晶闸管(可控硅)应用指南

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晶闸管(可控硅)应用指南
一. 参数说明
1. 参数表中所给出的数据,ITSM、I2t、dv/dt、di/dt指的是元件所能满足的最小值, Qr、VTM、VTO、rT指元件可满足(不超过)的最大值。
2. 通态平均电流额定值ITAV(IFAV)
  ITAV(IFAV)指在双面冷却条件下,保证散热器温度55℃时,允许元件流过的最大正弦半波电流平均值。ITAV(IFAV)对应元件额定有效值IRMS=1.57 ITAV。实际使用中,若不能保证散热器温度低于55℃或散热器与元件接触热阻远大于规定值,则元件应降额使用。
3. 晶闸管通态电流上升率di/dt
  参数表中所给的为元件通态电流上升率的临界重复值。其对应不重复测试值为重复值的2倍以上,在使用过程中,必须保证元件导通期任何时候的电流上升率都不能超过其重复值。
4. 晶闸管使用频率
  晶闸管可工作的最大频率由其工作时的电流脉冲宽度tp,关断时间tq以及从关断后承受正压开始至其再次开通的时间tV决定。fmax=1/(tq+tp+tV)。根据工作频率选取元件时必须保证元件从正向电流过零至开始承受正压的时间间隔tH>tq,并留有一定的裕量。随着工作频率的升高,元件正向损耗Epf和反向恢复损耗Epr随之升高,元件通态电流须降额使用。 二. 元件的选择
  正确地选择晶闸管、整流管等电力电子器件对保证整机设备的可靠性及降低设备成本具有重要意义。元件的选择要综合考虑其使用环境、冷却方式、线路型式、负载性质等因素,在保证所选元件各参数具有裕量的条件下兼顾经济性。由于电力电子器件的应用领域十分广泛,具体应用形式多种多样,下面仅就晶闸管元件在整流电路和单项中频逆变电路中的选择加以说明。
1. 整流电路器件选择
  工频整流是晶闸管元件最常用的领域之一。元件选用主要考虑其额定电压和额定电流。
(1) 晶闸管器件的正反向峰值电压VDRM和VRRM:应为元件实际承受最大峰值电压UM的2-3倍,即VDRM/RRM=(2-3)UM。各种整流线路对应的UM值见表1。
(2) 晶闸管器件的额定通态电流IT(AV):晶闸管的IT(AV)值指的是工频正弦半波平均值,其对应的有效值ITRMS=1.57IT(AV)。为使元件在工作过程中不因过热损坏,流经元件的实际有效值应在乘以安全系数1.5-2后才能等于1.57IT(AV)。假设整流电路负载平均电流为Id,流经每个器件的电流有效值为KId,则所选器件的额定通态电流应为:
IT(AV)=(1.5-2)KId / 1.57=Kfd*Id
  Kfd为计算系数。对于控制角α=0O时,各种整流电路下的Kfd值见表1。选择元件IT(AV)值还应考虑元件散热方式。一般情况下风冷比水冷相同元件的额定电流值要低;自然冷却情况下,元件的额定电流要降为标准冷却条件下的三分之一。
表1:整流器件的最大峰值电压UM及通态平均电流计算系数Kfd
整流电路 单相半波 单项双半波 单项桥式 三相半波 三相桥式 带平衡电抗器
的双反星型 UM 晶闸管(可控硅)应用指南U2 晶闸管(可控硅)应用指南U2 晶闸管(可控硅)应用指南U2 晶闸管(可控硅)应用指南U2 晶闸管(可控硅)应用指南U2 晶闸管(可控硅)应用指南U2 Kfd
α=0O 电阻负载 1 0.5 0.5 0.375 0.368 0.185 电感负载 0.45 0.45 0.45 0.368 0.368 0.184
注:U2为主回路变压器二次相电压有效值;单项半波电感负载电路带续流二极管。
2. 中频逆变元件的选择
  一般400HZ以上的工作条件下,应考虑使用KK器件;频率在4KHz以上时,可考虑使用KA器件。这里主要介绍一下并联逆变电路中元件的选择(见图一)。
晶闸管(可控硅)应用指南
(1) 元件正向和反向峰值电压VDRM、VRRM
  元件正向和反向峰值电压应取其实际承受最大正、反向峰值电压的1.5-2倍。假设逆变器直流输入电压为Ud,功率因数为cosψ则:
VDRM/RRM=(1.5-2)πUd /(2cosψ)
(2) 元件的额定通态电流IT(AV)
  考虑到元件在较高频率下工作时,其开关损耗非常显著,元件的额定通态电流应按实际流过其有效值I的2-3倍来考虑,即
IT(AV)=(2-3)I/1.57
  假设逆变器直流输入电流为Id,则所选器件IT(AV)为
IT(AV)=(2-3)×Id/(1.57 )
(3) 关断时间tq
  并联逆变线路中,KK元件的关断时间选择要根据触发引前时间tf和换流时间tr来决定。一般取:

tq=(tf-tr)×晶闸管(可控硅)应用指南
(当功率因数为0.8时tf约为周期的十分之一,tr按元件di/dt小于或等于100A/μS来确定)
  在频率较高时,可通过减小换流时间tr,并适当牺牲功率因数增加tf的方法来选择具有合适tq值的元件
以上简略介绍了整流和逆变工作条件下元件的选择。在许多情况下,除了元件的额定电压、电流外,还要根据具体条件选择元件的门极参数、通态压降以及断态电压临界上升率dv/dt和通态电流临界上升率di/dt。

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