性质等要素，在确保所选元件各参数具有裕量的条件下统筹经济性。因为电力电子器材的运用范畴十分广泛，详细运用方法多种多样，下面仅就晶闸管元件在整流电路和单项中频逆变电路中的挑选加以阐明。

整流电路器材挑选

工频整流是晶闸管元件最常用的范畴之一。元件选用首要考虑其额外电压和额外电流。

(1)

晶闸管器材的正反向峰值电压VDRM和VRRM：应为元件实践接受最大峰值电压UM的2-3倍，即VDRM/RRM=(2-3)UM。各种整流线路对应的UM值见表1。

(2)

晶闸管器材的额外通态电流IT(AV)：晶闸管的IT(AV)值指的是工频正弦半波均匀值，其对应的有效值ITRMS=1.57IT(AV)。为使元件在作业进程中不因过热损坏，流经元件的实践有效值应在乘以安全系数1.5-2后才干等于1.57IT(AV)。假定整流电路负载均匀电流为Id，流经每个器材的电流有效值为KId，则所选器材的额外通态电流应为：
IT(AV)=(1.5-2)KId / 1.57=Kfd*Id
Kfd为核算系数。关于操控角α=0O时，各种整流电路下的Kfd值见表1。挑选元件IT(AV)值还应考虑元件散热方法。一般状况下风冷比水冷相同元件的额外电流值要低；天然冷却状况下，元件的额外电流要降为规范冷却条件下的三分之一。

表1：整流器材的最大峰值电压UM及通态均匀电流核算系数Kfd

整流电路		单相半波	单项双半波	单项桥式	三相半波	三相桥式	带平衡电抗器的双反星型
UM		U2	U2	U2	U2	U2	U2
Kfd α=0O	电阻负载	1	0.5	0.5	0.375	0.368	0.185
Kfd α=0O	电感负载	0.45	0.45	0.45	0.368	0.368	0.184

注：U2为主回路变压器二次相电压有效值;单项半波电感负载电路带续流二极管。

中频逆变元件的挑选

一般400HZ以上的作业条件下，应考虑运用KK器材；频率在4KHz以上时，可考虑运用KA器材。这儿首要介绍一下并联逆变电路中元件的挑选(见图一)。

(1)

元件正向和反向峰值电压VDRM、VRRM

元件正向和反向峰值电压应取其实践接受最大正、反向峰值电压的1.5-2倍。假定逆变器直流输入电压为Ud，功率因数为cosψ则：
VDRM/RRM=(1.5-2)πUd /(2cosψ)

(2)

元件的额外通态电流IT(AV)

考虑到元件在较高频率下作业时，其开关损耗十分明显，元件的额外通态电流应按实践流过其有效值I的2-3倍来考虑，即
IT(AV)=(2-3)I/1.57
假定逆变器直流输入电流为Id，则所选器材IT(AV)为
IT(AV)=(2-3)×Id/(1.57 )

(3)

关断时刻tq

并联逆变线路中，KK元件的关断时刻挑选要依据触发引前时刻tf和换流时刻tr来决议。一般取：

tq=(tf-tr)×

(当功率因数为0.8时tf约为周期的十分之一，tr按元件di/dt小于或等于100A/μS来确认)

在频率较高时，可经过减小换流时刻tr，并恰当献身功率因数添加tf的方法来挑选具有适宜tq值的元件

以上简略介绍了整流和逆变作业条件下元件的挑选。在许多状况下，除了元件的额外电压、电流外，还要依据详细条件挑选元件的门极参数、通态压降以及断态电压临界上升率dv/dt和通态电流临界上升率di/dt。

三.

元件的维护

晶闸管元件的电压和电流过载才干极差，特别是耐压才干，瞬时的过压就会形成元件永久性的损坏。为了使元件能长时刻牢靠地运转，有必要针对过压
和过电流发作的原因采纳维护办法。

过压维护

晶闸管作业进程中或许接受的过压首要有以下几种：一种是因为设备拉、合闸、负载打火等引起的过压；一种是因为元件关断时发生的关断电压；还有因雷击等原因从电网侵入的浪涌电压。为约束过电压的幅值低于元件的正反向峰值电压，可采纳以下维护办法(见图二)。

(1)

在变压器一次侧接上避雷器，在二次侧加装阻容维护、硒堆、压敏电阻等非线性电阻元件进行维护。在整流直流侧采纳压敏电阻和泄能维护设备，以避免元件接受过电压。

(2)

