電力可控硅應(yīng)用基本知識(shí)

1、晶閘管應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)主講：楊傳東主講：楊傳東符號(hào)符號(hào)AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK一、晶閘管結(jié)構(gòu)與特性一、晶閘管結(jié)構(gòu)與特性1.1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖示意圖1.2. 特性特性UIVRRMIHVDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1正向正向反向反向V - 陽極、陰極間的電壓陽極、陰極間的電壓 I - 陽極電流陽極電流VRSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓導(dǎo)通后管壓降約小于導(dǎo)通后管壓降約小于2V額定正向額定正向平均電流平均電流維持電流維持電流VDSM正向轉(zhuǎn)折電壓正向轉(zhuǎn)折電壓（1）晶閘管具有單向?qū)щ娦?。）晶閘管具有單向?qū)щ娦浴?若使其關(guān)斷，必須降低若使其關(guān)斷，必須降低 VAK 或加

2、大回路或加大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。 晶閘管正向?qū)l件：晶閘管正向?qū)l件：A、K間加正向電間加正向電壓，壓，G、K間加觸發(fā)信號(hào)。間加觸發(fā)信號(hào)。1.3. 晶閘管簡(jiǎn)要工作原理晶閘管簡(jiǎn)要工作原理（2）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用。）晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用。2.1 . VDRM：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓VDSM：斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓：斷態(tài)不重復(fù)峰值電壓，又稱正向轉(zhuǎn)折電壓。，又稱正向轉(zhuǎn)折電壓。晶閘管耐壓值。一般取晶閘管耐壓值。一般取 VDRM = 80% VDSM 。普通晶閘管普通晶閘管VDRM 為為 100V-6500V，常用，

3、常用300V-3000V二、晶閘管主要參數(shù)二、晶閘管主要參數(shù)VIIHIF額定額定正向正向平均平均電流電流VDSM正向轉(zhuǎn)折正向轉(zhuǎn)折電壓電壓VRSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓VDRM控制極斷路時(shí)，可以重復(fù)作用在晶閘管上的反向重復(fù)電控制極斷路時(shí)，可以重復(fù)作用在晶閘管上的反向重復(fù)電壓。一般取壓。一般取URRM = 80% URSM。普通晶閘管。普通晶閘管URRM為為100V-6500VURSM:反向不重復(fù)峰值電壓反向不重復(fù)峰值電壓2.2. URRM：反向重復(fù)峰值電壓：反向重復(fù)峰值電壓VIIHIF額定額定正向正向平均平均電流電流VDSM正向轉(zhuǎn)折正向轉(zhuǎn)折電壓電壓VRSM反向擊穿電壓反向擊穿電壓VDRMVRR

4、MITAV含義含義it 2 ITAVmmTAVIttdII0)(sin21 2.3. ITAV：通態(tài)平均電流：通態(tài)平均電流 環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為40。C時(shí)時(shí),在在 電阻性負(fù)載、單相工頻電阻性負(fù)載、單相工頻 正弦正弦半波、導(dǎo)電角不小于半波、導(dǎo)電角不小于170o的電路中，晶閘管允許的最大的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管通態(tài)平均電流。普通晶閘管 ITAV 為為100A-5000A。2.4. VTM ：通態(tài)峰值壓降：通態(tài)峰值壓降2.6. VGT、IGT：控制極觸發(fā)電壓和電流：控制極觸發(fā)電壓和電流 在規(guī)定的條件下，通過在規(guī)定的條件下，通過3倍左右正弦半波平均電流倍左右正弦半波平均電流時(shí)

5、，晶閘管陽、時(shí)，晶閘管陽、 陰兩極間的電壓平均值。對(duì)于電力可陰兩極間的電壓平均值。對(duì)于電力可控硅一般為控硅一般為2V左右。左右。2.5. IH：維持電流：維持電流 在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，維在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。安。 在室溫下，陽極電壓為直流在室溫下，陽極電壓為直流 6V 時(shí)，使晶閘管完全通時(shí)，使晶閘管完全通所必須的最小控制極直流電壓、電流所必須的最小控制極直流電壓、電流 。一般。一般VGT為為 15V，IGT 為幾十到幾百毫安。為幾十到幾百毫安。2.7.

