浅析晶闸管参数选择

刘思江 韩薇 张璐

摘  要：晶闸管可选参数有很多，在实际使用中选择晶闸管时要根据额定电流与电压的计算来选择。晶闸管过电流和过电压能力较弱，在不同的工作环境中的电流波形不一样，这就给我们选择上带来一定的困扰，如果额定值选取不恰当，就会造成浪费，因此根据工作实际情况选择合适的晶闸管就显得尤为重要，本文就对几个重要的参数选择进行了说明。

关键词：晶闸管选择;参数;场合;线路

现如今工业生产大都使用直流电源，晶闸管具有体积小、效率高、输出电压调节方便的优点被广泛的应用。晶闸管作为可控硅是硅整流装置中主要的器件，如果参数选择不合适会直接影响到设备的运动性能。选择合适的晶闸管就可以提高运行寿命，保证生产的顺利进行和降低设备的维检修成本，进而提高经济效益。晶闸管载参数选择上最重要的两项就是额定电流和额定电压，在实际使用中也提出的器件参数也是这两项，我们在变频装置上快速或者中頻晶闸管多一个转向关断时间参数。

一、额定电流的选择

额定电流[IT]指的是晶闸管在标准测试条件下最大通态平均电流，在工频正弦半波在一个周期内的平均电流。晶闸管由于常处于工作电流波形变化中，不能用通常的电器元件的有效值来衡量额定电流，我们在选用中需要特别做区分。工频正弦半波平均电流的有效值为：I=1.57[IT]在额定电流为100A的晶闸管可以允许通过的电流最大值为157A，我们分析其原因就在于PN结的结温，结温的高低取决于晶闸管的发热与散热性能，因此发热和散热是影响晶闸管的通态平均电流的大小。在实际使用中虽然晶闸管的额定电流[IT]固定，但是发热和散热与晶闸管的电流实际有效值相关，所以不管通过晶闸管电流波形如何，导通角有多大，只要经流实际电力电流等于或者小于晶闸管的额定电流有效值，晶闸管发热就能被限制在可控的范围。波形不同但是具有相同平均值的电流流经同一晶闸管时发热程度也是不一样的，因为我们在实际使用时不能用电流的平均值来选取晶闸管，需要根据非正弦半波电流选择晶闸管额定电流来进行换算，我们依据有效值相同发热相同的规律来将非正弦半波电流[Id]换算为等效的正弦半波电流的平均值[IT]，其换算公式为[IT=KfId1.57]，此公式中[Kf]时非正弦半波电流的波形系数，[Id]非正弦半波电流平均值。在实际选用的过程中，我们经常使用比晶闸管通态平均电流大2～3倍的额定电流作为参数，使得晶闸管在使用时具有一定的富裕量。

二、额定电压选择

晶闸管在门极没有信号的状态下，控制电流[Ig]为0时，在阳（A）—阴（K）极之间加上正向电压U，器件内部PN结处于方向偏置，导致器件处于高阻抗状态，此时称之为正向阻断状态，假如[UAK]增大到[UBO]晶闸管会从阻断状态状化为导通状态，因此需要选择足够的正向重复阻断峰值电压[VDRM]。在阳—阴极之间加上反向电压时，器件的第一和第三PN结处于方向偏置，晶闸管处于阻断状态，我们把方向电压加大到[VRB]时，晶闸管从阻断变为导通，呈现出反向击穿进而损坏器件。

由于晶闸管在实际使用中经常性的出现瞬间电压过高的现象，又因为晶闸管运载时环境温度高，导致散热不充分，正向转折电压值在降低时外加电压峰值瞬时查稿正反向不重复峰值电压，最终造成晶闸管的损坏和误导通，因此我们在选用晶闸管时要选取比额定电压值大2～3倍的参数。

三、门极参数选择

晶闸管门极有控制信号使得其从阻断状态转变为导通状态，从阻断到导通时需要一定开通时间（[Tgt]），开通时间由延迟时间和上升时间组成，延迟时间时从门极电流脉冲前沿到通态阳极电流[IA]达到终值的10%的瞬时为止的时间间隔，上升时间时阳极电流从10%上升为90%所经历的时间。因此我们可以总结到开通时间[Tgt]与晶闸管门极的触发电压、电流相关，也与开通前后阳极电流相关，普通晶闸管开通时间在10[μs]内，当外电路回路电感较大时开通时间会上升到上百[μs]，因此在选用晶闸管时，特别时在串联晶闸管的使用时要选择门极触发特征相近的晶闸管使用在设备上，以达到提高设备运行可靠性和使用寿命，如果使用触发特性不同的晶闸管在串联位置上时会引起正向电压无法平均分配，开通时间较长致使晶闸管受到不可逆损害，在并联位置上时开通时间短的晶闸管由于承受了巨大的电流而损坏。所以我们要用触发电流和电压相一致的晶闸管用于并串联。

我们在遇到需要晶闸管不能有误导通的情况时，例如在电机调速设备时，要选择门极触发电压和电流大的晶闸管，例如触发电压[Vgt>2V]，触发电流[Igt>150mA]，这样情况下保证在设备运作中不出现误导通的现象。当触发脉冲功率强时我们在电路中也可以用触发电流和电压较大的晶闸管。又例如在磁选矿设备中，可以选用[Vg]和[Ig]相对较低的晶闸管，[Vgt<1.5V]，[Igt<100mA]。

四、关断时间选择

晶闸管在阳极电流减少为零时，如果我们立即加上阳极电压，即使在无门极信号时也会致使晶闸管导通，假如此晶闸管关断之前承受过一定的反向偏置电压也不会导通，这说明了晶闸管在关断之后需要时间恢复阻断能力。这一时间时由反向恢复时间和门极恢复时间组成的，普通晶闸管的关断时间控制在150～200[μs]可以满足一般工频变流器的使用，在大感性负载的情况下需要进行晶闸管的选择。在中频逆转使用中需要对关断时间进行选择，例如电机车斩波器、变频调速器、中频装置等，我们采用快速晶闸管，其关断时间在10搭配50[μs]，工作频率在1K～4KHZ，中速的晶闸管关断时间在60～100[μs]。

在选择晶闸管器件的参数时，我们要根据不同的使用场合、线路、负载的状态对一些特定的参数进行考虑，以达到设备运行良好寿命更长久的目标。

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