淺析晶閘管參數選擇

劉思江 韓薇 張璐

摘? 要：晶閘管可選參數有很多，在實際使用中選擇晶閘管時要根據額定電流與電壓的計算來選擇。晶閘管過電流和過電壓能力較弱，在不同的工作環境中的電流波形不一樣，這就給我們選擇上帶來一定的困擾，如果額定值選取不恰當，就會造成浪費，因此根據工作實際情況選擇合適的晶閘管就顯得尤為重要，本文就對幾個重要的參數選擇進行了說明。

關鍵詞：晶閘管選擇;參數;場合;線路

現如今工業生產大都使用直流電源，晶閘管具有體積小、效率高、輸出電壓調節方便的優點被廣泛的應用。晶閘管作為可控硅是硅整流裝置中主要的器件，如果參數選擇不合適會直接影響到設備的運動性能。選擇合適的晶閘管就可以提高運行壽命，保證生產的順利進行和降低設備的維檢修成本，進而提高經濟效益。晶閘管載參數選擇上最重要的兩項就是額定電流和額定電壓，在實際使用中也提出的器件參數也是這兩項，我們在變頻裝置上快速或者中頻晶閘管多一個轉向關斷時間參數。

一、額定電流的選擇

額定電流[IT]指的是晶閘管在標準測試條件下最大通態平均電流，在工頻正弦半波在一個周期內的平均電流。晶閘管由于常處于工作電流波形變化中，不能用通常的電器元件的有效值來衡量額定電流，我們在選用中需要特別做區分。工頻正弦半波平均電流的有效值為：I=1.57[IT]在額定電流為100A的晶閘管可以允許通過的電流最大值為157A，我們分析其原因就在于PN結的結溫，結溫的高低取決于晶閘管的發熱與散熱性能，因此發熱和散熱是影響晶閘管的通態平均電流的大小。在實際使用中雖然晶閘管的額定電流[IT]固定，但是發熱和散熱與晶閘管的電流實際有效值相關，所以不管通過晶閘管電流波形如何，導通角有多大，只要經流實際電力電流等于或者小于晶閘管的額定電流有效值，晶閘管發熱就能被限制在可控的范圍。波形不同但是具有相同平均值的電流流經同一晶閘管時發熱程度也是不一樣的，因為我們在實際使用時不能用電流的平均值來選取晶閘管，需要根據非正弦半波電流選擇晶閘管額定電流來進行換算，我們依據有效值相同發熱相同的規律來將非正弦半波電流[Id]換算為等效的正弦半波電流的平均值[IT]，其換算公式為[IT=KfId1.57]，此公式中[Kf]時非正弦半波電流的波形系數，[Id]非正弦半波電流平均值。在實際選用的過程中，我們經常使用比晶閘管通態平均電流大2～3倍的額定電流作為參數，使得晶閘管在使用時具有一定的富裕量。

二、額定電壓選擇

晶閘管在門極沒有信號的狀態下，控制電流[Ig]為0時，在陽（A）—陰（K）極之間加上正向電壓U，器件內部PN結處于方向偏置，導致器件處于高阻抗狀態，此時稱之為正向阻斷狀態，假如[UAK]增大到[UBO]晶閘管會從阻斷狀態狀化為導通狀態，因此需要選擇足夠的正向重復阻斷峰值電壓[VDRM]。在陽—陰極之間加上反向電壓時，器件的第一和第三PN結處于方向偏置，晶閘管處于阻斷狀態，我們把方向電壓加大到[VRB]時，晶閘管從阻斷變為導通，呈現出反向擊穿進而損壞器件。

由于晶閘管在實際使用中經常性的出現瞬間電壓過高的現象，又因為晶閘管運載時環境溫度高，導致散熱不充分，正向轉折電壓值在降低時外加電壓峰值瞬時查稿正反向不重復峰值電壓，最終造成晶閘管的損壞和誤導通，因此我們在選用晶閘管時要選取比額定電壓值大2～3倍的參數。

三、門極參數選擇

晶閘管門極有控制信號使得其從阻斷狀態轉變為導通狀態，從阻斷到導通時需要一定開通時間（[Tgt]），開通時間由延遲時間和上升時間組成，延遲時間時從門極電流脈沖前沿到通態陽極電流[IA]達到終值的10%的瞬時為止的時間間隔，上升時間時陽極電流從10%上升為90%所經歷的時間。因此我們可以總結到開通時間[Tgt]與晶閘管門極的觸發電壓、電流相關，也與開通前后陽極電流相關，普通晶閘管開通時間在10[μs]內，當外電路回路電感較大時開通時間會上升到上百[μs]，因此在選用晶閘管時，特別時在串聯晶閘管的使用時要選擇門極觸發特征相近的晶閘管使用在設備上，以達到提高設備運行可靠性和使用壽命，如果使用觸發特性不同的晶閘管在串聯位置上時會引起正向電壓無法平均分配，開通時間較長致使晶閘管受到不可逆損害，在并聯位置上時開通時間短的晶閘管由于承受了巨大的電流而損壞。所以我們要用觸發電流和電壓相一致的晶閘管用于并串聯。

我們在遇到需要晶閘管不能有誤導通的情況時，例如在電機調速設備時，要選擇門極觸發電壓和電流大的晶閘管，例如觸發電壓[Vgt>2V]，觸發電流[Igt>150mA]，這樣情況下保證在設備運作中不出現誤導通的現象。當觸發脈沖功率強時我們在電路中也可以用觸發電流和電壓較大的晶閘管。又例如在磁選礦設備中，可以選用[Vg]和[Ig]相對較低的晶閘管，[Vgt<1.5V]，[Igt<100mA]。

四、關斷時間選擇

晶閘管在陽極電流減少為零時，如果我們立即加上陽極電壓，即使在無門極信號時也會致使晶閘管導通，假如此晶閘管關斷之前承受過一定的反向偏置電壓也不會導通，這說明了晶閘管在關斷之后需要時間恢復阻斷能力。這一時間時由反向恢復時間和門極恢復時間組成的，普通晶閘管的關斷時間控制在150～200[μs]可以滿足一般工頻變流器的使用，在大感性負載的情況下需要進行晶閘管的選擇。在中頻逆轉使用中需要對關斷時間進行選擇，例如電機車斬波器、變頻調速器、中頻裝置等，我們采用快速晶閘管，其關斷時間在10搭配50[μs]，工作頻率在1K～4KHZ，中速的晶閘管關斷時間在60～100[μs]。

在選擇晶閘管器件的參數時，我們要根據不同的使用場合、線路、負載的狀態對一些特定的參數進行考慮，以達到設備運行良好壽命更長久的目標。

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