晶閘管的過電流保護方案及電流上升率的限制方法

包頭職業技術學院電氣工程系 田素娟

?

晶閘管的過電流保護方案及電流上升率的限制方法

包頭職業技術學院電氣工程系 田素娟

【摘要】本文主要通過對晶閘管的過電流產生的原因進行分析，并提出過電流的保護方案；另外晶閘管的通態電流上升率過高時，會引起晶閘管的門極附近過熱，使晶閘管損壞，所以本文又提出了限制晶閘管通態電流上升率的幾種方法。

【關鍵詞】晶閘管；過電流保護

隨著電力電子技術的發展，電力電子器件得以研發并廣泛應用，其中半控型器件晶閘管在交-直變換中得到了廣泛的應用，由晶閘管構成的可控整流電路在直流電動機的控制等很多方面都有應用，為了保證裝置的可靠平穩運行，對器件的保護必不可少，由于晶閘管是半導體器件，所以對流過的電流有一定的要求。

1　晶閘管的過電流

1.1晶閘管產生過電流的原因

晶閘管的過電流是指晶閘管上流過的電流遠遠超過了其額定電流的現象。

產生晶閘管過電流的原因一般有：直流側出現短路現象；生產機械的過載；晶閘管可逆調速系統中產生環流或逆變顛覆；電路中晶閘管誤導通及管子擊穿短路等。

1.2常用的晶閘管過電流保護方式

電路中有過電流產生時，如果沒有保護措施，晶閘管中的PN結會因過熱而損壞。因此需要采取過電流保護，把過電流消除掉，保護晶閘管，使晶閘管不會損壞。

常用的過電流保護方案有以下幾種，可根據實際需要選擇其中的一種或幾種。

(1)無整流變壓器時，在交流進線中串聯電抗器或采用漏電抗比較大的變壓器，這種保護方法是限制短路電流、保護晶閘管的有效措施，但是它在負載上有電壓降落。

(2)在交流側增設電流檢測裝置，利用檢測回來的過電流信號去控制觸發電路，使觸發脈沖快速右移，使控制角α增大或瞬時停止，從而使晶閘管關斷，限制了電路中的電流。但在晶閘管構成的可逆系統中，停發觸發脈沖會造成逆變顛覆，因此多采用脈沖快速右移的方法。

(3)交流側經交流電流互感器接入過電流繼電器或直流側接入過電流繼電器，可以在過電流時動作，自動切斷電源。一般過電流繼電器開關的動作時間約0.2s，對電流大、上升快、作用時間短的短路電流無保護作用，只有短路電流不大的情況下，才能起到保護晶閘管的作用。

(4)對于大、中容量的設備及經常需要逆變的場合，可以用直流快速開關作直流側過載或短路保護，當出現嚴重過載或較大短路電流時，快速開關比快速熔斷器先動作，盡量避免快速熔斷器熔斷。快速開關的動作時間只有2ms，完全分斷電弧的時間也只有20 ～30 ms，是目前較好的直流側過電流保護裝置。

(5)快速熔斷器是最簡單有效的過電流保護元件。在產生短路過電流時，快速熔斷器熔斷時間小于20 ms，能保證在晶閘管損壞之前，切斷短路故障。用快速熔斷器作過電流保護有三種接法，現以三相橋為例介紹如下。

①橋臂晶閘管串接快熔，如圖1(a)所示，流過快速熔斷器的電流和流過晶閘管的電流相同，對晶閘管保護最好，是應用最廣的一種接法。

②接在交流側輸入端，如圖1(b)所示，這種接法對元件短路和直流側短路均能起到保護作用，但由于在正常工作時流過快熔的電流有效值大于流過晶閘管的電流有效值，故應選用額定電流較大的快熔，這樣有故障過電流時對晶閘管的保護就差了。

③接在直流側的快熔，如圖1(c)所示，僅對負載短路和過載起保護作用。

圖1　快速熔斷器保護的接法

在一般的系統中，常采用過流信號控制觸發電路以抑制過電流，再配合采用快速熔斷器保護。由于快熔價格較高，更換也不方便，通常把它作為過電流保護的最后一道保護。正常情況下，總是先讓其它過電流保護措施動作，盡量避免直接燒斷快熔。

2　晶閘管電流上升率的限制

晶閘管在導通瞬間，載流子集中在其門極附近，隨著時間的推移，導通區才逐漸擴大，直到全部結面導通為止。在此過程中，如果電流上升率di/dt過大，則可能引起門極附近發熱量過高，使晶閘管被燒壞。因此，電流上升率應限制在通態電流臨界上升率以內。

限制電流上升率的方法有如下幾種：

(1)串接進線電抗器。

(2)增設阻容吸收環節。

(3)增大阻容保護中的電阻值可以減小電流上升率，但會降低阻容吸收保護對晶閘管過電壓保護的效果。除此以外，還可以在每個晶閘管支路中串入一個很小的電感器，來抑制晶閘管導通時的正向電流上升率。

參考文獻

[1]石新春,楊京燕,王毅.電力電子技術[M]北京:中國電力出版社,2006.

[2]莫正康.電力電子應用技術[M].北京:機械工業出版社(第三版),2000.

[3]浣喜明,姚為正.電力電子技術[M].北京:高等教育出版社(第三版),2010.

田素娟（1982—），女，山東成武人，講師，主要研究方向：控制工程。

作者簡介：