淺析晶閘管參數(shù)選擇

劉思江 韓薇 張璐

摘? 要：晶閘管可選參數(shù)有很多，在實際使用中選擇晶閘管時要根據(jù)額定電流與電壓的計算來選擇。晶閘管過電流和過電壓能力較弱，在不同的工作環(huán)境中的電流波形不一樣，這就給我們選擇上帶來一定的困擾，如果額定值選取不恰當(dāng)，就會造成浪費，因此根據(jù)工作實際情況選擇合適的晶閘管就顯得尤為重要，本文就對幾個重要的參數(shù)選擇進行了說明。

關(guān)鍵詞：晶閘管選擇;參數(shù);場合;線路

現(xiàn)如今工業(yè)生產(chǎn)大都使用直流電源，晶閘管具有體積小、效率高、輸出電壓調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用。晶閘管作為可控硅是硅整流裝置中主要的器件，如果參數(shù)選擇不合適會直接影響到設(shè)備的運動性能。選擇合適的晶閘管就可以提高運行壽命，保證生產(chǎn)的順利進行和降低設(shè)備的維檢修成本，進而提高經(jīng)濟效益。晶閘管載參數(shù)選擇上最重要的兩項就是額定電流和額定電壓，在實際使用中也提出的器件參數(shù)也是這兩項，我們在變頻裝置上快速或者中頻晶閘管多一個轉(zhuǎn)向關(guān)斷時間參數(shù)。

一、額定電流的選擇

額定電流[IT]指的是晶閘管在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下最大通態(tài)平均電流，在工頻正弦半波在一個周期內(nèi)的平均電流。晶閘管由于常處于工作電流波形變化中，不能用通常的電器元件的有效值來衡量額定電流，我們在選用中需要特別做區(qū)分。工頻正弦半波平均電流的有效值為：I=1.57[IT]在額定電流為100A的晶閘管可以允許通過的電流最大值為157A，我們分析其原因就在于PN結(jié)的結(jié)溫，結(jié)溫的高低取決于晶閘管的發(fā)熱與散熱性能，因此發(fā)熱和散熱是影響晶閘管的通態(tài)平均電流的大小。在實際使用中雖然晶閘管的額定電流[IT]固定，但是發(fā)熱和散熱與晶閘管的電流實際有效值相關(guān)，所以不管通過晶閘管電流波形如何，導(dǎo)通角有多大，只要經(jīng)流實際電力電流等于或者小于晶閘管的額定電流有效值，晶閘管發(fā)熱就能被限制在可控的范圍。波形不同但是具有相同平均值的電流流經(jīng)同一晶閘管時發(fā)熱程度也是不一樣的，因為我們在實際使用時不能用電流的平均值來選取晶閘管，需要根據(jù)非正弦半波電流選擇晶閘管額定電流來進行換算，我們依據(jù)有效值相同發(fā)熱相同的規(guī)律來將非正弦半波電流[Id]換算為等效的正弦半波電流的平均值[IT]，其換算公式為[IT=KfId1.57]，此公式中[Kf]時非正弦半波電流的波形系數(shù)，[Id]非正弦半波電流平均值。在實際選用的過程中，我們經(jīng)常使用比晶閘管通態(tài)平均電流大2～3倍的額定電流作為參數(shù)，使得晶閘管在使用時具有一定的富裕量。

二、額定電壓選擇

晶閘管在門極沒有信號的狀態(tài)下，控制電流[Ig]為0時，在陽（A）—陰（K）極之間加上正向電壓U，器件內(nèi)部PN結(jié)處于方向偏置，導(dǎo)致器件處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，此時稱之為正向阻斷狀態(tài)，假如[UAK]增大到[UBO]晶閘管會從阻斷狀態(tài)狀化為導(dǎo)通狀態(tài)，因此需要選擇足夠的正向重復(fù)阻斷峰值電壓[VDRM]。在陽—陰極之間加上反向電壓時，器件的第一和第三PN結(jié)處于方向偏置，晶閘管處于阻斷狀態(tài)，我們把方向電壓加大到[VRB]時，晶閘管從阻斷變?yōu)閷?dǎo)通，呈現(xiàn)出反向擊穿進而損壞器件。

