簡(jiǎn)介：工頻正弦半波的全導(dǎo)通電流在一個(gè)整周期內(nèi)的平均值,是在環(huán)境溫度為40℃穩(wěn)定結(jié)溫情況下不超過(guò)額定值,所允許的最大平均電流作為該器件的額定電流。用最大通態(tài)平均電流標(biāo)定晶閘管的額定電流是由于整流輸出電流需用平均電流去衡量,但是器件的結(jié)溫是由有效值決定的。對(duì)于同一個(gè)有效值,不同的電流波形,其平均值不一樣,因此選用一個(gè)晶閘管,要根據(jù)使用的電流波形計(jì)算出允許使用的電流平均值。
(4) 通態(tài)平均電流IT(AV)(簡(jiǎn)寫為ITa)
設(shè)單相工頻半波電流峰值為IM時(shí)波形,如圖6所示。通態(tài)平均電流為:
正弦半波電流有效值:
晶閘管有效值與通態(tài)平均電流比值為:
根據(jù)有效值相等原則來(lái)計(jì)算晶閘管流過(guò)其它波形電流時(shí)的允許平均電流Id。有效值與平均值的比為波形系數(shù):
選用晶閘管時(shí)應(yīng)選晶閘管的通態(tài)平均電流ITa為其正常使用電流平均值的1.2～2.0倍,才能可靠工作。
(5)通態(tài)平均電壓UT(AV)
晶閘管通過(guò)正弦半波的額定通態(tài)平均電流時(shí),器件陽(yáng)極A和陰極K間電壓的平均值,一般稱管壓降,約0.8～1V。
(6)維持電流IH
晶閘管從通態(tài)到斷態(tài),維持通態(tài)的最小通態(tài)電流(數(shù)十毫安到一百多毫安)。
(7)擎住電流IL
晶閘管從斷態(tài)到通態(tài),移去觸發(fā)信號(hào),維持晶閘管通態(tài)的最小電流(IL>IH)。
(8)門極參數(shù)
產(chǎn)品樣本中門極觸發(fā)電流IGT,門極觸發(fā)電壓UGT是產(chǎn)品合格標(biāo)準(zhǔn),觸發(fā)電路供給的觸發(fā)電流和電壓比這個(gè)數(shù)值大,才能可靠觸發(fā)。使用中不能超過(guò)門極的峰值電流、峰值電壓、峰值功率和平均功率。
(9)動(dòng)態(tài)參數(shù)
斷態(tài)電壓臨界上升率du/dt。過(guò)大的du/dt會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)J2(它相當(dāng)于一個(gè)電容)產(chǎn)生的充電電流而引起誤導(dǎo)通。對(duì)于通態(tài)電流臨界上升率di/dt,晶閘管由斷態(tài)到通態(tài),首先是由門極G附近小面積范圍內(nèi)導(dǎo)電后展開(kāi),如果di/dt過(guò)大將造成局部過(guò)熱,損壞器件。
(10)額定結(jié)溫TJM
器件正常工作時(shí)允許的最高結(jié)溫,在此結(jié)溫下,有關(guān)額定值和特性才能得以保證,因此晶閘管的散熱器選擇和冷卻效果十分重要。
3.3 其它晶閘管
(1)快速晶閘管
快速晶閘管與普通晶閘管結(jié)構(gòu)原理相同,特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)時(shí)間短,主要用于逆變器、斬波器及頻率為400Hz的變流器,比普通晶閘管反向恢復(fù)電流小,關(guān)斷時(shí)間在10μs以下。
(2)逆導(dǎo)晶閘管
在逆變電路、斬波電路中,常將晶閘管和二極管反向并聯(lián)使用,將晶閘管和整流管做成一個(gè)器件就是逆導(dǎo)晶閘管,優(yōu)點(diǎn)是器件數(shù)量少、裝置體積小、正向電壓小、關(guān)斷時(shí)間短等。
(3)雙向晶閘管
雙向晶閘管結(jié)構(gòu)和特性,可以等效為一對(duì)反并聯(lián)的普通晶閘管。雙向晶閘管常作為UPS的交流開(kāi)關(guān)使用。
(4)門極輔助關(guān)斷晶閘管
在晶閘管關(guān)斷的同時(shí)在門極G與陰極K之間加反壓,把殘留的載流子強(qiáng)迫地吸出來(lái),這樣起到縮短關(guān)斷時(shí)間的作用,它比快速晶閘管關(guān)斷的時(shí)間還能縮短一半。
3.4 晶閘管的保護(hù)電路
