分析可控硅過流保護(hù)裝置在煤礦技術(shù)中的應(yīng)用

【摘要】本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，從用于煤礦機(jī)械的可控硅整流裝置產(chǎn)生過電流的原因出發(fā)，并主要就可控硅過流保護(hù)措施在煤礦技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討。

【關(guān)鍵詞】可控硅整流裝置；過流保護(hù)；煤礦；應(yīng)用

可控硅也被稱為晶閘管，是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種大功率半導(dǎo)體器件，它具有重量輕、體積小、動作迅速、效率高、壽命長以及維修和操作方便等特點，可主要可用于整流、逆變、調(diào)壓和開關(guān)等方面。當(dāng)前，可控硅整流裝置已被廣泛應(yīng)用于煤礦機(jī)械和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。然而由于可控硅整流裝置的熱容量較小，承受過電流的能力很差，在煤礦機(jī)械生產(chǎn)中一旦發(fā)生過電流時，溫度急劇上升，可能會造成元件內(nèi)部的短路或開路，影響到煤礦機(jī)械的正常生產(chǎn)和運(yùn)行。為此，對用于煤礦機(jī)械設(shè)備的可控硅整流裝置，必須采用有效的過流保護(hù)措施，以確保機(jī)械和設(shè)備的安全。

一、可控硅整流裝置產(chǎn)生過電流的原因

由于用于煤礦機(jī)械的可控硅整流裝置多為四層半導(dǎo)體器件，其PN結(jié)層熱容量較小，所以可控硅整流裝置的過電流能力很差。通常在煤礦機(jī)械參數(shù)中，均規(guī)定了浪涌電流必須在一定時間內(nèi)下降，才不會導(dǎo)致可控硅整流裝置的損壞。在實際生產(chǎn)中，造成可控硅整流裝置過電流的原因，主要有以下幾個方面：

1、煤礦設(shè)備輸出回路出現(xiàn)過載或短路問題。

2、電路中某一可控硅整流裝置出現(xiàn)擊穿損壞，引發(fā)相鄰可控硅裝置的過電流。

3、煤礦設(shè)備控制電路工作不正常，或者受到干擾使得可控硅整流裝置誤觸發(fā)而導(dǎo)致過電流的發(fā)生。

二、用于煤礦機(jī)械的可控硅整流裝置的過電流保護(hù)措施

生產(chǎn)實踐證明，用于煤礦機(jī)械的可控硅整流裝置在較短時間內(nèi)是可以承受一定的過電流的。例如，較常使用的額定電流為50A的可控硅整流裝置，在20ms（設(shè)備交流電的一個周期）內(nèi)，可承受5倍的過電流，在5s內(nèi)可承受2倍的過電流。當(dāng)煤礦機(jī)械發(fā)生過電流問題時，只要在允許時間內(nèi)對過電流進(jìn)行限制或切斷，即可?？煽毓枵餮b置免受損壞。因此，對過電流保護(hù)的要求必須動作快速、準(zhǔn)確。較常采用的過流保護(hù)措施，主要有以下幾種：

1、裝設(shè)快速熔斷器保護(hù)

快速熔斷器保護(hù)裝置是實現(xiàn)煤礦機(jī)械過電流保護(hù)最為簡便的器件。專用于保護(hù)可控硅整流裝置的快速熔斷器具有較快的熔斷（A-s）特性，和普通熔斷器相比，在同樣過電流倍數(shù)下，其熔斷時間會短得多。例如快速熔斷器在發(fā)生5倍的額定電流時，在不到20ms即可熔斷。所以，只要選擇和裝設(shè)適宜的快速熔斷器，在煤礦機(jī)械發(fā)生過電流問題時，可在可控硅損壞之前先熔斷，有效起到保護(hù)的作用。

