晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用

吳飛鳥

摘要：晶閘管由于本身應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著而被廣泛應(yīng)用于大功率變頻技術(shù)中，其關(guān)聯(lián)范疇也呈現(xiàn)拓展之勢(shì)。本文就圍繞晶閘管的構(gòu)造及運(yùn)行機(jī)制開展了理論探究，而后針對(duì)大功率變頻技術(shù)做出了細(xì)化分析。

關(guān)鍵詞：晶閘管 大功率變頻技術(shù) 應(yīng)用 結(jié)構(gòu) 工作原理

晶閘管是晶體閘流管的縮寫，以前稱為可控硅，英文簡(jiǎn)稱是SCR。最先研制出晶閘管的國(guó)家是美國(guó)，從最早的1957年延伸發(fā)展至今，其發(fā)展態(tài)勢(shì)以系列產(chǎn)品形式為主導(dǎo)?？申P(guān)斷晶閘管及光控晶閘管等都屬于其涵蓋范疇。從本質(zhì)上來(lái)看，這就是半導(dǎo)體器件，應(yīng)用階段優(yōu)勢(shì)作用顯著，晶閘管可以控制幾百到幾千安培的電流，電流達(dá)數(shù)十到數(shù)百毫安，可以控制弱電流的功率。

一、晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理

（一）晶閘管的結(jié)構(gòu)

晶閘管的外形及符號(hào)如圖1-1所示。其中圖1（a）為塑封性，塑封性主要多用于額定電流10A以下；其中圖1（b）和圖1（c）為螺栓性，螺栓性一般應(yīng)用為10A以上至200A以下；圖1（d）為平板形，用于200A以上。

它本身分布著三個(gè)電極，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究不難發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)極具有引出屬性，其分布于懸端的另一側(cè)，這部分結(jié)構(gòu)與散熱器相關(guān)關(guān)聯(lián)；在另一側(cè)則為陰極K，其中細(xì)線部分具有控制能效，也屬于極端范疇的G。晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中的半導(dǎo)體具有層級(jí)特點(diǎn)，處于中間位置的第二層能夠?qū)⒖刂萍?jí)引出。由于晶閘管是二極管，因此其導(dǎo)電特性也顯示出了一定的單向特點(diǎn)，電流不能循環(huán)流動(dòng)，只能由陽(yáng)極向陰極流動(dòng)，而做出反向調(diào)節(jié)時(shí)，才可能出現(xiàn)小程度的陰極回流，相對(duì)的反向晶閘管則呈現(xiàn)出相同的阻擋狀態(tài)。

（二）晶閘管的工作原理

晶閘管在實(shí)際運(yùn)行階段，各個(gè)關(guān)聯(lián)部分都能實(shí)現(xiàn)有效銜接，無(wú)論是陽(yáng)極還是陰極等，都能為晶閘管主電路的形成提供基礎(chǔ)保障，而門板G等控制裝置的有機(jī)結(jié)合，則組成了晶閘管的控制電路。一旦兩級(jí)同時(shí)增加正向電壓時(shí)，控制極電流就會(huì)隨之產(chǎn)生，而后在放大作用下，集電極電流就會(huì)隨之產(chǎn)生，相對(duì)的這也同時(shí)是基基電流，（IC2=β2×IG），在這一流程中， IB1=βC2同樣經(jīng)T1放大，產(chǎn)生集電極電流IC1=β1×β2×IG，也就是說(shuō)相應(yīng)基極電流都處于放大階段，當(dāng)此類流程以循環(huán)式特點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，正向的反饋過(guò)程就會(huì)隨之產(chǎn)生，而晶閘管的導(dǎo)通作用也可以在較短時(shí)間內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)，這也是常說(shuō)的觸發(fā)導(dǎo)通機(jī)制。

