晶闸管在软启动领域中的选择与应用.pdf

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1、晶闸管在电机软启动领域中的选择与应用一晶闸管产品特点简介从本世纪50年代我国生产晶闸管器件问世以来经历了50多年的历史刚开始时由于制造工艺水平不成熟性能很不稳定那时有人称之为可怕硅现在随着制造水平的提高各种性能相当稳定已朝着大电流3000A以上高电压6000V以上方向发展英文为Thyristor,也称为可控硅SiliconControlledRectifier它是一种具有P-N-P-N四层三个PN结的功率半导体器件它有三个电极阳极A阴极K控制门极G是一种电流控制型器件要使其导通必须具备两个条件一是阳极电位高于阴极电位即正偏置

2、二是控制门极施加足够功率和宽度的触发脉冲信号晶闸管具有如下特点导通后即使控制门极触发信号撤去只要流过器件的正向电流大于维持电流一般几十个毫安它还能导通也就是说通过关断触发信号来关断晶闸管是不行的这点与IGBTGTRMOSFET不同要想关断它必须将维持导通的电流减小至维持电流以下因此有时需要进行强迫关断,即在需关断时,对它施加反偏置电压(即反压)直至其关断相对其他功率器件晶闸管因其具有低的导通压降过流能力强耐冲击耐高压所以在各种不同类型的电力电子变换装置中被广泛使用交流电机软启动就是一个典型的应用二晶闸管参数说明作为使用者来说

3、要正确使用晶闸管首先就要对晶闸管的各项电气参数有一个详细的了解这样就可以正确地选型但往往在实际工作中大多数人并不完全了解如晶闸管额定电流标称的是平均值概念实际工作中负载标称的额定电流是有效值两者之间是有根本区别的因此有必要对几个主要参数作出一些说明z晶闸管额定电流平均值IT(AV)IF(AV)(图a)(图b)(图c)从图a中可以计算出额定通态电流平均值IT(AV)和正弦半波电流峰值Im之间数学表达式为:π11π1ImIT(AV)=Imsinθdθ=xImx(-COSθ)=xImx2=---------(1)∫02π2π2ππ

4、0其中θ为导通角1单只晶闸管额定通态电流方均根值(即有效值)IRMSπ212222IRMS=∫Imsinθdθ=xIT(AV)/42π0IRMS=1.57xIT(AV)-----------------------------------------(2)2两只单独封装的晶闸管反并联交流有效值:IRMS如图b两只独立封装可控硅反并联后形成一个双向可控硅因双向可控硅晶闸管额定电流不能用平均值标称因流过的电流为交流电平均值为零所以只能用交流有效值IRMS标称由公式(1)每个晶闸管通过的半波峰值均为Im=IT(AV)正负两个半波刚

5、好组成一个完整的正弦波该正弦波峰值为xIT(AV)所以流过MTX模块的额定有效值(方均根值)π×IT(AV)IRMS==2.22IT(AV)--------------------------------(3)23MTX型号模块交流有效值IRMS如图cMTC型号模块从外部将电极1和2联接在一起后就是MTX型号模块反并联形成一个双向可控硅晶闸管所以也只能用交流有效值IRMS标称公式3同样适用但由于考虑到MTX内部每个晶闸管额定平均电流IT(AV)值是在单独测试情况测得的,双管芯同时工作时(严格说相差10ms交替导通),管芯之间

6、热量相互会有一点影响故按IRMS=(1.6-2.0)IT(AV)考虑平均值和方均根(即有效值)为宜z晶闸管耐压的参数VDRM;VRRM;VDSM;VRSM晶闸管电压指标有断态正向不重复峰值电压VDSM断态正向重复峰值电压VDRM断态反向不重复峰值电压VRSM断态反向重复峰值电压VRRM以上概念中重复意味着晶闸管阴阳极承受的电压在一定的漏电流范围内是可以重复施加的不重复意味着晶闸管阴阳极承受电压的最大峰值超过此最大值漏电流变大超过额定值室温和结温时漏电流额定值不一样所以讲耐压指标时不能脱离漏电流漏电流指标生产商在产品说明书中或

7、合格证中都给出了明确的范围一般地说室温漏电流在2mA以下结温漏电流在20mA以下对重复峰值电压和不重复峰值电压国外一般按VDRM=VDSM-100VVRSM=VRSM-100V标称国内一般按VDRM=VDSM-200VVRRM=VRSM-200V或VDRM=VDSM80-90%VRRM=VRSM80-90%标称三晶闸管在电机软起动中的应用电机起动时起动电流一般为额定电流Ie的6-7倍因此在起动瞬间对电网冲击很大对变压器的容量要求更高同时也对其它的用电设备造成很大的影响因此实际工作中容量超过7.5KW的电机都要求降压启动传统的

8、降压启动方式有磁控降压启动器自耦降压启动/Y变换降压启动等不管那种方式对电网还是存在一或两次的大电流冲击采用晶闸管数字控制软启动器具有比上面介绍的启动器更加优越的好处主要表现在降低电机的起动电流降低配电容量避免增容投资降低起动机械应力延长电机及相关设备的使用寿命起动参数可视负载调整易于改善