二、晶閘管(可控硅)保護(hù)--過(guò)流保護(hù)
過(guò)電流
在短路情況下,過(guò)電流流過(guò)晶閘管,這些短路要么是內(nèi)部的,要么是外部的。
內(nèi)部短路是由于可控硅不能阻擋正向或反向電壓、觸發(fā)脈沖錯(cuò)位、連接電纜或負(fù)載故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器輸出端子短路等原因造成的。外部短路是由以下原因引起的:
1、負(fù)載持續(xù)過(guò)載和短路,發(fā)生短路時(shí),故障電流取決于源阻抗。如果在短路期間源阻抗足夠大,則故障電流被限制在晶閘管 的多周期浪涌額定值以下。在交流電路的情況下,如果忽略源電阻,則故障發(fā)生在峰值電壓的瞬間。
2、在直流電路的情況下,故障電流受源電阻的限制。因此,如果源阻抗非常低,則故障電流非常大。該電流的快速上升會(huì)增加結(jié)溫,因此晶閘管可能會(huì)損壞。因此,故障必須在其第一個(gè)峰值出現(xiàn)之前被清除,換句話說(shuō),故障電流必須在當(dāng)前零位之前被中斷。
晶閘管(可控硅)過(guò)流保護(hù)
過(guò)流保護(hù)的任務(wù)是在電路出現(xiàn)過(guò)流時(shí),在元件燒壞之前迅速消除過(guò)流現(xiàn)象。晶閘管的過(guò)流保護(hù)主要有四種類型:
⑴ 靈敏的過(guò)流繼電保護(hù)
繼電器可以安裝在交流或直流制動(dòng)器中。當(dāng)發(fā)生過(guò)流故障時(shí),它會(huì)動(dòng)作,使交通電源開(kāi)關(guān)跳閘。由于過(guò)流繼電器功率開(kāi)關(guān)動(dòng)作大約需要0.2S左右,所以必須配合措施限制過(guò)大的短路電流值,否則保護(hù)晶閘管來(lái)不及。
⑵ 限流和脈沖移相保護(hù)
交流電流互感器通過(guò)整流橋形成交流電流檢測(cè)電路,得到能反映交流電流大小的電壓信號(hào),從而控制晶閘管的觸發(fā)電路。
當(dāng)整流器輸出端過(guò)載,直流電流增大時(shí),交流電流也隨之增大。檢測(cè)電路輸出超過(guò)一定電壓,使穩(wěn)壓管擊穿,增加控制晶閘管的觸發(fā)脈沖,降低輸出電壓。減小過(guò)載直流電流以達(dá)到限流目的,通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)負(fù)載限流值。
當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)流或短路時(shí),故障電流迅速上升。此時(shí)限流控制可能無(wú)法生效,且電流已超過(guò)允許值。
為了在對(duì)大感性負(fù)載進(jìn)行全控整流時(shí)盡快消除故障電流,可以控制晶閘管的觸發(fā)脈沖快速增大到超出整流狀態(tài)的移相范圍,在整流狀態(tài)下出現(xiàn)負(fù)電壓。輸出端瞬時(shí),電路進(jìn)入逆變狀態(tài),使故障電流減小,迅速衰減為零。
⑶ 直流快速開(kāi)關(guān)保護(hù)