由于晶閘管在實際使用中經(jīng)常性的出現(xiàn)瞬間電壓過高的現(xiàn)象，又因為晶閘管運載時環(huán)境溫度高，導(dǎo)致散熱不充分，正向轉(zhuǎn)折電壓值在降低時外加電壓峰值瞬時查稿正反向不重復(fù)峰值電壓，最終造成晶閘管的損壞和誤導(dǎo)通，因此我們在選用晶閘管時要選取比額定電壓值大2～3倍的參數(shù)。

三、門極參數(shù)選擇

晶閘管門極有控制信號使得其從阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，從阻斷到導(dǎo)通時需要一定開通時間（[Tgt]），開通時間由延遲時間和上升時間組成，延遲時間時從門極電流脈沖前沿到通態(tài)陽極電流[IA]達到終值的10%的瞬時為止的時間間隔，上升時間時陽極電流從10%上升為90%所經(jīng)歷的時間。因此我們可以總結(jié)到開通時間[Tgt]與晶閘管門極的觸發(fā)電壓、電流相關(guān)，也與開通前后陽極電流相關(guān)，普通晶閘管開通時間在10[μs]內(nèi)，當(dāng)外電路回路電感較大時開通時間會上升到上百[μs]，因此在選用晶閘管時，特別時在串聯(lián)晶閘管的使用時要選擇門極觸發(fā)特征相近的晶閘管使用在設(shè)備上，以達到提高設(shè)備運行可靠性和使用壽命，如果使用觸發(fā)特性不同的晶閘管在串聯(lián)位置上時會引起正向電壓無法平均分配，開通時間較長致使晶閘管受到不可逆損害，在并聯(lián)位置上時開通時間短的晶閘管由于承受了巨大的電流而損壞。所以我們要用觸發(fā)電流和電壓相一致的晶閘管用于并串聯(lián)。

我們在遇到需要晶閘管不能有誤導(dǎo)通的情況時，例如在電機調(diào)速設(shè)備時，要選擇門極觸發(fā)電壓和電流大的晶閘管，例如觸發(fā)電壓[Vgt>2V]，觸發(fā)電流[Igt>150mA]，這樣情況下保證在設(shè)備運作中不出現(xiàn)誤導(dǎo)通的現(xiàn)象。當(dāng)觸發(fā)脈沖功率強時我們在電路中也可以用觸發(fā)電流和電壓較大的晶閘管。又例如在磁選礦設(shè)備中，可以選用[Vg]和[Ig]相對較低的晶閘管，[Vgt<1.5V]，[Igt<100mA]。

四、關(guān)斷時間選擇

晶閘管在陽極電流減少為零時，如果我們立即加上陽極電壓，即使在無門極信號時也會致使晶閘管導(dǎo)通，假如此晶閘管關(guān)斷之前承受過一定的反向偏置電壓也不會導(dǎo)通，這說明了晶閘管在關(guān)斷之后需要時間恢復(fù)阻斷能力。這一時間時由反向恢復(fù)時間和門極恢復(fù)時間組成的，普通晶閘管的關(guān)斷時間控制在150～200[μs]可以滿足一般工頻變流器的使用，在大感性負(fù)載的情況下需要進行晶閘管的選擇。在中頻逆轉(zhuǎn)使用中需要對關(guān)斷時間進行選擇，例如電機車斬波器、變頻調(diào)速器、中頻裝置等，我們采用快速晶閘管，其關(guān)斷時間在10搭配50[μs]，工作頻率在1K～4KHZ，中速的晶閘管關(guān)斷時間在60～100[μs]。

在選擇晶閘管器件的參數(shù)時，我們要根據(jù)不同的使用場合、線路、負(fù)載的狀態(tài)對一些特定的參數(shù)進行考慮，以達到設(shè)備運行良好壽命更長久的目標(biāo)。

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