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>