SCR保护

在本教程中,我们将了解一些常用的SCR保护技术,用于过电压,过电流,DI / DT,DV / DT等。

介绍

对于令人满意和可靠的操作,由于过载,电压瞬变和其他异常情况,不应超过SCR的指定额定值。如果超过额定值,则会将损坏永久地损坏。由于在关闭SCR期间反向恢复过程,SCR中发生电压过冲。

此外,在接通过程中,开关动作在电感的存在下产生过电压。在短路的情况下,一个大电流流过可控硅,这是非常大的额定电流。因此,为了避免这些异常情况对可控硅产生不良影响,可控硅必须配备适当的保护电路。

用于SCR的一些保护技术包括过电压保护,过电流保护,DV / DT保护和DI / DT保护。此外,为了操作允许的温度限制,必须在结时产生的热量。这可以通过使用散热器来实现。让我们简要讨论这些保护方法。

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过电压

过电压是可控硅失效的最大原因。这些瞬态过电压通常会导致可控硅的非计划开启。此外,如果反向瞬态电压大于通过可控硅的VBR,也可能导致可控硅的永久破坏。

出现多个原因,如换向,斩波,闪电等所取决于这些来源,通过电压分为两个类型的内部和外部电压。

内部过电压

当可控硅在运行时,内部过电压出现。在一个可控硅关闭期间,反向电流继续流过可控硅后,阳极电流降低到零扫走早期存储的电荷。在反向恢复间隔结束时,反向电流以更快的速率衰减。

由于电路的电感,该高DI / DT产生高电压。该电压值可以远高于SCR的额定值,因此SCR可能被损坏。

外部过电压

从供电源或负载产生这些电压。其中一些是

  • 如果可控硅在由变压器供电的转换电路中处于阻塞模式,一个小的磁化电流流过变压器的初级电路。如果一次侧开关突然被移开,高压瞬变在二次变压器中产生,因此它被应用在可控硅上。这个电压是可控硅的分断过电压的几倍。
  • 连接到SCR转换器的HVDC系统上的闪电浪涌导致过电压的非常高。
  • 如果SCR转换器电路连接到高感应负载,则电流的突然中断会产生跨SCR的高电压。
  • 如果开关设置在直流侧,这些开关的突然操作会产生电弧电压。这也使过电压通过可控硅上升。

防止过电压

为了保护可控硅不受瞬态过电压的影响,在一个转换电路中为每个可控硅提供一个并联的R-C缓冲网络。这种缓冲网络保护可控硅内部过电压,这是在反向恢复过程中造成的。在可控硅被关闭或换向后,反向恢复电流被分流到由储能元件组成的缓冲电路中。

输入侧的闪电和切换浪涌可能会损坏转换器或变压器。通过在SCR上使用电压夹紧装置,这些电压的效果最小化。因此,最常用的是金属氧化物变阻器,硒叔器二极管和雪崩二极管抑制器等电压夹紧装置。

这些器件具有随电压增加而下降的电阻特性。因此,当在器件上出现浪涌电压时,这些器件提供了一个通过可控硅的低电阻路径。下图显示了使用晶闸管二极管和缓冲网络对可控硅过电压的保护。

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过流

在短路条件下,通过电流流过SCR。这些短路是内部或外部的。内部短路是由SCR失败的原因引起的,阻挡前向或反向电压,发射脉冲的未对准,转换器输出端子的短路由于连接电缆或负载等故障等。外部短路是由负载中的持续过载和短路。

在短路的情况下,故障电流取决于源阻抗。如果在短路期间源阻抗足够,则故障电流受到SCR的多周期浪涌等级的限制。在AC电路的情况下,如果源电阻忽略源电阻,则故障发生在峰值电压的瞬间。

在直流电路的情况下,故障电流受到源电阻的限制。因此,如果源阻抗非常低,则故障电流非常大。这种电流的快速上升增加了结温,因此SCR可能会受损。因此,必须在其第一个峰值发生之前清除故障,在其他单词中必须在当前零位置之前中断故障电流。

防止过流

scr可以使用传统的过电流保护装置,如普通熔断器(HRC熔断器、可再生熔断器、半导体熔断器等)、承包商、继电器和断路器来保护过电流。对于连续过载和长时间浪涌电流,由于可控硅跳闸时间长,通常采用断路器来保护可控硅。

为了有效跳闸断路器,必须使用SCR评级正确协调跳闸时间。而且,通过与SCR串联连接串联的快速作用保险丝来限制具有短持续时间(也称为子循环浪涌电流)的大型浪涌电流。

因此,必须选择融合时间和分循环额定值的适当协调以进行可靠的保护。因此,熔断器和断路器的适当协调对于SCR的额定值是必不可少的。

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用于保护SCR的保险丝的选择必须满足以下条件。

  • 熔丝必须额定额定承载全负载电流加上少时的边缘过载电流。
  • 保险丝的I2t额定值必须小于可控硅的I2t额定值
  • 在电弧周期期间,熔丝电压必须高,以便迫使电流值。
  • 在中断电流后,保险丝必须承受任何限制电压。

SCR的DI / DT保护

阳极电流通过栅极信号的应用而导通时的流过SCR。该阳极电流采用一些有限的时间来分布SCR的连接点。为了良好的SCR工作,该电流必须均匀地蔓延到交界处的表面上。

如果阳极电流(DI / DT)的升高速率高,结果在结件上的电流不均匀扩散。由于电流密度高,这进一步导致在栅极 - 阴极结附近形成局部热点。由于过热,这种效果可能会损坏SCR。因此,在转换SCR的过程中,必须保持低于指定限制的DI / DT。

为防止电流的高变化率,电感器与晶闸管串联连接。典型的SCR DI / DT额定值范围在20-500安培/微秒内。

SCR的DV / DT保护

当SCR正向偏压时,J1和J3结正向偏压,J2结反向偏压。这个反向偏置结J2显示了电容器的特性。因此,如果在可控硅上施加的正向电压的速率非常高,充电电流流过结J2足够高,即使没有任何门信号打开可控硅。

这被称为SCR的DV / DT触发,这通常不会使用,因为它是错误的触发过程。因此,阳极上升到阴极电压的速率,DV / DT必须处于指定限制,以保护SCR针对假触发。这可以通过在SCR上使用RC Snubber网络来实现。

洗脱电路的工作

如上所述,对高压反向恢复瞬态和dv/dt的保护是通过使用RC缓冲电路实现的。这个缓冲电路由一个串联的电容和电阻组成,它连接在可控硅上。这也包括一个电感串联可控硅,以防止高di/dt。电阻值是几百欧姆。用于可控硅保护的缓冲网络如下图所示。

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当开关关闭时,突然电压出现在SCR上,该SCR绕过RC网络。这是因为电容器用作短路,这使得SCR两端的电压降至零。随着时间的增加,电容器上的电压以慢速构建,使得电容器上的DV / DT太小而无法打开SCR。因此,跨SCR的DV / DT小于SCR的最大DV / DT额定值。

正常情况下,电容器被充电到一个电压等于最大供电电压,这是SCR的前向阻塞电压。如果可控硅打开,电容器开始放电,导致高电流流过可控硅。

这将产生一个高的di/dt,从而破坏可控硅。因此,为了限制高di/dt和峰值放电电流,一个小电阻与电容器串联,如上所示。这些缓冲电路也可以连接到任何开关电路,以限制高浪涌或瞬态电压。

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