在容量大、要求高、短路頻繁的場(chǎng)合,安裝在直流側(cè)的直流快速開(kāi)關(guān)可用于直流側(cè)的過(guò)載和短路保護(hù)。這種快速開(kāi)關(guān)是專門(mén)設(shè)計(jì)的,其開(kāi)關(guān)時(shí)間僅為0.2ms,總滅弧時(shí)間僅為25ms~30ms。
⑷ 高速熔斷器保護(hù)
熔斷器是最簡(jiǎn)單、最有效的保護(hù)元件。針對(duì)晶閘管和硅整流元件過(guò)流能力差的問(wèn)題,特制了一種稱為快速熔斷器的快速熔斷器。具有動(dòng)作迅速的特點(diǎn),流動(dòng)時(shí)可達(dá)到額定電流的5倍。當(dāng)熔斷時(shí)間小于0.02s時(shí),在正常的短路電流下,能保證在三極管損壞前迅速熔斷短路電流,適用于短路保護(hù)場(chǎng)合。
下圖顯示了使用熔斷器對(duì)可控硅進(jìn)行過(guò)流保護(hù)的電路圖。
晶閘管(可控硅)過(guò)流保護(hù)電路圖
總之,過(guò)流保護(hù)是根據(jù)晶閘管允許的過(guò)流能力,試圖用靈敏的保護(hù)措施來(lái)限制短路電流的峰值,使短路電流的持續(xù)時(shí)間盡可能短。
選擇用于保護(hù)可控硅的熔斷器必須滿足以下條件:
- 熔斷器的額定值必須能夠連續(xù)承載滿載電流加上一小段時(shí)間的邊際過(guò)載電流。
- 保險(xiǎn)絲的 I2t 額定值必須小于晶閘管的 I2t 額定值
- 在電弧期間,熔斷器電壓必須很高,以強(qiáng)制降低電流值。
- 中斷電流后,保險(xiǎn)絲必須承受任何限制電壓。
三、晶閘管(可控硅)保護(hù)--高 dv/dt 保護(hù)
由于在晶閘管的陽(yáng)極和陰極上施加正向電位,兩個(gè)外部結(jié)正向偏置,但中間結(jié)將反向偏置。由于該結(jié)附近的耗盡區(qū)內(nèi)存在電荷,因此它充當(dāng)電容器,結(jié)電容為 C j。如果施加的陽(yáng)極到陰極電壓出現(xiàn)在包含電荷 Q 的耗盡區(qū)上,則充電電流 I c將為:
充電電流公式
結(jié)電容C j是不變的,因此dC j /dt 的值將為零。因此,
充電電流公式
從上面的等式可以清楚地看出,如果正向電壓上升的速率會(huì)影響充電電流 I c,因?yàn)閮烧呤浅烧鹊?。這里充電電流充當(dāng)柵極電流,即使在沒(méi)有實(shí)際柵極脈沖的情況下也會(huì)打開(kāi) SCR。因?yàn)檫@里的電流與施加電位的變化率相關(guān),因此即使是很小的變化也可以打開(kāi)設(shè)備。
晶閘管(可控硅)誤觸發(fā)的處理方法
為了防止晶閘管意外開(kāi)啟門(mén),可以將電壓緩沖電路與晶閘管并聯(lián)使用。下圖顯示了緩沖電路,其中電阻和電容的串聯(lián)組合與給定配置中的可控硅并聯(lián)。
在這個(gè)電路中,電容器可以很好地處理誤觸發(fā)。當(dāng)電路中的開(kāi)關(guān) S 閉合時(shí),電路上會(huì)出現(xiàn)施加的電壓。流動(dòng)的電流將繞過(guò)電容器,晶閘管上的壓降為零。到那時(shí),電壓將在電容器上積聚,因此將保持 SCR 的指定 dv/dt 額定值。因此,這將最終防止設(shè)備意外打開(kāi)。
這里需要一個(gè)電阻與一個(gè)電容器串聯(lián)嗎?