目前，用于煤礦機(jī)械的快速熔斷器型號主要有RTK、RLS和RSO系列。其中，RTK系列是較大容量的插入式快速熔斷器，有50、75、100、150和350A這幾種規(guī)格；RLS系列則是小容量螺旋式快速熔斷器，適用于額定電壓在500v，額定電流在100A以內(nèi)的煤礦機(jī)械中；RSO系列是有填料封閉的管式快速溶洞器，電壓等級主要有250、500和750V三種，額定電流等級有35、50、80、150、320和350這六種。在選用快速熔斷器時應(yīng)注意，可控硅整流裝置的額定電流是以平均值定義的，所以選用的快速熔斷器額定電流有效值，應(yīng)為可控硅通過電流額定定值的1.57倍，快速熔斷器額定電壓應(yīng)大于設(shè)備線路正常工作電壓。

根據(jù)煤礦機(jī)械的實際情況需要，快速熔斷器在設(shè)備電路中裝設(shè)的位置也有所區(qū)別，較常采用的有以下幾種：

（1）裝設(shè)在設(shè)備的交流輸入端：如下圖1（a）和（b）中的1RD所示。裝設(shè)在該位置的快速熔斷器，可對可控硅整流裝置的短路問題，或者設(shè)備輸出端過載、短路問題均能起到有效的保護(hù)作用。

（2）裝設(shè)在設(shè)備直流輸出端：如下圖1（a）和（b）中的2RD所示，裝設(shè)在該位置處的快速熔斷裝置可對設(shè)備輸出端的過載或短路起到過流保護(hù)作用，但對可控硅整理裝置自身的短路問題不能起保護(hù)作用。

（3）與可控硅整流裝置直接串接：當(dāng)可控硅整流裝置并聯(lián)工作時，可采用快速熔斷器與可控硅串聯(lián)的接法，如下圖1（c）所示。它可使某一可控硅整理裝置在出現(xiàn)短路問題時，相串聯(lián)的熔斷器熔斷，而其它部分則不會受到影響。

2、裝設(shè)快速過流繼電器

為實現(xiàn)可控硅整流裝置的過流保護(hù)，還可在煤礦機(jī)械的交流側(cè)進(jìn)線端或者直流輸出端，接入快速過流繼電器作為保護(hù)。當(dāng)煤礦機(jī)械設(shè)備發(fā)生過載時，快速繼電器動作，跳開輸入端的快速自動關(guān)。由于繼電器的動作往往需要一定的時間，因此這種保護(hù)措施，對可控硅整流裝置過載是有效的，但對較大的短路電流，所起到保護(hù)作用不是很有效。

3、采用負(fù)反饋式限流保護(hù)

負(fù)反饋式限流保護(hù)的原理是，當(dāng)煤礦機(jī)械過載或短路電流不大時，可利用過電流信號將觸發(fā)脈沖后移或停止觸發(fā)，以減小經(jīng)過可控硅整流裝置的過電流。例如一種典型的限流控制保護(hù)電路。從交流側(cè)經(jīng)電流互感器檢出過流信號，經(jīng)過整流放大后作為反饋信號加入到觸發(fā)電路，從而使移相控制角α增大，導(dǎo)通角θ減小，從而減小設(shè)備電路主回路的直流電壓平均值，并使得經(jīng)過可控硅整流裝置的過電流得到明顯下降。這種過流保護(hù)方案的優(yōu)點是電路設(shè)計簡單，但電阻需要消耗電能，加大了機(jī)械的電能損耗，因此主要適用于煤礦小容量的機(jī)械設(shè)備中。

總結(jié)

本文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，從用于煤礦機(jī)械的可控硅整流裝置產(chǎn)生過電流的原因出發(fā)，并主要就可控硅過流保護(hù)措施在煤礦技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探討。在上文中所述的可控硅整流裝置過流保護(hù)措施，在實際煤礦機(jī)械設(shè)備中，可只選用其中一種或兩種進(jìn)行過流保護(hù)。在選用具體保護(hù)措施時，應(yīng)綜合考慮到煤礦機(jī)械設(shè)備的容量大小、額定電流大小以及負(fù)載性質(zhì)等因素，以確保可控硅過流保護(hù)措施應(yīng)用的適宜性，并真正保證煤礦機(jī)械設(shè)備的安全。