晶閘管基本結(jié)構(gòu)

? ? ? ? 功率電子電路是以功率電子器件為基礎(chǔ)在近十多年所發(fā)展起來(lái)的一種含有多種學(xué)科交叉的電子電路。而功率電子器件是用于對(duì)大功率電能進(jìn)行變換和控制的大功率（通常指電流為數(shù)十安至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上）電子器件。

　　各種功率電子器件均具有導(dǎo)通和阻斷兩種工作特性。根據(jù)其對(duì)導(dǎo)通與阻斷的可控性，功率電子器件可分為3類(lèi)：不可控型器件、半控型器件、全控型器件。

　　其中由于半控型功率電子器件中普通晶閘管的應(yīng)用最普遍。

　　晶閘管（Thyristor）是硅晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，又被稱(chēng)作可控硅（Silicon Controlled?RecTIfier，SCR）。主要應(yīng)用在可控整流、交流調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)交直流開(kāi)關(guān)、逆變和直流斬波等方面。

　　晶閘管由四層半導(dǎo)體PNPN、三個(gè)PN結(jié)（J1、J2和J3）構(gòu)成，具有三個(gè)電極。由P1和N2分別引出陽(yáng)極A及陰極K，由P2引出門(mén)極G。

　　下圖是晶閘管的外形及符號(hào)。圖（a）為螺栓式結(jié)構(gòu)，螺栓為陽(yáng)極A。圖（b）為平板式，中間金屬環(huán)為門(mén)極G，靠近門(mén)極的平面為陰極K。圖（c）是晶閘管的符號(hào)。

晶閘管的保護(hù)措施。電力電子裝置可能的過(guò)電壓——外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓

外因過(guò)電壓：主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)操作過(guò)程等外因

操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起

雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起

內(nèi)因過(guò)電壓：主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程

換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。

關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。

過(guò)電壓保護(hù)措施

過(guò)電壓抑制措施及配置位置

F－避雷器　D－變壓器靜電屏蔽層　C－靜電感應(yīng)過(guò)電壓抑制電容

RC1－閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用RC電路　RC2－閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用反向阻斷式RC電路

RV－壓敏電阻過(guò)電壓抑制器　RC3－閥器件換相過(guò)電壓抑制用RC電路

RC4－直流側(cè)RC抑制電路　RCD－閥器件關(guān)斷過(guò)電壓抑制用RCD電路

電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。

其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過(guò)電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。

過(guò)電流——過(guò)載和短路兩種情況

保護(hù)措施

過(guò)電流保護(hù)措施及配置位置

同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。

電子電路作為保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分

區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。

快熔對(duì)器件的保護(hù)方式：全保護(hù)和短路保護(hù)兩種

全保護(hù)：過(guò)載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場(chǎng)合。

短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。

對(duì)重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。

常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過(guò)電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)快 。

　　造成晶閘管過(guò)電流的主要原因有：負(fù)載端過(guò)載或短路，某個(gè)晶閘管被擊穿短路，觸發(fā)電路工作不正?；蚴芨蓴_使晶閘管誤觸發(fā)而引起過(guò)電流等等。晶閘管允許過(guò)電流的時(shí)間短，例如一個(gè)100A的晶閘管，過(guò)電流為400A時(shí)，僅允許持續(xù)0.02s時(shí)間，否則將因過(guò)熱而燒毀。過(guò)電流保護(hù)的作用就在于一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，能快速地在允許時(shí)間內(nèi)將過(guò)電流切斷，以防止器件損壞。

　　安裝快速熔斷器是晶閘管過(guò)流保護(hù)的主要措施?？焖偃蹟嗥鞑捎勉y質(zhì)熔絲，其熔斷時(shí)間比普通熔絲短得多，在同樣的過(guò)電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前先行熔斷，起到保護(hù)作用。

　　表 1 選擇快速熔絲的參考數(shù)據(jù)
　　　　

　　必須指出，快速熔斷器的額定電流?是以有效值標(biāo)稱(chēng)的，而晶閘管的額定電流是以平均值?標(biāo)稱(chēng)的，因此采用快速熔斷器時(shí)，一般可按?＝來(lái)選擇。表1列出了幾種晶閘管的額定正向平均電流與快速熔斷絲額定電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 快速熔斷器在電路中接入的方式有三種。如圖1所示。

　　圖7.3.1 快速熔斷器在可控整流電路中的位置

　?。?）接在交流側(cè)，如圖1（a）所示。這種接法對(duì)輸出端短路和元件短路起保護(hù)作用。但是熔斷器熔斷之后，不能立即判斷出是何處故障。

　?。?）接在直流側(cè)，如圖1（b）所示。這種接法只對(duì)輸出端過(guò)載或短路起保護(hù)作用，對(duì)晶閘管本身短路不起保護(hù)作用。

　?。?）與晶閘管串聯(lián)，如圖1（c）所示。當(dāng)某一晶閘管短路時(shí)，與其串聯(lián)的熔斷器熔斷，其他部分不受影響。