晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用

吳飛鳥

摘要：晶閘管由于本身應(yīng)用優(yōu)勢顯著而被廣泛應(yīng)用于大功率變頻技術(shù)中，其關(guān)聯(lián)范疇也呈現(xiàn)拓展之勢。本文就圍繞晶閘管的構(gòu)造及運行機制開展了理論探究，而后針對大功率變頻技術(shù)做出了細化分析。

關(guān)鍵詞：晶閘管 大功率變頻技術(shù) 應(yīng)用 結(jié)構(gòu) 工作原理

晶閘管是晶體閘流管的縮寫，以前稱為可控硅，英文簡稱是SCR。最先研制出晶閘管的國家是美國，從最早的1957年延伸發(fā)展至今，其發(fā)展態(tài)勢以系列產(chǎn)品形式為主導(dǎo)?？申P(guān)斷晶閘管及光控晶閘管等都屬于其涵蓋范疇。從本質(zhì)上來看，這就是半導(dǎo)體器件，應(yīng)用階段優(yōu)勢作用顯著，晶閘管可以控制幾百到幾千安培的電流，電流達數(shù)十到數(shù)百毫安，可以控制弱電流的功率。

一、晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理

（一）晶閘管的結(jié)構(gòu)

晶閘管的外形及符號如圖1-1所示。其中圖1（a）為塑封性，塑封性主要多用于額定電流10A以下；其中圖1（b）和圖1（c）為螺栓性，螺栓性一般應(yīng)用為10A以上至200A以下；圖1（d）為平板形，用于200A以上。

它本身分布著三個電極，通過對其結(jié)構(gòu)進行研究不難發(fā)現(xiàn)，陽極具有引出屬性，其分布于懸端的另一側(cè)，這部分結(jié)構(gòu)與散熱器相關(guān)關(guān)聯(lián)；在另一側(cè)則為陰極K，其中細線部分具有控制能效，也屬于極端范疇的G。晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體具有層級特點，處于中間位置的第二層能夠?qū)⒖刂萍壱觥Ｓ捎诰чl管是二極管，因此其導(dǎo)電特性也顯示出了一定的單向特點，電流不能循環(huán)流動，只能由陽極向陰極流動，而做出反向調(diào)節(jié)時，才可能出現(xiàn)小程度的陰極回流，相對的反向晶閘管則呈現(xiàn)出相同的阻擋狀態(tài)。

（二）晶閘管的工作原理

晶閘管在實際運行階段，各個關(guān)聯(lián)部分都能實現(xiàn)有效銜接，無論是陽極還是陰極等，都能為晶閘管主電路的形成提供基礎(chǔ)保障，而門板G等控制裝置的有機結(jié)合，則組成了晶閘管的控制電路。一旦兩級同時增加正向電壓時，控制極電流就會隨之產(chǎn)生，而后在放大作用下，集電極電流就會隨之產(chǎn)生，相對的這也同時是基基電流，（IC2=β2×IG），在這一流程中， IB1=βC2同樣經(jīng)T1放大，產(chǎn)生集電極電流IC1=β1×β2×IG，也就是說相應(yīng)基極電流都處于放大階段，當(dāng)此類流程以循環(huán)式特點出現(xiàn)時，正向的反饋過程就會隨之產(chǎn)生，而晶閘管的導(dǎo)通作用也可以在較短時間內(nèi)得以實現(xiàn)，這也是常說的觸發(fā)導(dǎo)通機制。

在此背景下，其不可控制特點逐漸凸顯，因此可以發(fā)現(xiàn)，EG僅具有導(dǎo)通特點，只要在其作用機制產(chǎn)生能效后，無論其本身存在或者不存在，晶閘管的屬性并不會發(fā)生改變。在導(dǎo)通過程中，其正向電壓將始終處于相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)范疇中，需要引起特別關(guān)注的是，一旦外界負載電阻及電源電壓等值量發(fā)生改變時，就需要確保VT1和VT2管處于非飽和狀態(tài)下，也就是VT1和VT2管的集電極―發(fā)射極壓降增高，能夠作用于陽極電流，其本身值量也會處于縮減狀態(tài)，這就能促使反饋現(xiàn)象出現(xiàn)。當(dāng)以上兩個部分停止運行后，晶閘管就會受其影響呈現(xiàn)停滯狀態(tài)。因此，如果維持電流降到最小范疇后，電源就會受到阻隔影響逐步切斷，陽極電流也會隨之下降并歸零，而晶閘管也會自動發(fā)揮阻斷作用。

二、晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用

晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用主要是為了實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換和控制。根據(jù)其功能，有以下幾種類型：

（一）可控整流器

晶閘管可以直接受導(dǎo)電控制的單向影響，相對的交流電壓則具有可調(diào)控能效，其應(yīng)用范疇較為廣泛，無論是電解還是開關(guān)電源等，都屬于其涵蓋范疇。從另一方向入手進行研究不難發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)勢還體現(xiàn)在速度調(diào)節(jié)裝置中，從本質(zhì)上來看這就是以直流推動為基準(zhǔn)的速度調(diào)節(jié)裝置。在晶閘管滲透性應(yīng)用后，靜態(tài)可控整流器被一系列的優(yōu)點所取代，靜態(tài)和動態(tài)指標(biāo)更好。

（二）逆變與變頻

以晶閘管優(yōu)勢性能為依托，直流電流與交流電流之間的轉(zhuǎn)換就可以看成是逆變器，這一頻率交流流程也就是變頻。它常被用作焊接等領(lǐng)域范疇中作為中頻加熱電源。從當(dāng)前形勢來看，綜合應(yīng)用性能及經(jīng)濟屬性，高壓直流輸電的應(yīng)用能效普遍較強，其作用發(fā)揮主要依托于電流頻率轉(zhuǎn)換，而后再通過直流逆變器就可以滿足人們的實際需求。除此之外，另一種應(yīng)用是對交流電機進行速度調(diào)節(jié)，如電網(wǎng)級聯(lián)頻率轉(zhuǎn)換裝置的多樣化方式及海上鉆井平臺的頻率調(diào)整等。這也是現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展的核心重點，相對的外匯調(diào)速設(shè)備的發(fā)展速率也不斷增強。

（三）直流斬波器

將晶閘管與直流開關(guān)有機結(jié)合，就能實現(xiàn)對其開關(guān)及頻率的有效控制，相對的直流電壓也能受到固定形式的轉(zhuǎn)變而發(fā)生變化，調(diào)節(jié)或固定作用都可以實現(xiàn)。這種直流斬波器主要用于電力機車、電車牽引、直流調(diào)速、串阻調(diào)速、方便控制、節(jié)能等方面。

三、結(jié)語

晶閘管多數(shù)被用于大功率變頻技術(shù)中，并且目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，所以說對其進行深入的分析和探討是非常重要的，同時也是當(dāng)今時代研究和應(yīng)用中的熱點問題，對經(jīng)濟價值和社會具有較大的價值。

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（作者單位：西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)股份有限公司）