电力电子半导体器件(SCR).ppt

第三章晶闸管,3.1普通晶闸管,Thyristor硅可控整流器，可控硅，SCR。,一、结构四层PNPN结构，三端器件,符号,正向阻断AK接正电压，J2反偏，漏电流很小。,反向阻断AK接负电压，J1，J3反偏，漏电流很小。,等效电路由PNP和NPN两个晶体管互联，内部正反馈连接。,正反馈过程,令两个晶体管共基极电流放大数α1、α2,J2结反向漏电流为IC0,则,,共基极电流放大系数α1、α2与发射极电流变化关系,①IG0时，α1、α2约为0，IA≈IC0，晶闸管正向阻断。②IG0时，α1、α2随射极电流增大而上升，当α1α2≈1时，IA迅速增大，正向导通。,*此时，即使再为0，晶闸管仍继续导通半控型器件。,1．晶闸管导通的几种情况①门极触发Ａ－Ｋ极之间加正向电压；Ｇ－Ｋ极间加正向电压和电流。通用方法②阳极电压作用阳极电压上升到相当数值时，J3结击穿，IB2增大，由正反馈作用导致导通。会引起局部过热，易击穿，不易控制。③du/dt作用阳极电压上升速率快，J3结电容C产生位移电流导致射极电流增大，引起导通。控制困难，过大的du/dt会损坏管子。④温度作用结温增高，漏电流增大，引起导通。⑤光触发光照射下，产生电子空穴对，形成触发电流。光触发晶闸管,⑤光触发光照射下，产生电子空穴对，形成触发电流。光触发晶闸管,1．晶闸管导通的几种情况,①门极触发Ａ－Ｋ极之间加正向电压；Ｇ－Ｋ极间加正向电压和电流。通用方法,②阳极电压作用阳极电压上升到相当数值时，J3结击穿，IB2增大，由正反馈作用导致导通。会引起局部过热，易击穿，不易控制。,③du/dt作用阳极电压上升速率快，J3结电容C产生位移电流导致射极电流增大，引起导通。控制困难，过大的du/dt会损坏管子。,④温度作用结温增高，漏电流增大，引起导通。,2．关断条件阳极电压减小/反向，使阳极电流减小到维持电流以下，IAron时，起均流作用，R越大，效果越好。改变R阻值，可调整各支路电流。R电阻有功率损耗。,2．动态均流SCR从截止→导通过渡过程和从导通→截止过渡过程中，由于器件开通延迟时间和关断延迟时间不一致，造成动态不均流。其中，截止→导通过渡过程中，动态不均流会导致损坏管子。而导通→截止过渡过程中，由于器件在导通时，阳极导电面积大，而且电流在减小，可承受一定的过流。①选开通时间一致的SCR。②门极强脉冲触发。③均流变压器。④合理布线。,电感均流,均流变压器,3．并联时电流额定值选择,并联臂平均电流,,总结SCR同时串联、并联时，应先串后并。大功率设备中，采用变压器二次绕组分组方式，独立整流，输出成组串联、并联。装置串、并联。,三、SCR保护可控硅系统，承受过电压、过电流能力较差，短时间过电流、过电压将会损坏器件。但设计时不能根据过电压、过电流值确定电路参数，应充分发挥器件的过载能力，主要靠保护电路来提高可靠性。,（一）过电流及保护过电流原因很多，如SCR损坏，触发电路故障，控制系统故障，交流电压过高、过低或缺相，负载过载或短路，相邻设备故障等。SCR过载能力主要受结温限制，一般，风冷器件1150C，水冷器件1000C，在冷却条件下,流过两倍通态平均电流时，耐受时间0.5s流过三倍通态平均电流时，耐受时间60ms流过六倍通态平均电流时，耐受时间20ms一个周期）按此特性，用有效值换算，与保护电器相配合，进行保护设计。保护方法1．快速熔断器普通熔断器由于动作慢不能用于SCR保护，快速熔断器熔断时间极短，如日产FA-F150C型，6倍额定电流时，一个周波即可熔化。,特性。,熔断为物理过程，一般不用做过载保护，只用于短路保护。,主要参数熔断特性，分断能力，断开时瞬时电压和,快速熔断器的用法,2．快速开关和过流继电器①过流继电器由电流互感器取得交流侧信号，过流时12ms既可动作，常用来断开门极或断开主回路，使快速熔断器不动作。②过负荷热继电器安装在交流侧，进行过负荷热保护，动作时间长。③快速开关直流快速断路器，分断时间10ms。使用快速开关和过流继电器，应先于快速熔断器动作，可不用经常更换快熔。3．反馈控制过流保护动作速度快，由过流元件检测，控制触发角，封锁驱动信号。,（二）过电压及保护过压会使SCR击穿，它比过流更具破坏性。1．过电压原因①合闸时操作过电压；（变压器分布电容引起）②分闸时操作过电压；（变压器储能）③快熔分断时过电压；（过流保护动作）④换相冲击电压；（换相过电压和换相振荡过电压）⑤雷击等外来冲击引起的过电压；,2．过电压保护①用非线性元件限制过电压幅度；（压敏电阻，硒堆）②用电阻消耗产生过压的能量；③用储能元件吸收产生过压的能量；,输入交流侧过电压保护,直流侧保护过电压保护，RC吸收回路,（三）dv/dtdi/dt限制1．dv/dt产生原因电网突变，换相过程。限制dv/dt可在电源输入端串联电抗器。2．di/dt产生原因SCR导通时，阻容保护中电容向SCR放电；交流电源通过SCR向负载电容充电；直流侧负载短路；合理选择RC回路参数，桥臂串联电抗，如空心电抗器或在母线上套磁环。,