晶閘管的保護措施

1、 過(guò)電壓保護

　　晶閘管對過(guò)電壓很敏感，當正向電壓超過(guò)其斷態(tài)重復峰值電壓U_DRM一定值時(shí)晶閘管就會(huì )誤導通，引發(fā)電路故障；當外加反向電壓超過(guò)其反向重復峰值電壓U_RRM一定值時(shí)，晶閘管就會(huì )立即損壞。因此，必須研究過(guò)電壓的產(chǎn)生原因及抑制過(guò)電壓的方法。

　　過(guò)電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電功率或系統的儲能發(fā)生了激烈的變化，使得系統來(lái)不及轉換，或者系統中原來(lái)積聚的電磁能量來(lái)不及消散而造成的。主要發(fā)現為雷擊等外來(lái)沖擊引起的過(guò)電壓和開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉引起的沖擊電壓兩種類(lèi)型。由雷擊或高壓斷路器動(dòng)作等產(chǎn)生的過(guò)電壓是幾微秒至幾毫秒的電壓尖峰，對晶閘管是很危險的。由開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉引起的沖擊電壓又分為如下幾類(lèi)：

　?。?）交流電源接通、斷開(kāi)產(chǎn)生的過(guò)電壓   例如，交流開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉、交流側熔斷器的熔斷等引起的過(guò)電壓，這些過(guò)電壓由于變壓器繞組的分布電容、漏抗造成的諧振回路、電容分壓等使過(guò)電壓數值為正常值的2至10多倍。一般地，開(kāi)閉速度越快過(guò)電壓越高，在空載情況下斷開(kāi)回路將會(huì )有更高的過(guò)電壓。

　?。?）直流側產(chǎn)生的過(guò)電壓   如切斷回路的電感較大或者切斷時(shí)的電流值較大，都會(huì )產(chǎn)生比較大的過(guò)電壓。這種情況常出現于切除負載、正在導通的晶閘管開(kāi)路或是快速熔斷器熔體燒斷等原因引起電流突變等場(chǎng)合。

　?。?）換相沖擊電壓   包括換相過(guò)電壓和換相振蕩過(guò)電壓。換相過(guò)電壓是由于晶閘管的電流降為0時(shí)器件內部各結層殘存載流子復合所產(chǎn)生的，所以又叫載流子積蓄效應引起的過(guò)電壓。換相過(guò)電壓之后，出現換相振蕩過(guò)電壓，它是由于電感、電容形成共振產(chǎn)生的振蕩電壓，其值與換相結束后的反向電壓有關(guān)。反向電壓越高，換相振蕩過(guò)電壓也越大。

　　針對形成過(guò)電壓的不同原因，可以采取不同的抑制方法，如減少過(guò)電壓源，并使過(guò)電壓幅值衰減；抑制過(guò)電壓能量上升的速率，延緩已產(chǎn)生能量的消散速度，增加其消散的途徑；采用電子線(xiàn)路進(jìn)行保護等。目前最常用的是在回路中接入吸收能量的元件，使能量得以消散，常稱(chēng)之為吸收回路或緩沖電路。

　?。?）阻容吸收回路   通常過(guò)電壓均具有較高的頻率，因此常用電容作為吸收元件，為防止振蕩，常加阻尼電阻，構成阻容吸收回路。阻容吸收回路可接在電路的交流側、直流側，或并接在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間。吸收電路最好選用無(wú)感電容，接線(xiàn)應盡量短。

　?。?）由硒堆及壓敏電阻等非線(xiàn)性元件組成吸收回路  上述阻容吸收回路的時(shí)間常數RC是固定的，有時(shí)對時(shí)間短、峰值高、能量大的過(guò)電壓來(lái)不及放電，抑制過(guò)電壓的效果較差。因此，一般在變流裝置的進(jìn)出線(xiàn)端還并有硒堆或壓敏電阻等非線(xiàn)性元件。硒堆的特點(diǎn)是其動(dòng)作電壓與溫度有關(guān)，溫度越低耐壓越高；另外是硒堆具有自恢復特性，能多次使用，當過(guò)電壓動(dòng)作后硒基片上的灼傷孔被溶化的硒重新覆蓋，又重新恢復其工作特性。壓敏電阻是以氧化鋅為基體的金屬氧化物非線(xiàn)性電阻，其結構為兩個(gè)電極，電極之間填充的粒徑為10~50μm的不規則的ZNO微結晶，結晶粒間是厚約1μm的氧化鉍粒界層。這個(gè)粒界層在正常電壓下呈高阻狀態(tài)，只有很小的漏電流，其值小于100μA。當加上電壓時(shí)，引起了電子雪崩，粒界層迅速變成低阻抗，電流迅速增加，泄漏了能量，抑制了過(guò)電壓，從而使晶閘管得到保護。浪涌過(guò)后，粒界層又恢復為高阻態(tài)。壓敏電阻的特性主要由下面幾個(gè)參數來(lái)表示。

　　標稱(chēng)電壓：指壓敏電阻流過(guò)1mA直流電流時(shí)，其兩端的電壓值。{{分頁(yè)}}

　　通流容量：是用前沿8微秒、波寬20微秒的波形沖擊電流，每隔5分鐘沖擊1次，共沖擊10次，標稱(chēng)電壓變化在-10%以?xún)鹊淖畲鬀_擊電流值來(lái)表示。

　　因為正常的壓敏電阻粒界層只有一定大小的放電容量和放電次數，標稱(chēng)電壓值不僅會(huì )隨著(zhù)放電次數增多而下降，而且也隨著(zhù)放電電流幅值的增大而下降，當大到某一電流時(shí)，標稱(chēng)電壓下降到0，壓敏電阻出現穿孔，甚至炸裂；因此必須限定通流容量。

　　漏電流：指加一半標稱(chēng)直流電壓時(shí)測得的流過(guò)壓敏電阻的電流。

　　由于壓敏電阻的通流容量大，殘壓低，抑制過(guò)電壓能力強；平時(shí)漏電流小，放電后不會(huì )有續流，元件的標稱(chēng)電壓等級多，便于用戶(hù)選擇；伏安特性是對稱(chēng)的，可用于交、直流或正負浪涌；因此用途較廣。

2、  過(guò)電流保護

　　由于半導體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類(lèi)高電壓大電流的功率器件，結溫必須受到嚴格的控制，否則將遭至徹底損壞。當晶閘管中流過(guò)大于額定值的電流時(shí)，熱量來(lái)不及散發(fā)，使得結溫迅速升高，最終將導致結層被燒壞。

　　產(chǎn)生過(guò)電流的原因是多種多樣的，例如，變流裝置本身晶閘管損壞，觸發(fā)電路發(fā)生故障，控制系統發(fā)生故障等，以及交流電源電壓過(guò)高、過(guò)低或缺相，負載過(guò)載或短路，相鄰設備故障影響等。

　　晶閘管過(guò)電流保護方法最常用的是快速熔斷器。由于普通熔斷器的熔斷特性動(dòng)作太慢，在熔斷器尚未熔斷之前晶閘管已被燒壞；所以不能用來(lái)保護晶閘管?？焖偃蹟嗥饔摄y制熔絲埋于石英沙內，熔斷時(shí)間極短，可以用來(lái)保護晶閘管?？焖偃蹟嗥鞯男阅苤饕幸韵聨醉棻碚?。