功率器件在靜止變頻技術(shù)中的應(yīng)用

我國(guó)20世紀(jì)80年代以前的靜止變頻技術(shù)由于受到電力電子器件技術(shù)的影響，一直處于停滯不前的狀態(tài)，各個(gè)行業(yè)感應(yīng)加熱用中頻電源基本上使用中頻變頻電機(jī)供電。隨著20世紀(jì)90年代初電力電子器件的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)中頻電機(jī)組正呈被淘汰的格局，靜止變頻設(shè)備開(kāi)始大量使用，特別是在音頻、超音頻領(lǐng)域，表現(xiàn)更為明顯。80年代、90年代，國(guó)內(nèi)靜止變頻基本上采用晶閘管作為功率開(kāi)關(guān)元件，工藝水平基本上以8KC為上限。到2000年，國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)采用IGBT作為功率開(kāi)關(guān)器件的變頻技術(shù)，工作頻率可達(dá)20KC，功率可達(dá)300KW。目前國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)50KC、100KW的全固態(tài)電源，可以說(shuō)靜止變頻技術(shù)目前國(guó)內(nèi)處于高速發(fā)展的階段。

晶閘管的使用與保護(hù)

晶閘管是晶體閘流管的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是具有PNPN四層結(jié)構(gòu)的各種開(kāi)關(guān)器件的總稱(chēng)。按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的定義，晶閘管指那些具有3個(gè)以上的PN結(jié)，主電壓――電流特征至少在一個(gè)象限內(nèi)具有導(dǎo)通、阻斷兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，且可在這兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體器件。我們通常說(shuō)的晶閘管是其中之一，統(tǒng)稱(chēng)可控硅（SiliconControlledRectifier），主要有普通晶閘管（KP）、快速晶閘管（KK）、高頻晶閘管（KG）、雙向可控硅、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管（GTO――GateTurnOffThyristor）和光控晶閘管（LTT――LightTriggeredThristor）等。

晶閘管的應(yīng)用

由于技術(shù)上的原因，單個(gè)晶閘管的電壓、電流容量是有限的，往往不能滿(mǎn)足大功率的要求，為了解決這個(gè)問(wèn)題，須采用兩個(gè)或更多晶閘管的串、并聯(lián)工作方式。由于工藝條件的限制，晶閘管本身的特性參數(shù)存在差異，在晶閘管串、并聯(lián)工作時(shí)，必須采取嚴(yán)格的措施，使電流電壓差異限制在允許的范圍之內(nèi)，以保證各個(gè)晶閘管可靠工作。

晶閘管的串聯(lián)

通常使用兩只晶閘管串聯(lián)工作以解決單只晶閘管耐壓不足的問(wèn)題。這就需要解決晶閘管的工作電壓平均分配問(wèn)題，包括靜態(tài)均壓與動(dòng)態(tài)均壓。靜態(tài)均壓可采用無(wú)感電阻串聯(lián)分壓的方式解決；動(dòng)態(tài)均壓比較復(fù)雜，這是因?yàn)椋涸?shù)dv/dt的差異以及反向恢復(fù)時(shí)間的差異導(dǎo)致開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程中元件承受的電壓分配不均，極端情況可使支路電壓全部加在一只晶閘管上。

這一問(wèn)題可采用并聯(lián)電容以限制dv/dt，但是，實(shí)際上元件開(kāi)通過(guò)程中電容通過(guò)元件放電影響di/dt，通常又在電容上串聯(lián)電阻，形成RC阻容吸收均壓電路。為限制支路上的浪涌電流，通常在支路上串聯(lián)飽和電感或磁環(huán)，這樣就構(gòu)成了如圖所示的電路結(jié)構(gòu)。