6、 dv/dt 斷態(tài)電壓臨界上升率斷態(tài)電壓臨界上升率 在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)在額定結(jié)溫和門極開路的情況下，不導(dǎo)致晶閘管從斷態(tài)到通態(tài)轉(zhuǎn)換的外加電壓最大上升率換的外加電壓最大上升率2.8. di/dt 通態(tài)電流臨界上升率通態(tài)電流臨界上升率 指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上指在規(guī)定條件下，晶閘管能承受而無有害影響的最大通態(tài)電流上升率。如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通，便會(huì)有很大的電流集升率。如果電流上升太快，則晶閘管剛一開通，便會(huì)有很大的電流集中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而使晶閘管損壞中在門極附近的小區(qū)域內(nèi)，從而造成局部過熱而使晶

7、閘管損壞。2.9.其他參數(shù)其他參數(shù)： ITSM ：浪涌電流浪涌電流 Qrr： 反向恢復(fù)電荷；反向恢復(fù)電荷； VGD ：門極不觸發(fā)電壓門極不觸發(fā)電壓 IL: 擎住電流擎住電流 晶閘管合計(jì)有差不多三十幾個(gè)參數(shù)，以上是常用參數(shù)。晶閘管合計(jì)有差不多三十幾個(gè)參數(shù)，以上是常用參數(shù)。直徑直徑40mm晶晶 閘閘 管管 參參 數(shù)數(shù) 示示 例例三、晶閘管及其模塊型號(hào)三、晶閘管及其模塊型號(hào)額定電壓級(jí)別：額定電壓級(jí)別：VDRM額定通態(tài)平均電流：額定通態(tài)平均電流：ITAV晶閘管類型晶閘管類型P-普通晶閘管普通晶閘管K-快速晶閘管快速晶閘管S -雙向晶閘管雙向晶閘管晶閘管晶閘管K晶閘管型號(hào)命名規(guī)則晶閘管型號(hào)命名規(guī)則模塊型

8、號(hào)命名規(guī)則模塊型號(hào)命名規(guī)則模塊的電路形式模塊的電路形式串聯(lián)串聯(lián) 共陰極共陰極 共陽極共陽極反并聯(lián)反并聯(lián) 三相共陰極三相共陰極三相共陽極三相共陽極單相橋單相橋 三相橋三相橋四、晶閘管常見外型四、晶閘管常見外型模塊及功率組件常見外型模塊及功率組件常見外型五、晶閘管的應(yīng)用五、晶閘管的應(yīng)用l 5.1. 中頻感應(yīng)加熱電源中頻感應(yīng)加熱電源l 晶閘管中頻電源基本替代了傳統(tǒng)的中頻電動(dòng)發(fā)電機(jī)組，廣泛應(yīng)用于熱加工領(lǐng)域。中頻電源至今仍主要采用快速或高頻晶閘管，頻率為3008000 HZ，單機(jī)功率為254000KW。l 5.2. 電化學(xué)和電熱用電源電化學(xué)和電熱用電源l 電化學(xué)應(yīng)用電化學(xué)應(yīng)用：l1、水溶液電解制取金屬，

9、如金、銀、銅、鋅、錫、鉛等。l2、水溶液電解制取非金屬（電解食鹽 水），如氯、氫、等。l3、熔融鹽電解制取金屬，如鋁、鈦、鎂、鈉、鉀等。l4、電熱化學(xué)制取非金屬，如黃磷，石墨電極、碳化鈣等。l5、 電熱化學(xué)制取金屬，如鐵,鋼，鐵合金等。l6、表面電解加工與處理，如電鍍等。l7、界面電化學(xué)，如電泳，電滲析等。l l 電化學(xué)和電熱用電源要求器件電流較電化學(xué)和電熱用電源要求器件電流較大，電壓不高，器件的觸發(fā)參數(shù)及耐壓一大，電壓不高，器件的觸發(fā)參數(shù)及耐壓一致性要求較高。重點(diǎn)解決器件并聯(lián)使用中致性要求較高。重點(diǎn)解決器件并聯(lián)使用中均流的問題。均流的問題。5.3 焊接電源焊接電源l 焊接電源的主電路形式：焊

