随着电力电子设备向高压、大电流、高功率方向发展,越来越多的场合需要使用数只晶闸管串联或并联连接作为一个臂使用。为保证各晶闸管工作时电压及电流的均衡,需要在器件的选择及使用中采取必要的措施。襄樊台基公司(原襄樊仪表元件厂)采用"工艺控制+恢复电荷测试+串、并联试验筛选"的方法为用户挑选配对器件,经过长期试验和用户使用,证明可有效保证串、并联器件动态工作参数的一致性。
一、晶闸管的串联使用
1. 串联晶闸管工作过程分析
串联晶闸管工作时,各器件的均压是最关心的问题。串联器件的一个工作周期可分为五个阶段:正向阻断、开通、通态、反向恢复及反向阻断阶段。
- 正向及反向阻断阶段:电压分配主要由阻断伏安特性决定,特性硬、相同漏电流下阻断电压高的器件将承受较高的电压。
- 开通阶段:器件由断态向通态过渡,若器件开通时间不一致,后开通的器件将承受过电压。
- 反向恢复阶段:器件由通态向反向阻断状态过渡,若串联器件的反向恢复特性不一致,先恢复的器件将承受过电压。
2. 串联晶闸管器件选择
理论上,串联晶闸管需选择阻断特性、开通特性、恢复特性一致的器件。实际使用中,只需对器件的反向恢复特性进行控制即可。台基公司采用"工艺控制+恢复电荷测试+串联试验筛选"的方法为用户挑选配对器件。
3. 串联晶闸管器件使用注意事项
3.1 采用稳态和动态均压措施
为保证器件在阻断状态下的电压均衡,可给每只串联器件并联均压电阻Rp,其阻值选取原则是在工作电压下让流过电阻的电流为器件在额定结温下漏电流的2-5倍。
动态均压采用并联阻容吸收电路,适当参数的吸收电路可将串联器件的不均衡电压限制在一定范围内。
3.2 门极触发脉冲的要求
强触发脉冲可减小器件开通时间,促使串联器件同时开通。建议触发脉冲要求:
触发电流幅值:IGM=4-10IGT,触发电流上升时间:tr低于1µs。
3.3 串联器件的热平衡要求
保证串联器件在工作过程中具有同步的温度变化,是保证器件可靠均压的基础。可考虑让串联器件共用同一散热体。
二、晶闸管的并联使用
1. 影响并联器件电流均衡的因素
并联晶闸管使用时,主要需考虑其通态的均流问题。影响器件均流的主要因素有:
- 并联晶闸管的开通时间不一致
- 并联晶闸管的通态伏安特性不一致
- 并联器件主电路配置不合理
2. 并联晶闸管的选择
并联晶闸管应选择开通时间和通态伏安特性一致的器件。台基公司会根据用户的具体情况,测试挑选合适的器件。
3. 并联晶闸管器件使用注意事项
3.1 主电路的合理配置
并联晶闸管使用时需特别注意每一条器件支路的阻抗一致性,避免因电阻、自感、互感的差异导致电流不均衡。
3.2 门极触发脉冲的要求
与串联使用一样,需对门极采用同步强触发脉冲。触发电流幅值:IGM=4-10IGT,触发电流上升时间:tr低于1µs。
适当增加脉冲宽度或采用重复触发措施,可避免高门槛电压器件不能开通。
3.3 温度平衡及其它均流措施
需考虑并联器件的温度平衡问题。在一些场合,可考虑采用各晶闸管支路串联电阻、电抗器或采用均流互感器进行强迫均流。