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晶闸管的工作原理与应用(续)(2)

3.3 其它晶闸管

(1)快速晶闸管

快速晶闸管与普通晶闸管结构原理相同,特点是开关时间短,主要用于逆变器、斩波器及频率为400Hz的变流器,比普通晶闸管反向恢复电流小,关断时间在10μs以下。

(2)逆导晶闸管

在逆变电路、斩波电路中,常将晶闸管和二极管反向并联使用,将晶闸管和整流管做成一个器件就是逆导晶闸管,优点是器件数量少、装置体积小、正向电压小、关断时间短等。

(3)双向晶闸管

双向晶闸管结构和特性,可以等效为一对反并联的普通晶闸管。双向晶闸管常作为UPS的交流开关使用。

(4)门极辅助关断晶闸管

在晶闸管关断的同时在门极G与阴极K之间加反压,把残留的载流子强迫地吸出来,这样起到缩短关断时间的作用,它比快速晶闸管关断的时间还能缩短一半。

3.4 晶闸管的保护电路

晶闸管的保护电路,大致可以分为两种情况:一种是在适当的地方安装保护器件,例如,R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路,检测设备的输出电压或输入电流,当输出电压或输入电流超过允许值时,借助整流触发控制系统使整流桥在短时间内工作于有源逆变工作状态,从而抑制过电压或过电流的数值。

(1)晶闸管的过流保护

晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类:一类是由于整流电路内部原因, 如整流晶闸管损坏、触发电路或控制系统有故障等。其中整流桥晶闸管损坏较为严重, 一般是由于晶闸管因过电压而击穿,造成无正、反向阻断能力,它相当于整流桥臂间发生了永久性短路,使在另外两桥臂间的晶闸管导通时,无法正常换流,因而产生线间短路引起过电流。另一类则是整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流,这类情况时有发生,因为整流桥的负载实质上是逆变桥, 逆变电路换流失败,就相当于整流桥负载短路。另外,如整流变压器中心点接地,当逆变负载回路接触大地时,也会发生整流桥相对地来说就是短路。

①对于第一类过流,即整流桥内部原因引起的过流,以及逆变器负载回路接地时,可以采用第一种保护措施,最常见的就是接入快速熔断器的方式,如图7所示(F)。快速熔断器的接入方式共有三种,其特点和快速熔断器的额定电流见表2。

②对于第二类过流,即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流,则应当采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理如图8所示。

(2)晶闸管的过压保护

晶闸管设备在运行过程中,会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时,设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。

①过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路,以及用压敏电阻RV或硒堆等非线性元件加以抑制,如图9(a)(b)所示。

②过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理如图10所示。

(3)电流上升率、电压上升率的抑制保护

①电流上升率di/dt的抑制。晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域,局部电流密度很大,然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面,若晶闸管开通时电流上升率 di/dt过大,会导致PN结击穿,必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内,其有效办法是在晶闸管的阳极回路串入电感,如图11所示。

②电压上升率du/dt的抑制。加在晶闸管上的正向电压上升率du/dt也应有所限制,如果du/dt过大,由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流,该电流可以实际上起到触发电流的作用,使晶闸管正向阻断能力下降,严重时会引起晶闸管误导通。为抑制du/dt的作用,可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路,如图12所示。

来源:机房360 徐国家 黄 东
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