在晶闸管阴阳极两头直接进行维护。晶闸管关断进程中主电流过零反向后敏捷由反向峰值康复至零电流，此进程可在元件两头发生达正常作业峰值电压5-6倍的尖峰电压。一般主张在尽或许接近元件自身的当地接上阻容吸收回路。电阻R选无感电阻，一般取5-30Ω；电容C一般在0.1-1μF，耐压选元件耐压的1.1-1.5倍。详细R、C取值可依据元件类型及作业状况调试决议。留意确保电阻R的功率，特别在中频逆变电路中，使之不会因发热而损坏。

过流维护

晶闸管元件在短时刻内具有必定的过流才干，但在过流严峻时，不采纳维护办法，就会形成元件损坏。在线路规划和元件挑选时应考虑负载短路和过载状况，确保在反常状况下设备能主动维护。一般有以下几种办法(见图三)。

(1)

在进线中串接电抗器约束短路电流，使其他维护方法堵截电流前元件短时刻内不致损坏；

(2)

线路选用过流检测设备，由过流信号操控触发器按捺过流，或接入过流继电器。

(3)

装置快速熔断器。快速熔断器的动作时刻要求在10ms以内，熔断体的额外电流IKR可按以下准则选取：
1.57IT(AV)≥IKR≥IT

IT(AV)为元件额外电流，IT为元件实践作业电流有效值

四.

晶闸管门极触发

参数表中所给晶闸管IGT、VGT为能触发元件至通态的最小值，实践运用中，晶闸管门极触发IGT、VGT应远大于此值。

运用中门极触发电流波形对晶闸管注册时刻、注册损耗以及di/dt接受才干，都有较大影响。为确保元件作业在最佳状况，并增强抗干扰功能，对仪元公司一切晶闸管，主张门极触发脉冲电流幅值：IGM=2～5A(<10A)，上升率：diG/dt≥2A/μs，上升时刻：tr≤1μs。即选用极陡前沿的强触发脉冲(见图四)。

五.

元件串并联运用

元件串并联运用时，线路上应采纳门极强触发脉冲、均流、均压办法，还须挑选注册、康复特性共同的元件。特别是元件串联作业于较高di/dt的逆变线路中时，其反向康复特性对动态均压起首要效果。

六.

散热器与元件的装置

元件的冷却方法有加装散热器天然冷却，风冷和水冷等方法，为了使元件充分地发挥其额外功能并加强运用中的牢靠性，除有必要科学地挑选散热器外还需正确地装置。只要正确地装置散热器才干确保其与元件芯片间的热阻Rj-hs满意数据表中的要求。
在元件与散热器的装置时，应留意以下事项：

散热器的台面有必要与元件台面尺度相匹配，避免压扁、压歪损坏器材。

散热器台面有必要具有较高的平坦、光亮度。主张散热器台面粗糙度小于或等于1.6μm，平坦度小于或等于30μm。装置时元件台面与散热器台面应保持清洁洁净无油污等脏物。

装置时要确保元件台面与散热器的台面彻底平行、同心。装置进程中，要求经过元件中心线施加压力以使压力均匀分布在整个触摸区域。用户手艺装置时，主张运用扭矩扳手，对一切紧固螺母替换均匀用力，压力的巨细要到达数据表中的要求。

在重复运用水冷散热器时，应特别留意查看其台面是否光亮、平坦，水腔内是否有水垢和阻塞，特别留意台面是否呈现下陷状况，若呈现了上述状况应予以替换。
水冷散热器装置图见下图(图五):

在运用中需留意，风冷方法加装散热器后，一般要求风速不低于6m/s；水冷方法要求水冷散热器水流量不小于4×103 ml/min，进水温度5℃-35℃,水质ρ≤2.5KΩcm。
仪元公司可供给SS水冷系列和SF风冷系列以及各类非标及组件散热器，为元件配套运用。
依据元件通态额外均匀电流引荐装备的规范型散热器类型见下表。

元件通态额外均匀电流	引荐散热器类型
元件通态额外均匀电流	水冷	风冷
100A-200A	SS11	SF12
300A	SS12	SF13
400A	SS12	SF13、SF14
500A-600A	SS12、SS13	SF15
800A	SS13	SF16
1000A	SS14	SF17
1000A-3000A	SS14