本文主要講了晶閘管(可控硅）的有關(guān)應(yīng)用包括元件的選擇,，元件的保護(hù),，晶閘管門(mén)極觸發(fā)，元件串并聯(lián)使用,，散熱器與元件的安裝等內(nèi)容,，具體的就隨小編來(lái)看看吧。
一. 參數(shù)說(shuō)明
1. 參數(shù)表中所給出的數(shù)據(jù),，ITSM,、I2t、dv/dt,、di/dt指的是元件所能滿足的最小值, Qr,、VTM,、VTO,、rT指元件可滿足(不超過(guò))的最大值。
2. 通態(tài)平均電流額定值ITAV(IFAV)
ITAV(IFAV)指在雙面冷卻條件下,，保證散熱器溫度55℃時(shí),，允許元件流過(guò)的最大正弦半波電流平均值。ITAV(IFAV)對(duì)應(yīng)元件額定有效值IRMS=1.57 ITAV,。實(shí)際使用中,，若不能保證散熱器溫度低于55℃或散熱器與元件接觸熱阻遠(yuǎn)大于規(guī)定值，則元件應(yīng)降額使用,。
3. 晶閘管通態(tài)電流上升率di/dt
參數(shù)表中所給的為元件通態(tài)電流上升率的臨界重復(fù)值,。其對(duì)應(yīng)不重復(fù)測(cè)試值為重復(fù)值的2倍以上，在使用過(guò)程中,，必須保證元件導(dǎo)通期任何時(shí)候的電流上升率都不能超過(guò)其重復(fù)值,。
4. 晶閘管使用頻率
晶閘管可工作的最大頻率由其工作時(shí)的電流脈沖寬度tp，關(guān)斷時(shí)間tq以及從關(guān)斷后承受正壓開(kāi)始至其再次開(kāi)通的時(shí)間tV決定,。fmax=1/(tq+tp+tV),。根據(jù)工作頻率選取元件時(shí)必須保證元件從正向電流過(guò)零至開(kāi)始承受正壓的時(shí)間間隔tH>tq，并留有一定的裕量,。隨著工作頻率的升高,，元件正向損耗Epf和反向恢復(fù)損耗Epr隨之升高，元件通態(tài)電流須降額使用。
二. 元件的選擇
正確地選擇晶閘管,、整流管等電力電子器件對(duì)保證整機(jī)設(shè)備的可靠性及降低設(shè)備成本具有重要意義,。元件的選擇要綜合考慮其使用環(huán)境、冷卻方式,、線路型式,、負(fù)載性質(zhì)等因素，在保證所選元件各參數(shù)具有裕量的條件下兼顧經(jīng)濟(jì)性,。由于電力電子器件的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,，具體應(yīng)用形式多種多樣，下面僅就晶閘管元件在整流電路和單項(xiàng)中頻逆變電路中的選擇加以說(shuō)明,。
1. 整流電路器件選擇
工頻整流是晶閘管元件最常用的領(lǐng)域之一,。元件選用主要考慮其額定電壓和額定電流。
(1) 晶閘管器件的正反向峰值電壓VDRM和VRRM：應(yīng)為元件實(shí)際承受最大峰值電壓UM的2-3倍,，即VDRM/RRM=(2-3)UM,。各種整流線路對(duì)應(yīng)的UM值見(jiàn)表1。
(2) 晶閘管器件的額定通態(tài)電流IT(AV)：晶閘管的IT(AV)值指的是工頻正弦半波平均值,，其對(duì)應(yīng)的有效值ITRMS=1.57IT(AV),。為使元件在工作過(guò)程中不因過(guò)熱損壞，流經(jīng)元件的實(shí)際有效值應(yīng)在乘以安全系數(shù)1.5-2后才能等于1.57IT(AV),。假設(shè)整流電路負(fù)載平均電流為Id,，流經(jīng)每個(gè)器件的電流有效值為KId，則所選器件的額定通態(tài)電流應(yīng)為：
IT(AV)=(1.5-2)KId / 1.57=Kfd*Id
Kfd為計(jì)算系數(shù),。對(duì)于控制角α=0O時(shí),，各種整流電路下的Kfd值見(jiàn)表1。選擇元件IT(AV)值還應(yīng)考慮元件散熱方式,。一般情況下風(fēng)冷比水冷相同元件的額定電流值要低,；自然冷卻情況下，元件的額定電流要降為標(biāo)準(zhǔn)冷卻條件下的三分之一,。
表1：整流器件的最大峰值電壓UM及通態(tài)平均電流計(jì)算系數(shù)Kfd
注：U2為主回路變壓器二次相電壓有效值;單項(xiàng)半波電感負(fù)載電路帶續(xù)流二極管,。
2. 中頻逆變?cè)倪x擇
