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| 一. | 參數(shù)說(shuō)明 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. | 參數(shù)表中所給出的數(shù)據(jù)，ITSM、I2t、dv/dt、di/dt指的是元件所能滿足的最小值, Qr、VTM、VTO、rT指元件可滿足(不超過(guò))的最大值。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. | 通態(tài)平均電流額定值ITAV(IFAV) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ? | ITAV(IFAV)指在雙面冷卻條件下，保證散熱器溫度55℃時(shí)，允許元件流過(guò)的最大正弦半波電流平均值。ITAV(IFAV)對(duì)應(yīng)元件額定有效值IRMS=1.57 ITAV。實(shí)際使用中，若不能保證散熱器溫度低于55℃或散熱器與元件接觸熱阻遠(yuǎn)大于規(guī)定值，則元件應(yīng)降額使用。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3. | 可控硅通態(tài)電流上升率di/dt | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 參數(shù)表中所給的為元件通態(tài)電流上升率的臨界重復(fù)值。其對(duì)應(yīng)不重復(fù)測(cè)試值為重復(fù)值的2倍以上，在使用過(guò)程中，必須保證元件導(dǎo)通期任何時(shí)候的電流上升率都不能超過(guò)其重復(fù)值。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4. | 可控硅使用頻率 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
可控硅可工作的最大頻率由其工作時(shí)的電流脈沖寬度tp，關(guān)斷時(shí)間tq以及從關(guān)斷后承受正壓開(kāi)始至其再次開(kāi)通的時(shí)間tV決定。fmax=1/(tq+tp+tV)。根據(jù)工作頻率選取元件時(shí)必須保證元件從正向電流過(guò)零至開(kāi)始承受正壓的時(shí)間間隔tH>tq，并留有一定的裕量。隨著工作頻率的升高，元件正向損耗Epf和反向恢復(fù)損耗Epr隨之升高，元件通態(tài)電流須降額使用。
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| 二. | 元件的選擇 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 凱高達(dá)科技教你正確地選擇可控硅、整流管等電力電子器件對(duì)保證整機(jī)設(shè)備的可靠性及降低設(shè)備成本具有重要意義。元件的選擇要綜合考慮其使用環(huán)境、冷卻方式、線路型式、負(fù)載性質(zhì)等因素，在保證所選元件各參數(shù)具有裕量的條件下兼顧經(jīng)濟(jì)性。由于電力電子器件的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，具體應(yīng)用形式多種多樣，下面僅就可控硅元件在整流電路和單項(xiàng)中頻逆變電路中的選擇加以說(shuō)明。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1. | 整流電路器件選擇 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 工頻整流是可控硅元件最常用的領(lǐng)域之一。元件選用主要考慮其額定電壓和額定電流。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| (1) | 可控硅器件的正反向峰值電壓VDRM和VRRM：應(yīng)為元件實(shí)際承受最大峰值電壓UM的2-3倍，即VDRM/RRM=(2-3)UM。各種整流線路對(duì)應(yīng)的UM值見(jiàn)表1。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| (2) | 可控硅器件的額定通態(tài)電流IT(AV)： 可控硅的IT(AV)值指的是工頻正弦半波平均值，其對(duì)應(yīng)的有效值ITRMS=1.57IT(AV)。為使元件在工作過(guò)程中不因過(guò)熱損壞，流經(jīng)元件的實(shí)際有效值應(yīng)在乘以安全系數(shù)1.5-2后才能等于1.57IT(AV)。假設(shè)整流電路負(fù)載平均電流為Id，流經(jīng)每個(gè)器件的電流有效值為KId，則所選器件的額定通態(tài)電流應(yīng)為： IT(AV)=(1.5-2)KId / 1.57=Kfd*Id
Kfd為計(jì)算系數(shù)。對(duì)于控制角α=0O時(shí)，各種整流電路下的Kfd值見(jiàn)表1。選擇元件IT(AV)值還應(yīng)考慮元件散熱方式。一般情況下風(fēng)冷比水冷相同元件的額定電流值要低；自然冷卻情況下，元件的額定電流要降為標(biāo)準(zhǔn)冷卻條件下的三分之一。
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| 表1：整流器件的最大峰值電壓UM及通態(tài)平均電流計(jì)算系數(shù)Kfd | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 注：U2為主回路變壓器二次相電壓有效值;單項(xiàng)半波電感負(fù)載電路帶續(xù)流二極管。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2. | 中頻逆變?cè)倪x擇 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 一般400HZ以上的工作條件下，應(yīng)考慮使用KK器件；頻率在4KHz以上時(shí)，可考慮使用KA器件。這里主要介紹一下并聯(lián)逆變電路中元件的選擇(見(jiàn)圖一)。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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| (1) | 元件正向和反向峰值電壓VDRM、VRRM | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 元件正向和反向峰值電壓應(yīng)取其實(shí)際承受最大正、反向峰值電壓的1.5-2倍。假設(shè)逆變器直流輸入電壓為Ud，功率因數(shù)為cosψ則：
VDRM/RRM=(1.5-2)πUd /(2cosψ)
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| (2) | 元件的額定通態(tài)電流IT(AV) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 考慮到元件在較高頻率下工作時(shí)，其開(kāi)關(guān)損耗非常顯著，元件的額定通態(tài)電流應(yīng)按實(shí)際流過(guò)其有效值I的2-3倍來(lái)考慮，即
IT(AV)=(2-3)I/1.57
假設(shè)逆變器直流輸入電流為Id，則所選器件IT(AV)為
IT(AV)=(2-3)×Id/(1.57 )
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| (3) | 關(guān)斷時(shí)間tq | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 并聯(lián)逆變線路中，KK元件的關(guān)斷時(shí)間選擇要根據(jù)觸發(fā)引前時(shí)間tf和換流時(shí)間tr來(lái)決定。一般取： | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| ? | tq=(tf-tr)× |  |
