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可控硅整流器是一種以晶閘管(電力電子功率器件)為基礎，以智能數字控制電路為核心的電源功率控制電器。具有效率高、無機械噪聲和磨損、響應速度快、體積小、重量輕等諸多優點。“NX70系列晶閘管整流器”通過對電壓、電流和功率的精確控制，從而實現精密控溫。并且憑借其先進的數字控制算法，優化了電能使用效率。對節約電能起了重要作用。 1.整流元件(晶閘管) 簡單地說：整流器是把單相或三相正弦交流電流通過整流元件變成平穩的可調的單方向的直流電流。其實現條件主要是依靠整流管,晶閘管等元件通過整流來實現.除此之外整流器件還有很多,如:可關斷晶閘管GTO,逆導晶閘管，雙向晶閘管，整流模塊,功率模塊IGBT,SIT,MOSFET等等,這里只探討晶閘管. 晶閘管又名可控硅,通常人們都叫可控硅.是一種功率半導體器件,由于它效率高,控制特性好,壽命長,體積小等優點,自上個世紀六十長代以來,獲得了迅猛發展,并已形成了一門獨立的學科.“晶閘管交流技術”。 晶閘管發展到今天，在工藝上已經非常成熟，品質更好，成品率大幅提高，并向高壓大電流發展。目前國內晶閘管最大額定電流可達5000A，國外更大。我國的韶山電力機車上裝載的都是我國自行研制的大功率晶閘管。 晶閘管的應用： 一、可控整流 如同二極管整流一樣，可以把交流整流為直流，并且在交流電壓不變的情況下，方便地控制直流輸出電壓的大小即可控整流，實現交流——可變直流 二、交流調壓與調功 利用晶閘管的開關特性代替老式的接觸調壓器、感應調壓器和飽和電抗器調壓。為了消除晶閘管交流調壓產生的高次諧波，出現了一種過零觸發，實現負載交流功率的無級調節即晶閘管調功器。交流——可變交流。 三、逆變與變頻 直流輸電：將三相高壓交流整流為高壓直流，由高壓直流遠距離輸送以減少損耗，增加電力網的穩定，然后由逆變器將直流高壓逆變為50HZ三相交流。直流——交流 中頻加熱和交流電動機的變頻調速、串激調速等變頻，交流——頻率可變交流 四、斬波調壓(脈沖調壓) 斬波調壓是直流——可變直流之間的變換，用在城市電車、電氣機車、電瓶搬運車、鏟車(叉車)、電氣汽車等，高頻電源用于電火花加工。 五、無觸點功率靜態開關(固態開關) 作為功率開關元件，代替接觸器、繼電器用于開關頻率很高的場合 晶閘管導通條件: 晶閘管加上正向陽極電壓后，門極加上適當正向門極電壓，使晶閘管導通過程稱為觸發。晶閘管一旦觸發導通后，門極就對它失去控制作用，通常在門極上只要加上一個正向脈沖電壓即可，稱為觸發電壓。門極在一定條件下可以觸發晶閘管導通，但無法使其關斷。要使導通的晶閘管恢復阻斷，可降低陽極電壓，或增大負載電阻，使流過晶閘管的陽極電流減小至維持電流(IH)(當門極斷開時，晶閘管從較大的通態電流降至剛好能保持晶閘管導通所需的最小陽極電流叫維持電流)，電流會突然降到零，之后再提高電壓或減小負載電阻，電流不會再增大，說明晶閘管已恢復阻斷。 根據晶閘管陽極伏安特性，可以總結出： 1.門極斷開時，晶閘管的正向漏電流比一般硅二極管反向漏電流大，且隨著管子正向陽極電壓升高而增大。當陽極電壓升到足夠大時，會使晶閘管導通，稱為正向轉折或“硬開通”。多次硬開通會損壞管子。 2.晶閘管加上正向陽極電壓后，還必須加上觸發電壓，并產生足夠的觸發電流，才能使晶閘管從阻斷轉為導通。觸發電流不夠時，管子不會導通，但此時正向漏電流隨著增大而顯著增大。晶閘管只能穩定工作在關斷和導通兩個狀態，沒有中間狀態，具有雙穩開關特性。是一種理想的無觸點功率開關元件。 3.晶閘管一旦觸發導通，門極完全失去控制作用。要關斷晶閘管，必須使陽極電流<維持電流，對于電阻負載，只要使管子陽極電壓降為零即可。為了保證晶閘管可靠迅速關斷，通常在管子陽極電壓互降為零后，加上一定時間的反向電壓。 晶閘管主要特性參數 1.正反向重復峰值電壓——額定電壓(VDRM 、 VRRM取其小者) 2.額定通態平均電流IT(AV)——額定電流(正弦半波平均值) 3.門極觸發電流IGT，門極觸發電壓UGT， (受溫度變化) 4.通態平均電壓UT(AV)即管壓降 5.維持電流IH與掣住電流IL 6.