晶闸管的保护研究

王逍遥

摘  要：分析了几种常见的过电压、过电流现象，提供了几种简便、实用、有效的保护方法。该电路结构简单、可靠性高。

关键词：过电压;过电流;保护

一、晶闸管过电压保护

（一）产生过电压的原因

在电路中出现过电压，其值超过晶闸管的阻断电压时，将会使其PN结损坏。过电压是造成晶闸管电路故障的重要原因之一，产生过电压的原因有如下几种：

1.雷击浪涌电压

直击雷和感应雷将在输电线上产生浪涌电压，尽管电网中装有阀形避雷器，但是残余电压仍有可能涌入控制电路并损坏晶闸管。

2.线路谐振产生高压

由于变压器漏电抗和二次侧线圈分布电容的存在，当变压器一次侧接通时，二次侧会产生谐振高电压，其值最大可达额定电压峰值的两倍甚至更高。

3.电感的楞次效应产生高压

在具有感性元件的电路通断或换相时，由于电流突然间变化在楞次效应的作用下将在线圈两端产生高压，它通过连接电路加在晶闸管上，可能引起晶闸管过电压。

（二）过电压保护

针对过电压存在的事实和产生的原因，可以从设计上想办法保护。设计上的保护，一是在电路中设计能量吸收回路。R1C1，R2C2组成了电阻电容能量吸收回路，对于图1中的R1C1值的选取原则是：除具备过电压保护功能以外，还可以对高次谐波干扰电压有滤波作用。根据计算和经验，通常C1为10UF/1000V，R1为5.1/30W，R2C2的取值，与晶闸管的额定电流有关。实用中，为了简化电路，对于过零触发的晶闸管常用R1C1吸收回路，省去R2C2吸收回路。二是用非线性元件吸收过电压。非线性元件具有抑制过电压峰值于一定电压值的功能，将其与保护电路和器件并联起来即可吸收过电压，达到过电压保护的目的。由于氧化锌压敏电阻这类器件的非线性特性并不理想，特别是在大电流情况下，因此，实用中很少采用它，而常用RC能量吸收回路。

二、晶闸管过电流保护

（一）产生过电流的原因及后果

1.输出回路或负载出现短路故障

当输出回路发生短路时，其短路电流往往很大，可达额定电流的几十倍。大的短路电流将使晶闸管的转折电压下降，以至完全丧失正向阻断能力，并使反向漏电流急剧增加，导至PN结层烧毁而成为永久性損坏。

2.三相负载不平衡产生过电流

在三相电路中，如果某种原因引起负载不平衡时，将会使得某相电路产生过电流现象。

3.设计、安装不当引起电流

由于引起的过电流往往没有超过晶闸管选取的安全余量，短时间不会损坏晶闸管。但对于整个设备而言，即存在着不安全的因素，因此也是不允许的。

（二）过电流保护

1.严格操作规程，加强维护保养

确认设计安装无误后试运行，正常后再投入生产。生产中经常监视电流表的指示，发现过电流时，立即停机排除故障，设计、安装中严格校验负载，消除过电流隐患，生产间隙时，加强检修维护使设备始终处于良好工作状态。

2.晶闸管回路中串入熔断器

在设计电路时，考虑串入恰当值（可查电工手册）的快速熔断器，如图1的FU所示。

3.晶闸管回路中串入过流继电器

在设计电路时，用过电流继电器的常闭接点控制主回路的接触器线圈和晶闸管触发器，当过流时，接点断开，接触器线圈断电，触发器不送触发脉冲，达到双保护的目的。

三、晶闸管的过热保护

（一）晶闸管发热的原因

晶闸管有一定的内阻，正向导通时将会产生一定的热量，这些热量如果不能及时散去而在管子的芯片中积累的话，将会使管子性能变差，乃致烧毁晶闸管。因此必须采用过热保护。

（二）晶闸管过热保护的方法

1.散热保护法

所谓散热保护就是用水冷、油冷和自然冷却的方法，将芯片中的热量散去。

2.加装温度继电器保护

设计时，在散热器加装一个定温80℃的过热继电器，利用其特点（常开和常闭点，由设计者的习惯而定）控制触发器和过温报警器，当温度大于等于80℃时，过热继电器触点动作。控制触发器不发送触发脉冲使晶闸门关断，并同时控制温度报警器发出声光报警。待排除过热故障后再行送电工作。在晶闸管的使用中，如能综合利用上述几种方法保护晶闸管，可大大减少由晶闸管引起的设备故障，使控制系统更加稳定可靠。