一般400HZ以上的工作條件下，應(yīng)考慮使用KK器件,；頻率在4KHz以上時(shí),，可考慮使用KA器件。這里主要介紹一下并聯(lián)逆變電路中元件的選擇(見(jiàn)圖一),。
(1) 元件正向和反向峰值電壓VDRM,、VRRM
元件正向和反向峰值電壓應(yīng)取其實(shí)際承受最大正、反向峰值電壓的1.5-2倍,。假設(shè)逆變器直流輸入電壓為Ud,，功率因數(shù)為cosψ則：
VDRM/RRM=(1.5-2)πUd /(2cosψ)
(2) 元件的額定通態(tài)電流IT(AV)
考慮到元件在較高頻率下工作時(shí),，其開(kāi)關(guān)損耗非常顯著，元件的額定通態(tài)電流應(yīng)按實(shí)際流過(guò)其有效值I的2-3倍來(lái)考慮,，即
IT(AV)=(2-3)I/1.57
假設(shè)逆變器直流輸入電流為Id,，則所選器件IT(AV)為
IT(AV)=(2-3)×Id/(1.57 )
(3) 關(guān)斷時(shí)間tq
并聯(lián)逆變線路中，KK元件的關(guān)斷時(shí)間選擇要根據(jù)觸發(fā)引前時(shí)間tf和換流時(shí)間tr來(lái)決定,。一般?。?/p>
(當(dāng)功率因數(shù)為0.8時(shí)tf約為周期的十分之一，tr按元件di/dt小于或等于100A/μS來(lái)確定)
在頻率較高時(shí),，可通過(guò)減小換流時(shí)間tr,，并適當(dāng)犧牲功率因數(shù)增加tf的方法來(lái)選擇具有合適tq值的元件
以上簡(jiǎn)略介紹了整流和逆變工作條件下元件的選擇。在許多情況下,，除了元件的額定電壓,、電流外，還要根據(jù)具體條件選擇元件的門(mén)極參數(shù),、通態(tài)壓降以及斷態(tài)電壓臨界上升率dv/dt和通態(tài)電流臨界上升率di/dt,。
三.元件的保護(hù)
晶閘管元件的電壓和電流過(guò)載能力極差，尤其是耐壓能力,，瞬時(shí)的過(guò)壓就會(huì)造成元件永久性的損壞,。為了使元件能長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，必須針對(duì)過(guò)壓
和過(guò)電流發(fā)生的原因采取保護(hù)措施,。
1. 過(guò)壓保護(hù)
晶閘管工作過(guò)程中可能承受的過(guò)壓主要有以下幾種：一種是由于裝置拉,、合閘、負(fù)載打火等引起的過(guò)壓,；一種是由于元件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的關(guān)斷電壓,；還有因雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的浪涌電壓。為限制過(guò)電壓的幅值低于元件的正反向峰值電壓,，可采取以下保護(hù)措施(見(jiàn)圖二)。
(1) 在變壓器一次側(cè)接上避雷器,，在二次側(cè)加裝阻容保護(hù),、硒堆、壓敏電阻等非線性電阻元件進(jìn)行保護(hù),。在整流直流側(cè)采取壓敏電阻和泄能保護(hù)裝置,，以防止元件承受過(guò)電壓。
(2) 在晶閘管陰陽(yáng)極兩端直接進(jìn)行保護(hù),。晶閘管關(guān)斷過(guò)程中主電流過(guò)零反向后迅速由反向峰值恢復(fù)至零電流,，此過(guò)程可在元件兩端產(chǎn)生達(dá)正常工作峰值電壓5-6倍的尖峰電壓。一般建議在盡可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路,。電阻R選無(wú)感電阻,，通常取5-30Ω,；電容C通常在0.1-1μF，耐壓選元件耐壓的1.1-1.5倍,。具體R,、C取值可根據(jù)元件型號(hào)及工作情況調(diào)試決定。注意保證電阻R的功率,，尤其在中頻逆變電路中,，使之不會(huì)因發(fā)熱而損壞。
2. 過(guò)流保護(hù)
晶閘管元件在短時(shí)間內(nèi)具有一定的過(guò)流能力,，但在過(guò)流嚴(yán)重時(shí),，不采取保護(hù)措施，就會(huì)造成元件損壞,。在線路設(shè)計(jì)和元件選擇時(shí)應(yīng)考慮負(fù)載短路和過(guò)載情況,，確保在異常情況下設(shè)備能自動(dòng)保護(hù)。一般有以下幾種措施(見(jiàn)圖三),。