10、接電源的主電路形式：l 常見的有晶閘管整流焊接電源、晶閘管逆變焊接電源等。KP、KK、ZP、ZK系列晶閘管在其中均有應(yīng)用。5.3.1. 晶閘管整流焊接電源晶閘管整流焊接電源帶平衡電抗器的六相雙反星形可控整流電路和三相全控橋整流電路5.3.2 移相式晶閘管焊接電源移相式晶閘管焊接電源移相式晶閘管焊接電源移相式晶閘管焊接電源5.3.3. 電容儲(chǔ)能式晶閘管焊機(jī)電容儲(chǔ)能式晶閘管焊機(jī) 電容儲(chǔ)能式晶閘管焊機(jī)電容儲(chǔ)能式晶閘管焊機(jī)（電阻焊、碰焊、點(diǎn)焊）（電阻焊、碰焊、點(diǎn)焊）5.3.4. 晶閘管逆變弧焊電源晶閘管逆變弧焊電源晶閘管逆變弧焊電源晶閘管逆變弧焊電源5.4. 電機(jī)用可控硅電源電機(jī)用可控硅電源l 1、

11、可控硅直流電源可用于發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)的勵(lì)磁。l 2、 可控硅反并聯(lián)組件用于電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置、電機(jī)頻繁倒向開關(guān)裝置（主 要用于軋鋼生產(chǎn)線）l 3、 晶閘管直流不可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)主要用于造紙、印刷等輕工業(yè)。l 4、 晶閘管直流可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)主要用于軋機(jī)、龍門刨等。l 5、 晶閘管交流串級(jí)調(diào)速；晶閘管直流牽引。l 6、 晶閘管斬波器用于線繞電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速。l 7、晶閘管交流調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)大功率三相異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。l l 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 勵(lì)磁勵(lì)磁 傳動(dòng)傳動(dòng) 軟起動(dòng)軟起動(dòng)5.4.1. 勵(lì)磁勵(lì)磁勵(lì)磁的兩種方式：勵(lì)磁的兩種方式：GGS 調(diào)節(jié)器 自勵(lì)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器GST他勵(lì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)力

12、、水力發(fā)電等場(chǎng)合勵(lì)磁廣泛應(yīng)用于各類風(fēng)力、水力發(fā)電等場(chǎng)合5.4.2. 傳動(dòng)及牽引傳動(dòng)及牽引l 傳動(dòng)牽引原理：傳動(dòng)牽引原理：換向換向 調(diào)速調(diào)速 控制控制l 大量使用于礦山、鋼鐵、機(jī)車等行業(yè)大量使用于礦山、鋼鐵、機(jī)車等行業(yè)5.4.3. 軟起動(dòng)軟起動(dòng)l 軟起動(dòng)原理軟起動(dòng)原理：利用晶閘管可以相控 ，改變晶閘管導(dǎo)通的相位角進(jìn)行交流調(diào)壓。 我們知道電機(jī)轉(zhuǎn)子上的力矩是與加在定子上電壓的平方成正比的， 因此改變加在電機(jī)定子繞組上的電壓可改變電機(jī)轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩，從而可根據(jù)電機(jī)負(fù)載的具體情況設(shè)定電機(jī)的起動(dòng)電流。電壓等級(jí)從380伏到10KV。5.5. 靜態(tài)無功補(bǔ)償靜態(tài)無功補(bǔ)償l 靜態(tài)無功補(bǔ)償靜態(tài)無功補(bǔ)償SVC包括：包括

13、：l 機(jī)械投切電容器（MSC） l 機(jī)械投切電抗器（MSR） l 自飽和電抗器（SR） l 晶閘管控制電抗器（TCR） l 晶閘管投切電容器（TSC） l 晶閘管投切電抗器（TSR） l 在線補(bǔ)償與集中補(bǔ)償為主要方式在線補(bǔ)償與集中補(bǔ)償為主要方式 晶閘管投切電容器（晶閘管投切電容器（TSC）幾種形式）幾種形式5.6. 大功率直流電源大功率直流電源主要應(yīng)用于直流屏及靜電除塵電源等場(chǎng)合主要應(yīng)用于直流屏及靜電除塵電源等場(chǎng)合靜電除塵靜電除塵的機(jī)理是使空間電場(chǎng)發(fā)生電暈放電，產(chǎn)生大量的自由電子和負(fù)的機(jī)理是使空間電場(chǎng)發(fā)生電暈放電，產(chǎn)生大量的自由電子和負(fù)離子，它們與污染空氣中的粉塵碰撞形成帶負(fù)電粒子受到空間電場(chǎng)

