晶閘管的保護電路,大致可以分為兩種情況:一種是在適當的地方安裝保護器件,例如,R—C阻容吸收回路、限流電感、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。再一種則是采用電子保護電路,檢測設備的輸出電壓或輸入電流,當輸出電壓或輸入電流超過允許值時,借助整流觸發控制系統使整流橋短時內工作于有源逆變工作狀態,從而抑制過電壓或過電流的數值。
一. 晶閘管的過流保護
晶閘管設備產生過電流的原因可以分為兩類:一類是由于整流電路內部原因, 如整流晶閘管損壞, 觸發電路或控制系統有故障等; 其中整流橋晶閘管損壞類較為嚴重, 一般是由于晶閘管因過電壓而擊穿,造成無正、反向阻斷能力,它相當于整流橋臂發生永久性短路,使在另外兩橋臂晶閘管導通時,無法正常換流,因而產生線間短路引起過電流.另一類則是整流橋負載外電路發生短路而引起的過電流,這類情況時有發生,因為整流橋的負載實質是逆變橋, 逆變電路換流失敗,就相當于整流橋負載短路。另外,如整流變壓器中心點接地,當逆變負載回路接觸大地時,也會發生整流橋相對地短路。
1. 對于第一類過流,即整流橋內部原因引起的過流,以及逆變器負載回路接地時,可以采用第一種保護措施,最常見的就是接入快速熔短器的方式。見圖1?焖偃鄱唐鞯慕尤敕绞焦灿腥N,其特點和快速熔短器的額定電流見表1。
圖1:快速熔短器的接入方法
表1:快速熔短器的接入方式、特點和額定電流
方式 |
特點 |
額定電流IRN |
備注 |
A型 |
熔短器與每一個元件串聯,能可靠地保護每一個元件 |
IRN <1.57IT |
IT:晶閘管通態
平均電流 |
B型 |
能在交流、直流和元件短路時起保護作用,其可靠性稍有降低 |
IRN < KCID
系數KC見表2 |
KC:交流側線電
流與ID之比
ID:整流輸出電流 |
C型 |
直流負載側有故障時動作,元件內部短路時不能起保護作用 |
IRN < ID |
ID:整流輸出電流 |
表2:整流電路型式與系數KC的關系表
型式 |
單相 全波 |
單相 橋式 |
三相 零式 |
三相 橋式 |
六相零式六相曲折 |
雙Y帶平衡電抗器 |
系數
KC |
電感負載 |
0.707 |
1 |
0.577 |
0.816 |
0.108 |
0.289 |
電阻負載 |
0.785 |
1.11 |
0.578 |
0.818 |
0.409 |
0.290 |
2. 對于第二類過流,即整流橋負載外電路發生短路而引起的過電流,則應當采用電子電路進行保護。常見過流保護原理圖如下
圖2:過流保護原理圖
二. 晶閘管的過壓保護
晶閘管設備在運行過程中,會受到由交流供電電網進入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時,設備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現。
1.過電壓保護的第一種方法是并接R—C阻容吸收回路,以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。見圖3和圖4。
2. 過電壓保護的第二種方法是采用電子電路進行保護。常見的電子保護原理圖如下:
圖5:過壓保護原理圖
三. 電流上升率、電壓上升率的抑制保護
1. 電流上升率di/dt的抑制
晶閘管初開通時電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區域,局部電流密度很大,然后以0.1mm/s的擴展速度將電流擴展到整個陰極面,若晶閘管開通時電流上升率di/dt過大,會導致PN結擊穿,必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內。其有效辦法是在晶閘管的陽極回路串聯入電感。如下圖:
圖6:串聯電感抑制回路
2. 電壓上升率dv/dt的抑制
加在晶閘管上的正向電壓上升率dv/dt也應有所限制,如果dv/dt過大,由于晶閘管結電容的存在而產生較大的位移電流,該電流可以實際上起到觸發電流的作用,使晶閘管正向阻斷能力下降,嚴重時引起晶閘管誤導通。
為抑制dv/dt的作用,可以在晶閘管兩端并聯R—C阻容吸收回路。如下圖:
圖7:并聯R—C阻容吸收回路