如何保護晶閘管
晶閘管在工業中的應用越來越廣泛,工業的應用范圍也越來越大。晶閘管的功能越來越全面。但有時,晶閘管在使用過程中會造成一些損壞。為了保證晶閘管的壽命,怎樣才能更好的保護晶閘管?
在使用中,晶閘管對過電壓非常敏感。過流對晶閘管的損害也很大。Xi安瑞新公司將介紹晶閘管的保護方法,如下:
1、過壓保護
晶閘管對過電壓非常敏感。當直流電壓超過其關斷狀態重復峰值電壓UDRM時,晶閘管將誤導并導致電路故障。當施加的反向電壓超過其反向重復峰值電壓URRM一定值時,晶閘管將立即損壞。因此,有必要研究過電壓產生的原因和抑制過電壓的方法。
過電壓主要是由于供給的電功率或系統的儲能發生劇烈變化,使系統來不及轉換,或系統中原本積累的電磁能量來不及耗散而產生的。主要發現有兩種:雷電等外界沖擊引起的過電壓和開關分合閘引起的沖擊電壓。雷擊或高壓斷路器動作引起的過電壓是幾微秒到幾毫秒的電壓峰值,對晶閘管是非常危險的。開關斷開和閉合引起的脈沖電壓分為以下幾類:
(1)交流電源接通和斷開引起的過電壓
比如交流開關分合閘引起的過電壓,交流側熔斷器熔斷等。由于變壓器繞組的分布電容、漏抗引起的諧振電路和電容分壓,這些過電壓值是正常值的2到10倍。一般來說,分合閘速度越快,過電壓越高,空載情況下電路斷開時過電壓也會越高。
(2)DC側產生的過電壓
如果切斷電路的電感較大或者切斷時的電流值較大,則會出現相對較大的過電壓。這種情況經常發生在負載切斷,正在導通的晶閘管開路,或者快速熔斷器的熔體熔斷,導致電流突變的情況下。
(3)換向沖擊電壓
包括換向過電壓和換向振蕩過電壓。換相過電壓是由于晶閘管電流降至零時,器件各結層中的殘余載流子重新結合而產生的,所以又稱為載流子積累效應引起的過電壓。換相過電壓后出現換相振蕩過電壓,是電感和電容諧振產生的振蕩電壓,其值與換相后的反向電壓有關。反向電壓越高,換相振蕩過電壓越大。
根據過電壓產生的不同原因,可采用不同的抑制方法,如減少過電壓來源,衰減過電壓幅值;抑制過電壓能量的上升速度,延緩發電能量的耗散速度,增加其耗散方式;使用電子電路進行保護等。常用來連接回路中的吸能元件來耗散能量,通常稱為吸收回路或緩沖回路。
(4)阻容吸收電路
通常過電壓的頻率很高,所以電容經常被用作吸收元件。為了防止振蕩,往往加入阻尼電阻,形成阻容吸收回路。阻容吸收回路可以連接在電路的交流側和DC側,或者并聯在晶閘管的陽極和陰極之間。吸收電路選用無感電容,接線盡量短。
(5)吸收回路由硒堆、壓敏電阻等非線性元件組成。
上述阻容吸收電路的時間常數RC是固定的,有時對時間短、峰值高、能量大的過電壓放電來不及,抑制過電壓的效果差。因此,一般情況下,變流器的進出口端都有硒堆或壓敏電阻等非線性元件。硒堆的特點是工作電壓與溫度有關,溫度越低,耐壓越高;此外,硒堆具有自恢復特性,可多次使用。過電壓作用后,硒襯底上的燒孔被熔化的硒覆蓋,其工作特性又恢復了。壓敏電阻是一種基于氧化鋅的金屬氧化物非線性電阻。它的結構是兩個電極,電極之間填充不規則的ZNO微晶,粒徑為10~50μm, 并且在它們之間有厚度約為1微米的氧化鉍晶界層..這個晶界層在正常電壓下處于高阻狀態,只有很小的漏電流,小于100 μ A,當施加電壓時,引起電子雪崩,晶界層迅速變為低阻抗,電流迅速增大,能量泄漏,過壓被抑制,從而保護了晶閘管。浪涌后,晶界層回到高阻態。壓敏電阻的特性主要由以下參數表示。
標稱電壓:指1mA的直流電流通過時,壓敏電阻兩端的電壓值。
電流容量:用前沿為8微秒、波寬為20微秒的浪涌電流表示,每5分鐘沖擊一次,共沖擊10次,標稱電壓在-10[[%]]]范圍內變化。
由于正常的壓敏電阻晶界層只有一定的放電容量和放電次數,標稱電壓值不僅會隨著放電次數的增加而降低,還會隨著放電電流幅值的增加而降低。當達到一定電流時,標稱電壓降至0,壓敏電阻出現穿孔甚至爆裂。因此,必須限制流量。
漏電流:指當增加一半標稱DC電壓時,流過變阻器的電流。
由于壓敏電阻的電流容量大,殘壓低,過電壓抑制能力強;通常泄漏電流小,放電后不會有余流,元件標稱電壓等級多,方便用戶選擇;伏安特性對稱,可用于交流、DC或正負浪涌;因此,它有廣泛的用途。
2、過流保護
由于半導體器件體積小,熱容量小,特別是晶閘管等高壓大電流功率器件,必須嚴格控制結溫,否則會徹底損壞。當晶閘管中的電流大于額定值時,熱量來不及散發,使結溫迅速升高,最終導致結層燒毀。
過流的原因是多種多樣的,比如:變流器本身的晶閘管損壞,觸發電路故障,控制系統故障,交流電源電壓過高、過低或異相,負載過載或短路,相鄰設備故障等。
快速熔斷器通常用于晶閘管過流保護。由于普通保險絲熔斷特性的緩慢動作,晶閘管在保險絲熔斷之前已經被燒斷。所以不能用來保護晶閘管??焖偃蹟嗥饔摄y制成,埋在石英砂中,熔斷時間極短,可用于保護晶閘管??焖偃蹟嗥鞯男阅苤饕幸韵绿攸c。