晶閘管的保護(hù)電路,大致可以分為兩種情況:一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)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(hù)電路,檢測(cè)設(shè)備的輸出電壓或輸入電流,當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過(guò)允許值時(shí),借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋在短時(shí)間內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài),從而抑制過(guò)電壓或過(guò)電流的數(shù)值。
(1)晶閘管的過(guò)流保護(hù)
晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電流的原因可以分為兩類:一類是由于整流電路內(nèi)部原因, 如整流晶閘管損壞、觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等。其中整流橋晶閘管損壞較為嚴(yán)重, 一般是由于晶閘管因過(guò)電壓而擊穿,造成無(wú)正、反向阻斷能力,它相當(dāng)于整流橋臂間發(fā)生了永久性短路,使在另外兩橋臂間的晶閘管導(dǎo)通時(shí),無(wú)法正常換流,因而產(chǎn)生線間短路引起過(guò)電流。另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流,這類情況時(shí)有發(fā)生,因?yàn)檎鳂虻呢?fù)載實(shí)質(zhì)上是逆變橋, 逆變電路換流失敗,就相當(dāng)于整流橋負(fù)載短路。另外,如整流變壓器中心點(diǎn)接地,當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時(shí),也會(huì)發(fā)生整流橋相對(duì)地來(lái)說(shuō)就是短路。
①對(duì)于第一類過(guò)流,即整流橋內(nèi)部原因引起的過(guò)流,以及逆變器負(fù)載回路接地時(shí),可以采用第一種保護(hù)措施,最常見(jiàn)的就是接入快速熔斷器的方式,如圖7所示(F)。快速熔斷器的接入方式共有三種,其特點(diǎn)和快速熔斷器的額定電流見(jiàn)表2。
②對(duì)于第二類過(guò)流,即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過(guò)電流,則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見(jiàn)的電子保護(hù)原理如圖8所示。
(2)晶閘管的過(guò)壓保護(hù)
晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中,會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的侵襲。同時(shí),設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)。
①過(guò)電壓保護(hù)的第一種方法是并接R-C阻容吸收回路,以及用壓敏電阻RV或硒堆等非線性元件加以抑制,如圖9(a)(b)所示。
②過(guò)電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。常見(jiàn)的電子保護(hù)原理如圖10所示。
(3)電流上升率、電壓上升率的抑制保護(hù)
①電流上升率di/dt的抑制。晶閘管初開(kāi)通時(shí)電流集中在靠近門極的陰極表面較小的區(qū)域,局部電流密度很大,然后以0.1mm/μs的擴(kuò)展速度將電流擴(kuò)展到整個(gè)陰極面,若晶閘管開(kāi)通時(shí)電流上升率 di/dt過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)擊穿,必須限制晶閘管的電流上升率使其在合適的范圍內(nèi),其有效辦法是在晶閘管的陽(yáng)極回路串入電感,如圖11所示。
