GTO首要使用于大容量的斩波器、逆变器及开关电路中,其中最引人重视的问题是因为各种原因形成的短路过电流现象;因此它严峻地要挟着器材甚至整机设备的安全。为此,有必要研讨过电流发作的原因及如安在电流状况下采纳办法维护GTO,使其免遭损坏。
1、 过电流的发作
过电流包含过载和短路两种状况。因负载过大而发作过载电流一般可用负反馈控制法进行维护,此处不再进行评论。这儿首要评论短路过电流状况。短路过电流的呈现大致有下述3种原因。
(1)逆变器的桥臂短路 在GTO组成的逆变器中,若同一桥臂上的两个GTO一起导通,则会发作桥臂短路现象,亦称桥臂直通毛病。此刻短路电流的上升率和浪涌冲击电流都将很大,导致GTO焚毁。形成桥臂短路的原因一般有两种,一是逻辑设计不合理,两个GTO的关断和导通之间没有满足的时刻距离(即死区),在一只GTO没有彻底关断时,另一只GTO现已导通,形成两个GTO一起导通;二是因为种种原因形成的误触发,当桥臂中的一只GTO导通时,另一只GTO因为误触发也会形成桥臂短路。误触发的原因一般来自门极电路,例如各种毛刺信号的呈现,外界电磁搅扰,或
因为缓冲电路设计不妥呈现过高的du/dt等。
(2)输出端的线间短路 若输出端发作线间短路,则短路电流流经相应支路的GTO,其短路电流相当大。若逆变器的负载是电动机,则电动机起动时电流冲击也很大,虽然此刻不是短路电流,但电流上升率也会相当大,形成GTO损坏。
(3)输出端线对地短路 逆变器沟通输出端若有一相接地,短路电流经GTO反并联二极管、滤波电容、整流二极管和沟通侧熔断器流转,短路电流的巨细与滤波电容上电压的凹凸有关。最严峻的状况是,当滤波电容电压放电到低于母线与中性点间电压的峰值时,将有大的毛病电流流转。恰当选取反并联二极管和熔断器的容量可做到合理的维护。
2、GTO的过电流特性
GTO的过电流特性与GTR不同。当门极处于正向偏置时,GTO注册,只要电流有效值、浪涌电流和I2t值的约束,没有安全作业区的规则。门极处于反向偏置时,GTO处于关断进程,此刻有最大可关断阳极电流的约束,并有反向偏置安全作业区RB-SOA,可见GTO的过电流维护要比GTR杂乱一些。
过电流维护可从两方面考虑:一是热维护,GTO不能因为过载超越所规则的结温;二是电维护,发作过电流时,期望过电流在未超越所答应的最大可关断阳极电流时敏捷撤消门极关断信号,使用浪涌才能进行维护,或在未超越最大阳极可关断电流规模内使GTO敏捷关断。
针对上述问题,可采纳各种办法对GTO进行过电流维护。
3、 逆变器的过电流维护
逆变器的过电流维护是指GTO整机设备的终究维护办法,它可避免事端的持续扩展。详细维护办法有以下3种。
1) 熔断器维护法
因为GTO具有浪涌才能,所以在必定条件下可用快速熔断器进行维护。用熔断器维护GTO逆变器的进程是:检测过电流→电抗器限流→切除GTO关断信号→熔断器断流。
GTO逆变器内部电感很小,一般只要几个微亨,一旦短路,电流上升很快,峰值很大,故应选用电抗器限流,并赶快切除关断信号,然后在浪涌才能规模内由熔断器堵截毛病电流。明显,对这种过电流难以用一般电力熔断器或交直流电磁开关进行维护,有必要用快速熔断器进行维护。
快速熔断器的断流时刻在10ms以内,堵截时发作的电弧电压很小。用快速熔断器维护GTO时,有必要留意以下两点。
(1) 有必要设置过电流检测电路。当GTO挨近关断才能极限时,堵截GTO的关断信号,即GTO过电流超越可关断阳极电流的极限值时,肯定不能再用门极信号去关断。GTO具有与SCR相同的浪涌才能,使用这一特性可用快速熔断器进行维护。
(2) GTO和快速熔断器的I2t值有必要合理匹配。挑选快速熔断器时应使GTO答应的I2t大于快速熔断器的I2t值。
大容量GTO逆变器的短路过电流维护不能选用GTO自关断的办法。因为大功率GTO的非重复可关断电流比中、小功率的GTO要小,在短路过电流时不能选用门极脉冲逼迫关断GTO的办法,与之相反,应宣布一切GTO的注册信号使逆变器全导通,并用熔断器对GTO进行过流维护。
2) 撬杠维护法
撬杠维护法也称做非熔断器维护法,在中大容量GTO电路中使用很遍及,其作业原理如图1所示。由图1可看出,当逆变器因为误触发等原因发作短路毛病时,滤波电容的放电电流急剧增大,经过传感器检测出电容放电电流的信号,然后发作如下动作。
1) 触发并联晶闸管T,使GTO逆变器分流,T串联一小电感L3,以便约束T的di/dt。
(2) 封闭GTO的关断信号并触发一切GTO,使短路电流由一切GTO承当,减小电流会集现象。
(3) 沟通侧断路器跳闸。图1中的L1、L2为约束短路电流上升速度的电感,Ld为直流滤波电抗器。
在大容量GTO的使用中,也可选用熔断器和撬杠两者结合的办法。其维护进程是:短路过电流→电抗器限流→撬杠分流→熔断器断流。
这种维护办法使用了撬杠电路中T浪涌才能强的特色,对GTO逆变器进行短路过电流维护的作用比较好,因此得到必定的使用。
3) 自关断维护法
GTO自身具有的自关断才能也可用作过流维护。GTO的阳极可关断才能包含可关断通态重复峰值电流和可关断通态不重复峰值电流两个参数。一般200A以下的小容量GTO可关断通态不重复峰值电流比可关断通态重复峰值电流大得多,使用这一特性可作过流维护,这种办法称做自关断维护法。
4、 门极电路的过流维护
当GTO损坏之后,阳极与门极间往往处于短路状况,外加的高电压经过阳极引入门极电路,引起门极电路的损坏,为此应设置门极电路的维护环节。详细办法如下:
(1) 在门极电路的输出端接一快速熔断器完成过流维护,以便
使门极电路赶快与GTO门极端子断开;
(2) 在门极电路的输出端一起接一齐纳二极管,以使门极电路箝位在安全电压规模之内。