開通與關斷時間 晶閘管的選擇： 晶閘管的過載能力差，根據實際最大電流還要乘以1.5~3倍，即電流裕量。通常按平均電流IT(AV)選取，額定電流的有效值ITe(即均方根值)為平均電流的1.57倍。 波形系數Kf=Ite/IT(AV)=1.57 額定電壓應取實際工作時的可能最大電壓2~3倍，即電壓裕量。 同時還要加上必要的保護措施。 門極觸發電流：幾十個mA~幾百mA，離開這個范圍可能誤觸發或難觸發 門極觸發電壓：3V左右 臺面有凹臺和凸臺之分，散熱器與此有關 §2.主電路型式及多相整流 一.單相 1. 單相半波可控整流電路 2. 單相全波可控整流電路(雙半波) 3. 單相半控橋式可控整流電路 4. 單相橋式可控整流電路 二.三相 1. 三相半波可控整流電路 2. 三相橋式全控整流電路 3. 三相橋式半控整流電路 4. 三相全控橋式同相逆并聯整流電路 5. 雙反星形帶平衡電抗器可控整流電路 6. 雙反星形帶平衡電抗器全電路同相逆并聯可控整流Δ/Y┻Y+ Y┻Y 三.多相整流 多相整流可以大幅降低高次諧波電流，減少對電網的污染。 不論是三相橋式還是雙反星形電路都可以組成多相整流。如12、24、36、48脈波，即在一個交流周波中直流脈動次數。一般來說，24脈波以上變壓器結構相對較復雜，整變閥側出線銅排較多，這樣帶來了一些其它困難。大容量機組可以用多臺整流機組，通過移相相位差及并聯運行來實現多相整流。 §3.保護 可控硅本身在選擇時就已準備了很大的電流電壓裕量。為了使整流器可靠的工作，還必須加上各種保護。過流，限流，過壓，快熔斷，元件損壞，水壓異常，水溫高，缺相，欠支路，橋臂過熱，防雷擊，控制電路過流過壓失控等;整變輕重瓦斯，油溫異常。 1.晶閘管關斷過電壓(換流過電壓、空穴積蓄效應過電壓)及保護 晶閘管從導通到阻斷，線路電感(主要是變壓器漏感LB)釋放能量產生過電壓。由于晶閘管在導通期間，載流子充滿元件內部，在關斷過程中，管子在反向作用下，正向電流下降到零時，元件內部殘存著載流子。這些載流子在反向電壓作用下瞬時出現較大的反向電流，使殘存的載流子迅速消失，這時反向電流減小即diG/dt極大，產生的感應電勢很大，這個電勢與電源串聯，反向加在已恢復阻斷的元件上，可導致晶閘管反向擊穿。這就是關斷過電壓(換相過電壓)。數值可達工作電壓的5~6倍。保護措施：在晶閘管兩端并接阻容吸收電路。 2.交流側過電壓及其保護 由于交流側電路在接通或斷開時出現暫態過程，會產生操作過電壓。高壓合閘的瞬間，由于初次級之間存在分布電容，初級高壓經電容耦合到次級，出現瞬時過電壓。措施：在三相變壓器次級星形中點與地之間并聯適當電容，就可以顯著減小這種過電壓。與整流器并聯的其它負載切斷時，因電源回路電感產生感應電勢的過電壓。變壓器空載且電源電壓過零時，初級拉閘，因變壓器激磁電流的突變，在次級感生出很高的瞬時電壓，這種電壓尖峰值可達工作電壓的6倍以上。交流電網遭雷擊或電網侵入干擾過電壓，即偶發性浪涌電壓，都必須加阻容吸收路進行保護。 3.直流側過電壓及保護 當負載斷開時或快熔斷時，儲存在變壓器中的磁場能量會產生過電壓，顯然在交流側阻容吸收保護電路可以抑制這種過電壓，但由于變壓器過載時儲存的能量比空載時要大，還不能完全消除。措施：能常采用壓敏吸收進行保護。 4.過電流保護 一般加快速熔斷器進行保護，實際上它不能保護可控硅，而是保護變壓器線圈。 5.電壓、電流上升率的限制 §4.均流與晶閘管選擇 均流不好，很容易燒壞元件。為了解決均流問題，過去加均流電抗器，噪聲很大，效果也不好，一只一只進行對比，擰螺絲松緊，很盲目，效果差，噪音大，耗能。我們采用的辦法是：用計算機程序軟件進行動態參數篩選匹配、編號，裝配時按其號碼順序裝配，很間單。每一只元件上都刻有字，以便下更換時參考。這樣能使均流系數可達到0.85以上。為了減少并聯，選用大元件。這樣可以進一步提高均流度，并減小損耗，因為每一只元件都存在一個 壓降， 這也是整流器的主要損耗。 §5.觸發控制電路 目前，可控硅觸發電路有很多：模擬IC集成觸發電路，其中有國產IC KJ004(KJ009); 進口IC有TCA785 ，787電路;數字觸發(一種邏輯芯片)模擬控制，可同步鎖相;單片機觸發控制電路也越來越廣泛應用，都可PI調節。都能滿足可控硅的觸發要求。 |
