包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系 田素娟

?

晶閘管的過電流保護(hù)方案及電流上升率的限制方法

包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系 田素娟

【摘要】本文主要通過對(duì)晶閘管的過電流產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出過電流的保護(hù)方案；另外晶閘管的通態(tài)電流上升率過高時(shí)，會(huì)引起晶閘管的門極附近過熱，使晶閘管損壞，所以本文又提出了限制晶閘管通態(tài)電流上升率的幾種方法。

【關(guān)鍵詞】晶閘管；過電流保護(hù)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件得以研發(fā)并廣泛應(yīng)用，其中半控型器件晶閘管在交-直變換中得到了廣泛的應(yīng)用，由晶閘管構(gòu)成的可控整流電路在直流電動(dòng)機(jī)的控制等很多方面都有應(yīng)用，為了保證裝置的可靠平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)器件的保護(hù)必不可少，由于晶閘管是半導(dǎo)體器件，所以對(duì)流過的電流有一定的要求。

1　晶閘管的過電流

1.1晶閘管產(chǎn)生過電流的原因

晶閘管的過電流是指晶閘管上流過的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其額定電流的現(xiàn)象。

產(chǎn)生晶閘管過電流的原因一般有：直流側(cè)出現(xiàn)短路現(xiàn)象；生產(chǎn)機(jī)械的過載；晶閘管可逆調(diào)速系統(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)流或逆變顛覆；電路中晶閘管誤導(dǎo)通及管子擊穿短路等。

1.2常用的晶閘管過電流保護(hù)方式

電路中有過電流產(chǎn)生時(shí)，如果沒有保護(hù)措施，晶閘管中的PN結(jié)會(huì)因過熱而損壞。因此需要采取過電流保護(hù)，把過電流消除掉，保護(hù)晶閘管，使晶閘管不會(huì)損壞。

常用的過電流保護(hù)方案有以下幾種，可根據(jù)實(shí)際需要選擇其中的一種或幾種。

(1)無整流變壓器時(shí)，在交流進(jìn)線中串聯(lián)電抗器或采用漏電抗比較大的變壓器，這種保護(hù)方法是限制短路電流、保護(hù)晶閘管的有效措施，但是它在負(fù)載上有電壓降落。

(2)在交流側(cè)增設(shè)電流檢測(cè)裝置，利用檢測(cè)回來的過電流信號(hào)去控制觸發(fā)電路，使觸發(fā)脈沖快速右移，使控制角α增大或瞬時(shí)停止，從而使晶閘管關(guān)斷，限制了電路中的電流。但在晶閘管構(gòu)成的可逆系統(tǒng)中，停發(fā)觸發(fā)脈沖會(huì)造成逆變顛覆，因此多采用脈沖快速右移的方法。

(3)交流側(cè)經(jīng)交流電流互感器接入過電流繼電器或直流側(cè)接入過電流繼電器，可以在過電流時(shí)動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源。一般過電流繼電器開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間約0.2s，對(duì)電流大、上升快、作用時(shí)間短的短路電流無保護(hù)作用，只有短路電流不大的情況下，才能起到保護(hù)晶閘管的作用。

(4)對(duì)于大、中容量的設(shè)備及經(jīng)常需要逆變的場(chǎng)合，可以用直流快速開關(guān)作直流側(cè)過載或短路保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重過載或較大短路電流時(shí)，快速開關(guān)比快速熔斷器先動(dòng)作，盡量避免快速熔斷器熔斷。快速開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間只有2ms，完全分?jǐn)嚯娀〉臅r(shí)間也只有20 ～30 ms，是目前較好的直流側(cè)過電流保護(hù)裝置。

(5)快速熔斷器是最簡(jiǎn)單有效的過電流保護(hù)元件。在產(chǎn)生短路過電流時(shí)，快速熔斷器熔斷時(shí)間小于20 ms，能保證在晶閘管損壞之前，切斷短路故障。用快速熔斷器作過電流保護(hù)有三種接法，現(xiàn)以三相橋?yàn)槔榻B如下。

①橋臂晶閘管串接快熔，如圖1(a)所示，流過快速熔斷器的電流和流過晶閘管的電流相同，對(duì)晶閘管保護(hù)最好，是應(yīng)用最廣的一種接法。

②接在交流側(cè)輸入端，如圖1(b)所示，這種接法對(duì)元件短路和直流側(cè)短路均能起到保護(hù)作用，但由于在正常工作時(shí)流過快熔的電流有效值大于流過晶閘管的電流有效值，故應(yīng)選用額定電流較大的快熔，這樣有故障過電流時(shí)對(duì)晶閘管的保護(hù)就差了。

③接在直流側(cè)的快熔，如圖1(c)所示，僅對(duì)負(fù)載短路和過載起保護(hù)作用。

圖1　快速熔斷器保護(hù)的接法

在一般的系統(tǒng)中，常采用過流信號(hào)控制觸發(fā)電路以抑制過電流，再配合采用快速熔斷器保護(hù)。由于快熔價(jià)格較高，更換也不方便，通常把它作為過電流保護(hù)的最后一道保護(hù)。正常情況下，總是先讓其它過電流保護(hù)措施動(dòng)作，盡量避免直接燒斷快熔。

2　晶閘管電流上升率的限制

晶閘管在導(dǎo)通瞬間，載流子集中在其門極附近，隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)通區(qū)才逐漸擴(kuò)大，直到全部結(jié)面導(dǎo)通為止。在此過程中，如果電流上升率di/dt過大，則可能引起門極附近發(fā)熱量過高，使晶閘管被燒壞。因此，電流上升率應(yīng)限制在通態(tài)電流臨界上升率以內(nèi)。

限制電流上升率的方法有如下幾種：

(1)串接進(jìn)線電抗器。

(2)增設(shè)阻容吸收環(huán)節(jié)。

(3)增大阻容保護(hù)中的電阻值可以減小電流上升率，但會(huì)降低阻容吸收保護(hù)對(duì)晶閘管過電壓保護(hù)的效果。除此以外，還可以在每個(gè)晶閘管支路中串入一個(gè)很小的電感器，來抑制晶閘管導(dǎo)通時(shí)的正向電流上升率。

參考文獻(xiàn)

[1]石新春,楊京燕,王毅.電力電子技術(shù)[M]北京:中國電力出版社,2006.

[2]莫正康.電力電子應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社(第三版),2000.

[3]浣喜明,姚為正.電力電子技術(shù)[M].北京:高等教育出版社(第三版),2010.

田素娟（1982—），女，山東成武人，講師，主要研究方向：控制工程。

作者簡(jiǎn)介：