②電壓上升率du/dt的抑制。加在晶閘管上的正向電壓上升率du/dt也應(yīng)有所限制,如果du/dt過(guò)大,由于晶閘管結(jié)電容的存在而產(chǎn)生較大的位移電流,該電流可以實(shí)際上起到觸發(fā)電流的作用,使晶閘管正向阻斷能力下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起晶閘管誤導(dǎo)通。為抑制du/dt的作用,可以在晶閘管兩端并聯(lián)R-C阻容吸收回路,如圖12所示。
3.5 晶閘管損壞原因判別
(1)電壓擊穿。晶閘管因不能承受電壓而損壞,其芯片中有一個(gè)光潔的小孔,有時(shí)需用放大鏡才能看見(jiàn)。其原因可能是管子本身耐壓下降或被電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的高電壓擊穿。
(2)電流損壞。電流損壞的痕跡特征是芯片被燒成一個(gè)凹坑,且粗糙,其位置遠(yuǎn)離門極。
(3)電流上升率損壞。其痕跡與電流損壞相同,而其位置在門極附近或就在控制極上。
(4)邊緣損壞。它發(fā)生在芯片外圓倒角處,有細(xì)小光潔小孔。用放大鏡可看到倒角面上有細(xì)細(xì)金屬物劃痕,這是制造廠家安裝不慎所造成的,會(huì)導(dǎo)致電壓擊穿。
3.6 晶閘管的檢測(cè)
(1)單向晶閘管的檢測(cè)方法
取萬(wàn)用表選電阻R×1Ω擋,紅、黑兩表筆分別測(cè)任意兩引腳間正反向電阻,直至找出讀數(shù)為數(shù)十歐姆的一對(duì)引腳,此時(shí),黑表筆的引腳為門極G,紅表筆的引腳為陰極K,另一空腳為陽(yáng)極A。此時(shí)將黑表筆接已判斷的陽(yáng)極A,紅表筆仍接陰極K,此時(shí)萬(wàn)用表指針應(yīng)不動(dòng);用短線瞬間短接陽(yáng)極A和門極G,此時(shí)萬(wàn)用表電阻擋指針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn),阻值讀數(shù)為10Ω左右。如陽(yáng)極A接黑表筆,陰極K接紅表筆時(shí),萬(wàn)用表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說(shuō)明該單向晶閘管已被擊穿損壞。
(2)雙向晶閘管的檢測(cè)
取萬(wàn)用表電阻R×1Ω擋,用紅、黑兩表筆分別測(cè)任意兩引腳間正反向電阻,結(jié)果是其中兩組讀數(shù)為無(wú)窮大。若一組為數(shù)十歐姆時(shí),該組紅、黑表所接的兩引腳為第一陽(yáng)極A1和門極G,另一空腳即為第二陽(yáng)極A2。確定A1、G極后,再仔細(xì)測(cè)量A1、G極間正、反向電阻,讀數(shù)相對(duì)較小的那次測(cè)量的黑表筆所接的引腳為第一陽(yáng)極A1,紅表筆所接引腳為控制極G。將黑表筆接已確定的第二陽(yáng)極A2,紅表筆接第一陽(yáng)極A1,此時(shí)萬(wàn)用表指針不應(yīng)發(fā)生偏轉(zhuǎn),阻值為無(wú)窮大。再用短接線將A2、G極瞬間短接,給G極加上正向觸發(fā)電壓,A2、A1間阻值約10Ω左右。隨后斷開(kāi)A2、G間短接線,萬(wàn)用表讀數(shù)應(yīng)保持10Ω左右;互換紅、黑表筆接線,紅表筆接第二陽(yáng)極A2,黑表筆接第一陽(yáng)極A1。同樣萬(wàn)用表指針應(yīng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn),阻值為無(wú)窮大。A2、G極間再次瞬間短接,給G極加上負(fù)的觸發(fā)電壓,A1、A2間的阻值也是10Ω左右。隨后斷開(kāi)A2、G極間短接線,萬(wàn)用表讀數(shù)應(yīng)不變,保持在10Ω左右。符合以上規(guī)律,說(shuō)明被測(cè)雙向晶閘管未損壞,且三個(gè)引腳極性判斷正確。
檢測(cè)功率較大的晶閘管時(shí),需要在萬(wàn)用表黑筆中串接一節(jié)1.2V干電池,以提高觸發(fā)電壓。
3.7 晶閘管的型號(hào)說(shuō)明
目前國(guó)產(chǎn)晶閘管的型號(hào)有新頒布和舊頒布的兩種型號(hào)，新型號(hào)將逐步取代舊型號(hào)，如表4所示。
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