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晶闸管保护电路

浏览次数: 日期:2014年11月17日 09:48

  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短时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。
  一、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类较为严重, 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,它相当于整流桥臂发生永久性短路,使在另外两桥臂晶闸管导通时,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短器的方式。见图1。快速熔短器的接入方式共有三种,其特点和快速熔短器的额定电流见表1。

图1:快速熔短器的接入方法
表1:快速熔短器的接入方式、特点和额定电流

方式

特点

额定电流IRN

备注

A型

熔短器与每一个元件串联,能可靠地保护每一个元件

IRN <1.57IT

IT:晶闸管通态
平均电流

B型

能在交流、直流和元件短路时起保护作用,其可靠性稍有降低

IRN < KCID
系数KC见表2

KC:交流侧线电 
  流与ID之比
ID:整流输出电流   

C型

直流负载侧有故障时动作,元件内部短路时不能起保护作用

IRN < ID

ID:整流输出电流

表2:整流电路型式与系数KC的关系表

型式

单相 全波

单相 桥式

三相 零式

三相 桥式

六相零式六相曲折

双Y带平衡电抗器

系数
KC

电感负载

0.707

1

0.577

0.816

0.108

0.289

电阻负载

0.785

1.11

0.578

0.818

0.409

0.290

  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。常见过流保护原理图如下 

图2:过流保护原理图

  二、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,以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。见图3和图4。

  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图如下:

图5:过压保护原理图

  三、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/s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联入电感。如下图:

图6:串联电感抑制回路

  2.电压上升率dv/dt的抑制
  加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/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,严重时引起晶闸管误导通。
  为抑制dv/dt的作用,可以在晶闸管两端并联R—C阻容吸收回路。如下图:

图7:并联R—C阻容吸收回路

  四、一般小功率晶闸管不需加散热片,但应远离发热元件,如大功率电阻、大功率三极管以及电源变压器等。对于大功率晶闸管,必须按手册申的要求加装散热装置及冷却条件,以保证管子工作时的温度不超过结温。

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