晶闸管的过电流保护方案及电流上升率的限制方法

包头职业技术学院电气工程系 田素娟



晶闸管的过电流保护方案及电流上升率的限制方法

包头职业技术学院电气工程系 田素娟

【摘要】本文主要通过对晶闸管的过电流产生的原因进行分析，并提出过电流的保护方案；另外晶闸管的通态电流上升率过高时，会引起晶闸管的门极附近过热，使晶闸管损坏，所以本文又提出了限制晶闸管通态电流上升率的几种方法。

【关键词】晶闸管；过电流保护

随着电力电子技术的发展，电力电子器件得以研发并广泛应用，其中半控型器件晶闸管在交-直变换中得到了广泛的应用，由晶闸管构成的可控整流电路在直流电动机的控制等很多方面都有应用，为了保证装置的可靠平稳运行，对器件的保护必不可少，由于晶闸管是半导体器件，所以对流过的电流有一定的要求。

1　晶闸管的过电流

1.1晶闸管产生过电流的原因

晶闸管的过电流是指晶闸管上流过的电流远远超过了其额定电流的现象。

产生晶闸管过电流的原因一般有：直流侧出现短路现象；生产机械的过载；晶闸管可逆调速系统中产生环流或逆变颠覆；电路中晶闸管误导通及管子击穿短路等。

1.2常用的晶闸管过电流保护方式

电路中有过电流产生时，如果没有保护措施，晶闸管中的PN结会因过热而损坏。因此需要采取过电流保护，把过电流消除掉，保护晶闸管，使晶闸管不会损坏。

常用的过电流保护方案有以下几种，可根据实际需要选择其中的一种或几种。

(1)无整流变压器时，在交流进线中串联电抗器或采用漏电抗比较大的变压器，这种保护方法是限制短路电流、保护晶闸管的有效措施，但是它在负载上有电压降落。

(2)在交流侧增设电流检测装置，利用检测回来的过电流信号去控制触发电路，使触发脉冲快速右移，使控制角α增大或瞬时停止，从而使晶闸管关断，限制了电路中的电流。但在晶闸管构成的可逆系统中，停发触发脉冲会造成逆变颠覆，因此多采用脉冲快速右移的方法。

(3)交流侧经交流电流互感器接入过电流继电器或直流侧接入过电流继电器，可以在过电流时动作，自动切断电源。一般过电流继电器开关的动作时间约0.2s，对电流大、上升快、作用时间短的短路电流无保护作用，只有短路电流不大的情况下，才能起到保护晶闸管的作用。

(4)对于大、中容量的设备及经常需要逆变的场合，可以用直流快速开关作直流侧过载或短路保护，当出现严重过载或较大短路电流时，快速开关比快速熔断器先动作，尽量避免快速熔断器熔断。快速开关的动作时间只有2ms，完全分断电弧的时间也只有20 ～30 ms，是目前较好的直流侧过电流保护装置。

(5)快速熔断器是最简单有效的过电流保护元件。在产生短路过电流时，快速熔断器熔断时间小于20 ms，能保证在晶闸管损坏之前，切断短路故障。用快速熔断器作过电流保护有三种接法，现以三相桥为例介绍如下。

①桥臂晶闸管串接快熔，如图1(a)所示，流过快速熔断器的电流和流过晶闸管的电流相同，对晶闸管保护最好，是应用最广的一种接法。

②接在交流侧输入端，如图1(b)所示，这种接法对元件短路和直流侧短路均能起到保护作用，但由于在正常工作时流过快熔的电流有效值大于流过晶闸管的电流有效值，故应选用额定电流较大的快熔，这样有故障过电流时对晶闸管的保护就差了。

③接在直流侧的快熔，如图1(c)所示，仅对负载短路和过载起保护作用。

图1　快速熔断器保护的接法

在一般的系统中，常采用过流信号控制触发电路以抑制过电流，再配合采用快速熔断器保护。由于快熔价格较高，更换也不方便，通常把它作为过电流保护的最后一道保护。正常情况下，总是先让其它过电流保护措施动作，尽量避免直接烧断快熔。

2　晶闸管电流上升率的限制

晶闸管在导通瞬间，载流子集中在其门极附近，随着时间的推移，导通区才逐渐扩大，直到全部结面导通为止。在此过程中，如果电流上升率di/dt过大，则可能引起门极附近发热量过高，使晶闸管被烧坏。因此，电流上升率应限制在通态电流临界上升率以内。

限制电流上升率的方法有如下几种：

(1)串接进线电抗器。

(2)增设阻容吸收环节。

(3)增大阻容保护中的电阻值可以减小电流上升率，但会降低阻容吸收保护对晶闸管过电压保护的效果。除此以外，还可以在每个晶闸管支路中串入一个很小的电感器，来抑制晶闸管导通时的正向电流上升率。

参考文献

[1]石新春,杨京燕,王毅.电力电子技术[M]北京:中国电力出版社,2006.

[2]莫正康.电力电子应用技术[M].北京:机械工业出版社(第三版),2000.

[3]浣喜明,姚为正.电力电子技术[M].北京:高等教育出版社(第三版),2010.

田素娟（1982—），女，山东成武人，讲师，主要研究方向：控制工程。

作者简介：