(1) 在進(jìn)線中串接電抗器限制短路電流,，使其他保護(hù)方式切斷電流前元件短時(shí)間內(nèi)不致?lián)p壞；
(2) 線路采用過(guò)流檢測(cè)裝置,，由過(guò)流信號(hào)控制觸發(fā)器抑制過(guò)流,，或接入過(guò)流繼電器。
(3) 安裝快速熔斷器,?？焖偃蹟嗥鞯膭?dòng)作時(shí)間要求在10ms以?xún)?nèi)，熔斷體的額定電流IKR可按以下原則選?。?/p>
1.57IT(AV)≥IKR≥IT
IT(AV)為元件額定電流,，IT為元件實(shí)際工作電流有效值
四. 晶閘管門(mén)極觸發(fā)
參數(shù)表中所給晶閘管IGT、VGT為能觸發(fā)元件至通態(tài)的最小值,，實(shí)際使用中,，晶閘管門(mén)極觸發(fā)IGT、VGT應(yīng)遠(yuǎn)大于此值,。
應(yīng)用中門(mén)極觸發(fā)電流波形對(duì)晶閘管開(kāi)通時(shí)間,、開(kāi)通損耗以及di/dt承受能力，都有較大影響,。為保證元件工作在最佳狀態(tài),，并增強(qiáng)抗干擾性能，對(duì)儀元公司所有晶閘管,，建議門(mén)極觸發(fā)脈沖電流幅值：IGM=2～5A(<10A),，上升率：diG/dt≥2A/μs，上升時(shí)間：tr≤1μs,。即采用極陡前沿的強(qiáng)觸發(fā)脈沖(見(jiàn)圖四),。
五. 元件串并聯(lián)使用
元件串并聯(lián)使用時(shí),，線路上應(yīng)采取門(mén)極強(qiáng)觸發(fā)脈沖、均流,、均壓措施,，還須挑選開(kāi)通、恢復(fù)特性一致的元件,。特別是元件串聯(lián)工作于較高di/dt的逆變線路中時(shí),，其反向恢復(fù)特性對(duì)動(dòng)態(tài)均壓起主要作用。
六. 散熱器與元件的安裝
元件的冷卻方式有加裝散熱器自然冷卻,，風(fēng)冷和水冷等方式,，為了使元件充分地發(fā)揮其額定性能并加強(qiáng)使用中的可靠性，除必須科學(xué)地選擇散熱器外還需正確地安裝,。只有正確地安裝散熱器才能保證其與元件芯片間的熱阻Rj-hs滿足數(shù)據(jù)表中的要求,。
在元件與散熱器的安裝時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
1. 散熱器的臺(tái)面必須與元件臺(tái)面尺寸相匹配,，防止壓扁,、壓歪損壞器件。
2. 散熱器臺(tái)面必須具有較高的平整,、光潔度,。建議散熱器臺(tái)面粗糙度小于或等于1.6μm，平整度小于或等于30μm,。安裝時(shí)元件臺(tái)面與散熱器臺(tái)面應(yīng)保持清潔干凈無(wú)油污等臟物,。
3. 安裝時(shí)要保證元件臺(tái)面與散熱器的臺(tái)面完全平行、同心,。安裝過(guò)程中,，要求通過(guò)元件中心線施加壓力以使壓力均勻分布在整個(gè)接觸區(qū)域。用戶手工安裝時(shí),，建議使用扭矩扳手,，對(duì)所有緊固螺母交替均勻用力，壓力的大小要達(dá)到數(shù)據(jù)表中的要求,。
4. 在重復(fù)使用水冷散熱器時(shí),，應(yīng)特別注意檢查其臺(tái)面是否光潔、平整,，水腔內(nèi)是否有水垢和堵塞，尤其注意臺(tái)面是否出現(xiàn)下陷情況,，若出現(xiàn)了上述情況應(yīng)予以更換,。
水冷散熱器安裝圖見(jiàn)下圖(圖五):
在使用中需注意，風(fēng)冷方式加裝散熱器后,，一般要求風(fēng)速不低于6m/s,；水冷方式要求水冷散熱器水流量不小于4×103 ml/min,，進(jìn)水溫度5℃-35℃,水質(zhì)ρ≤2.5KΩcm。
根據(jù)元件通態(tài)額定平均電流推薦配置的標(biāo)準(zhǔn)型散熱器型號(hào)見(jiàn)下表,。
其中SF系列風(fēng)冷散熱器是指在強(qiáng)迫風(fēng)冷(風(fēng)速≥6m/s)條件下的推薦配置,，用戶在使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際散熱條件并考慮可靠性要求進(jìn)行選擇。對(duì)于1000A以上元件一般不推薦使用風(fēng)冷散熱器,，若使用風(fēng)冷散熱器,，則元件額定電流需降額使用。