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| ? | (當(dāng)功率因數(shù)為0.8時(shí)tf約為周期的十分之一，tr按元件di/dt小于或等于100A/μS來(lái)確定) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ? | 在頻率較高時(shí)，可通過(guò)減小換流時(shí)間tr，并適當(dāng)犧牲功率因數(shù)增加tf的方法來(lái)選擇具有合適tq值的元件 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ? | 以上簡(jiǎn)略介紹了整流和逆變工作條件下元件的選擇。在許多情況下，除了元件的額定電壓、電流外，還要根據(jù)具體條件選擇元件的門(mén)極參數(shù)、通態(tài)壓降以及斷態(tài)電壓臨界上升率dv/dt和通態(tài)電流臨界上升率di/dt。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 三. | 元件的保護(hù) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ? | 可控硅元件的電壓和電流過(guò)載能力極差，尤其是耐壓能力，瞬時(shí)的過(guò)壓就會(huì)造成元件永久性的損壞。為了使元件能長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，必須針對(duì)過(guò)壓 和過(guò)電流發(fā)生的原因采取保護(hù)措施。
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| 1. | 過(guò)壓保護(hù) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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可控硅工作過(guò)程中可能承受的過(guò)壓主要有以下幾種：一種是由于裝置拉、合閘、負(fù)載打火等引起的過(guò)壓；一種是由于元件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的關(guān)斷電壓；還有因雷擊等原因從電網(wǎng)侵入的浪涌電壓。為限制過(guò)電壓的幅值低于元件的正反向峰值電壓，可采取以下保護(hù)措施(見(jiàn)圖二)。
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| (1) | 在變壓器一次側(cè)接上避雷器，在二次側(cè)加裝阻容保護(hù)、硒堆、壓敏電阻等非線性電阻元件進(jìn)行保護(hù)。在整流直流側(cè)采取壓敏電阻和泄能保護(hù)裝置，以防止元件承受過(guò)電壓。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| (2) |
在可控硅陰陽(yáng)極兩端直接進(jìn)行保護(hù)。可控硅關(guān)斷過(guò)程中主電流過(guò)零反向后迅速由反向峰值恢復(fù)至零電流，此過(guò)程可在元件兩端產(chǎn)生達(dá)正常工作峰值電壓5-6倍的尖峰電壓。一般建議在盡可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路。電阻R選無(wú)感電阻，通常取5-30Ω；電容C通常在0.1-1μF，耐壓選元件耐壓的1.1-1.5倍。具體R、C取值可根據(jù)元件型號(hào)及工作情況調(diào)試決定。注意保證電阻R的功率，尤其在中頻逆變電路中，使之不會(huì)因發(fā)熱而損壞。 |
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| 2. | 過(guò)流保護(hù) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ? | 可控硅元件在短時(shí)間內(nèi)具有一定的過(guò)流能力，但在過(guò)流嚴(yán)重時(shí)，不采取保護(hù)措施，就會(huì)造成元件損壞。在線路設(shè)計(jì)和元件選擇時(shí)應(yīng)考慮負(fù)載短路和過(guò)載情況，確保在異常情況下設(shè)備能自動(dòng)保護(hù)。一般有以下幾種措施(見(jiàn)圖三)。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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| (1) | 在進(jìn)線中串接電抗器限制短路電流，使其他保護(hù)方式切斷電流前元件短時(shí)間內(nèi)不致?lián)p壞； | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| (2) | 線路采用過(guò)流檢測(cè)裝置，由過(guò)流信號(hào)控制觸發(fā)器抑制過(guò)流，或接入過(guò)流繼電器。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| (3) | 安裝快速熔斷器。快速熔斷器的動(dòng)作時(shí)間要求在10ms以內(nèi)，熔斷體的額定電流IKR可按以下原則選取：
1.57IT(AV)≥IKR≥IT
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| ? | IT(AV)為元件額定電流，IT為元件實(shí)際工作電流有效值 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 四. | 可控硅門(mén)極觸發(fā) | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ? | 參數(shù)表中所給可控硅IGT、VGT為能觸發(fā)元件至通態(tài)的最小值，實(shí)際使用中，可控硅門(mén)極觸發(fā)IGT、VGT應(yīng)遠(yuǎn)大于此值。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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應(yīng)用中門(mén)極觸發(fā)電流波形對(duì)可控硅開(kāi)通時(shí)間、開(kāi)通損耗以及di/dt承受能力，都有較大影響。為保證元件工作在最佳狀態(tài)，并增強(qiáng)抗干擾性能，凱高達(dá)科技所有可控硅,建議門(mén)極觸發(fā)脈沖電流幅值：IGM=2～5A(<10A)，上升率：diG/dt≥2A/μs，上升時(shí)間：tr≤1μs。即采用極陡前沿的強(qiáng)觸發(fā)脈沖(見(jiàn)圖四)。 |
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| 五. | 元件串并聯(lián)使用 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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元件串并聯(lián)使用時(shí)，線路上應(yīng)采取門(mén)極強(qiáng)觸發(fā)脈沖、均流、均壓措施，還須挑選開(kāi)通、恢復(fù)特性一致的元件。特別是元件串聯(lián)工作于較高di/dt的逆變線路中時(shí)，其反向恢復(fù)特性對(duì)動(dòng)態(tài)均壓起主要作用。
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