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可控硅整流装置
§1 概述
可控硅整流装置是现代励磁系统中较为重要的一个环节,虽然其原理并不深奥,但其在励磁系统中占重要的比例,对电厂运行维护显得特别重要,弄清其工作原理和常见故障现象,对于提高维护水平,提高励磁系统的投入率具有重要意义。
§2 可控硅的主要参数
可控硅又称晶闸管,是可控硅整流电路的关键器件,所以在讲述可控硅整流电路的原理前,了解一下可控硅的主要参数是非常必要的。
可控硅的参数较多,包括各种状态下的电压、电流、门极参数及动态参数。为了正确使用可控硅,不仅要了解它的伏安特性,而更重要的是定量掌握它的主要参数。
为了正常使用可控硅,必须清楚它能承受多大的正向电压而不转折(没有触发脉冲,不自行导通),承受多大的反向电压而不击穿;在可控硅导通以后能允许通过多大的电流而不致烧毁;另外还要注意该管的触发电压和触发电流是多大;导通后的管压降是多少;维持电流和掣住电流是多大等等。以上这些参数是选择可控硅是必须考虑的问题。
1) 可控硅的电压定额
(a) 断态不重复峰值电压UDSM
UDSM是指在门极开路时,当加在可控硅上的正向阳极电压上升到使可控硅的正向伏安特性急剧弯曲时所对应的电压值(见图1)。断态不重复峰值电压UDSM应低于正向转折电压UPBO,所留余量的大小由生产厂规定。
(b) 断态重复峰值电压UDRM
UDRM是指当可控硅的门极开路且结温为额定值时,允许重复加在可控硅上的正向峰值电压,如图1所示。规定断态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压UDSM的80%。
可控硅在整流电路中工作时,由于开关接通或断开时的过渡过程,会有瞬间的超过正常工作值的正、反向电压加到可控硅上,称为“操作过电压”。可控硅必须能够重复地经受一定限度的操作过电压,而不影响其正常工作。
需要说明的是,可控硅正向工作时有两种工作状态:即阻断状态(简称断态)和导通状态(简称通态)。说“断态”或“通态”时,一定是正向的(即在可控硅A、K之间加正向电压),因此“正向”两字可以省去。
(c) 反向不重复峰值电压URSM
URSM是指在门极开路时,当加在可控硅上的反向阳极电压上升到使可控硅的反向伏安特性急剧弯曲时所对应的电压值(图1)。
图1 晶闸管的几个电压参数在伏安特性上的位置
(d) 反向重复峰值电压URRM
URRM是指当门极开路且结温为额定值时,允许重复加在可控硅上的反向峰值电压(见图1)。规定反向重复峰值电压URRM为反向不重复峰值电压URSM的80%。通常,可控硅若受到反向电压作用,则它必定是阻断的,因此参数名称可省去“阻断”二字。
(e)额定电压UN
将UDRM和URRM中较小的那个数值取整后作为该可控硅型号上的额定电压UN。在选用可控硅时,额定电压UN应是正常工作电压的二到三倍,以此作为允许的操作过电压余量。
(f) 通态平均电压VT
通态平均电压VT,是指在可控硅中流过正弦半波额定通态平均电流和额定结温时,可控硅的阳极和阴极间电压降的平均值,俗称管压降。通态平均电压VT按规定分为九组,,,。
2) 可控硅的电流定额
(a) 通态平均电流IT(AV)
IT(AV)是指在环境温度为+40℃和规定冷却条件下,在带电阻性负载的单相工频正弦半波电路中,管子全导通(导通角不小于170°)而稳定结温不超过额定值时所允许的最大平均电流。按照标准,取其整数作为该可控硅的额定电流。
造成可控硅发热的原因是损耗,它由四部分组成。一是通态时的损耗,这是可控硅发热的最主要原因,为了减小不必要的发热,总是希望可控硅在导通时的通态电压越小越好;二是断态和反向时损耗,一般希望断态重复平均电流IDR(AV)和反向重复平均电流IRR(AV)尽可能小些;三是开关时的损耗,当频率增高时开关损耗增大;最后是门极的损耗,通常该项损耗较小。
影响可控硅散热的条件包括:
①可控硅与散热器的接触情况和散热器的热阻;
②冷却方式(自冷、风冷、水冷或油冷等)和冷却介质的流速;
③环境温度和冷却介质的温度。