14、靜電吸引離子，它們與污染空氣中的粉塵碰撞形成帶負(fù)電粒子受到空間電場(chǎng)靜電吸引而被正極性的集塵極捕集，再由清灰裝置定時(shí)清理，從而凈化空氣。廣泛應(yīng)而被正極性的集塵極捕集，再由清灰裝置定時(shí)清理，從而凈化空氣。廣泛應(yīng)用于水泥、礦山、紡織、鋼鐵等行業(yè)。用于水泥、礦山、紡織、鋼鐵等行業(yè)。 直流屏柜與控制原理簡(jiǎn)圖直流屏柜與控制原理簡(jiǎn)圖 直流屏柜直流屏柜是直流電源操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它為控制負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷以及直流照明負(fù)荷等提供電源，是當(dāng)代電力系統(tǒng)控制、保護(hù)的基礎(chǔ)。主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中小型發(fā)電站、水電站、各類變電站和其他使用直流設(shè)備的用戶。5.7. 光伏專用防反充及旁路二極管模塊光伏專用防反充及旁路二極管模塊防反充二

15、極管模塊防反充二極管模塊的作用之一是防止太陽能電池組件或方陣在不發(fā)電時(shí)，蓄電池的電流反過來向組件或方陣倒送，不僅消耗能量，而且會(huì)使組件或方陣發(fā)熱甚至損壞；作用之二是在電池方陣中防止各支路之間的電流倒送。因?yàn)椴⒙?lián)各支路的輸出電壓不可能絕對(duì)相等，各支路電壓總有高低之差，或者某一支路故障、陰影遮蔽等使得該支路的輸出電壓降低，高電壓支路的電流就會(huì)流向低電壓支路，甚至使方陣總體輸出電壓的降低，防反二極管可以有效避免上述情況的發(fā)生。光伏旁路二極管模塊光伏旁路二極管模塊l 旁路二極管模塊旁路二極管模塊的作用是防止方陣中的某個(gè)組件或組件中的某一部分被陰影遮擋或出現(xiàn)故障停止發(fā)電時(shí)，在該組件旁路二極管兩端會(huì)形成正

16、向偏壓使二極管導(dǎo)通，組件串工作電流繞過故障組件，經(jīng)二極管流過，不影響其他正常組件的發(fā)電，同時(shí)也保護(hù)旁路組件避免受到較高的正向偏壓或由于“熱板效應(yīng)”發(fā)熱而損壞。l當(dāng)電池片正常工作時(shí)，旁路二極管截止，對(duì)電路不產(chǎn)生任何作用；若與旁路二極管并聯(lián)的電池片組存在非正常工作的電池片時(shí)，整個(gè)線路電流將有最小電流電池片決定，而電流大小由電池片遮蔽面積決定，若反偏壓高于電池片最小電壓時(shí)，旁路二極管導(dǎo)通，此時(shí)，非正常工作電池片被短路。5.8 直流輸變電系統(tǒng)直流輸變電系統(tǒng)一、為什么要直流輸變電？一、為什么要直流輸變電？ 1、輸電電壓等級(jí)在不斷提高，從原來的110KV、220KV、500KV、700KV提高到800KV到1000KV; 2、被絕緣皮隔開的金屬芯線和水（或大地）構(gòu)成了電容器，在交流輸電的情況下，這個(gè)電容對(duì)輸電線路的受電端起旁路作用，隨著電纜增長(zhǎng)，旁路電容會(huì)增大到交流幾乎送不出去的程度； 3、解決電力網(wǎng)內(nèi)多發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行同步困難的技術(shù)難題，因?yàn)橹绷鬏旊姴淮嬖谕絾栴}。二、直流輸變電的基本思路二、直流輸變電的基