從上面討論的過(guò)程中,很明顯,施加的電壓對(duì)電容器 C 充電。但是當(dāng)施加?xùn)艠O脈沖并且 SCR 開(kāi)啟時(shí),電容器開(kāi)始通過(guò)晶閘管放電。
由于這將是一條低電阻路徑,因此過(guò)大的電流可能會(huì)損壞晶閘管。為了防止這種損壞,必須限制放電電流,并且對(duì)于相同的大功率額定電阻R,與C串聯(lián)放置。
這里必須在此處正確選擇參數(shù),調(diào)整它們以獲得正確的結(jié)果。
四、晶閘管(可控硅)保護(hù)--高 di/dt 保護(hù)
由于在晶閘管的陽(yáng)極和陰極上施加正向電位,兩個(gè)外部結(jié)正向偏置,但中間結(jié)將反向偏置。由于該結(jié)附近的耗盡區(qū)內(nèi)存在電荷,因此它充當(dāng)電容器,結(jié)電容為 C j。如果施加的陽(yáng)極到陰極電壓出現(xiàn)在包含電荷 Q 的耗盡區(qū)上,則充電電流 I c將為:
充電電流公式
結(jié)電容C j是不變的,因此dC j /dt 的值將為零。因此,
充電電流公式
從上面的等式可以清楚地看出,如果正向電壓上升的速率會(huì)影響充電電流 I c,因?yàn)閮烧呤浅烧鹊?。這里充電電流充當(dāng)柵極電流,即使在沒(méi)有實(shí)際柵極脈沖的情況下也會(huì)打開(kāi) SCR。因?yàn)檫@里的電流與施加電位的變化率相關(guān),因此即使是很小的變化也可以打開(kāi)設(shè)備。
為了限制非常高的 di/dt 值,在電路中使用了一個(gè)與晶閘管串聯(lián)的電感(Ls),該電感稱為電流緩沖電感。
晶閘管(可控硅)保護(hù)電路--高 di/dt 保護(hù)
五、晶閘管(可控硅)保護(hù)--熱保護(hù)
隨著結(jié)溫的升高,絕緣可能會(huì)失效。所以我們必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)限制溫升。
保護(hù)措施:我們可以通過(guò)將晶閘管安裝在主要由鋁(Al),銅(Cu)等高導(dǎo)熱金屬制成的散熱器上來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。主要使用鋁(Al),因?yàn)樗杀镜?。晶閘管有幾種類型的安裝技術(shù),例如 – 引線安裝、螺柱安裝、螺栓固定安裝、壓裝安裝等。
引線安裝:在這種安裝技術(shù)中,SCR 本身的外殼用作散熱器。因此不需要額外的散熱裝置。因此,這種晶閘管保護(hù)技術(shù)通常用于低電流應(yīng)用,通常小于一安培。
螺柱安裝:晶閘管的陽(yáng)極采用螺柱形式,擰到金屬散熱塊上。
螺栓固定式安裝:此處設(shè)備通過(guò)螺母螺栓機(jī)構(gòu)連接到散熱器。主要用于中小型額定電路。
壓配合安裝:這種安裝是通過(guò)將整個(gè) SCR 插入金屬塊中獲得的。它用于高額定值電路。
Press-Pack 安裝:這種安裝用于晶閘管保護(hù)是通過(guò)在夾子的幫助下將晶閘管夾在散熱器之間來(lái)獲得的,它用于非常高額定值的電路。下圖為晶閘管
帶散熱片的晶閘管(可控硅)
六、晶閘管(可控硅)保護(hù)--門(mén)保護(hù)
當(dāng)我們處理晶閘管保護(hù)時(shí),保護(hù)柵極電路免受過(guò)壓和過(guò)流是一個(gè)非常重要的方面。我們已經(jīng)討論過(guò),當(dāng)存在過(guò)電壓時(shí),會(huì)導(dǎo)致晶閘管誤觸發(fā)。而由于過(guò)電流,結(jié)溫可能會(huì)升高,從而損壞器件。
除此之外,當(dāng)電源電路中存在瞬變時(shí),柵極端會(huì)出現(xiàn)雜散信號(hào)。因此,晶閘管會(huì)因不需要的門(mén)控觸發(fā)而開(kāi)啟。
因此,為了保護(hù)柵極端子免受此類作用,屏蔽電纜用于柵極保護(hù)。這種電纜的存在降低了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的機(jī)會(huì),因此,晶閘管的不必要觸發(fā)在很大程度上被最小化。具有上述所有措施的完整晶閘管保護(hù)電路如下所示。
具有基本電路元件的晶閘管(可控硅)保護(hù)電路
以上就是關(guān)于晶閘管(可控硅)波保護(hù)相關(guān)知識(shí)的講解和梳理,希望能夠?qū)Υ蠹矣袔椭?/p>
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