在此背景下，其不可控制特點(diǎn)逐漸凸顯，因此可以發(fā)現(xiàn)，EG僅具有導(dǎo)通特點(diǎn)，只要在其作用機(jī)制產(chǎn)生能效后，無(wú)論其本身存在或者不存在，晶閘管的屬性并不會(huì)發(fā)生改變。在導(dǎo)通過(guò)程中，其正向電壓將始終處于相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)范疇中，需要引起特別關(guān)注的是，一旦外界負(fù)載電阻及電源電壓等值量發(fā)生改變時(shí)，就需要確保VT1和VT2管處于非飽和狀態(tài)下，也就是VT1和VT2管的集電極―發(fā)射極壓降增高，能夠作用于陽(yáng)極電流，其本身值量也會(huì)處于縮減狀態(tài)，這就能促使反饋現(xiàn)象出現(xiàn)。當(dāng)以上兩個(gè)部分停止運(yùn)行后，晶閘管就會(huì)受其影響呈現(xiàn)停滯狀態(tài)。因此，如果維持電流降到最小范疇后，電源就會(huì)受到阻隔影響逐步切斷，陽(yáng)極電流也會(huì)隨之下降并歸零，而晶閘管也會(huì)自動(dòng)發(fā)揮阻斷作用。

二、晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用

晶閘管在大功率變頻技術(shù)中的應(yīng)用主要是為了實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換和控制。根據(jù)其功能，有以下幾種類型：

（一）可控整流器

晶閘管可以直接受導(dǎo)電控制的單向影響，相對(duì)的交流電壓則具有可調(diào)控能效，其應(yīng)用范疇較為廣泛，無(wú)論是電解還是開關(guān)電源等，都屬于其涵蓋范疇。從另一方向入手進(jìn)行研究不難發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在速度調(diào)節(jié)裝置中，從本質(zhì)上來(lái)看這就是以直流推動(dòng)為基準(zhǔn)的速度調(diào)節(jié)裝置。在晶閘管滲透性應(yīng)用后，靜態(tài)可控整流器被一系列的優(yōu)點(diǎn)所取代，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)更好。

（二）逆變與變頻

以晶閘管優(yōu)勢(shì)性能為依托，直流電流與交流電流之間的轉(zhuǎn)換就可以看成是逆變器，這一頻率交流流程也就是變頻。它常被用作焊接等領(lǐng)域范疇中作為中頻加熱電源。從當(dāng)前形勢(shì)來(lái)看，綜合應(yīng)用性能及經(jīng)濟(jì)屬性，高壓直流輸電的應(yīng)用能效普遍較強(qiáng)，其作用發(fā)揮主要依托于電流頻率轉(zhuǎn)換，而后再通過(guò)直流逆變器就可以滿足人們的實(shí)際需求。除此之外，另一種應(yīng)用是對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，如電網(wǎng)級(jí)聯(lián)頻率轉(zhuǎn)換裝置的多樣化方式及海上鉆井平臺(tái)的頻率調(diào)整等。這也是現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展的核心重點(diǎn)，相對(duì)的外匯調(diào)速設(shè)備的發(fā)展速率也不斷增強(qiáng)。

（三）直流斬波器

將晶閘管與直流開關(guān)有機(jī)結(jié)合，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)其開關(guān)及頻率的有效控制，相對(duì)的直流電壓也能受到固定形式的轉(zhuǎn)變而發(fā)生變化，調(diào)節(jié)或固定作用都可以實(shí)現(xiàn)。這種直流斬波器主要用于電力機(jī)車、電車牽引、直流調(diào)速、串阻調(diào)速、方便控制、節(jié)能等方面。

三、結(jié)語(yǔ)

晶閘管多數(shù)被用于大功率變頻技術(shù)中，并且目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，所以說(shuō)對(duì)其進(jìn)行深入的分析和探討是非常重要的，同時(shí)也是當(dāng)今時(shí)代研究和應(yīng)用中的熱點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)具有較大的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊勇.晶閘管軟啟動(dòng)控制器與變頻器在中小型煤礦大功率電動(dòng)機(jī)上的選擇與應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2014，（11）.

[2]張毅坤，劉軍，徐平.大功率電流型晶閘管變頻器低頻PWM換流過(guò)程分析[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，（03）.

[3]張福貴，徐占軍，孟苗苗.有源箝位技術(shù)在低壓大功率變頻器中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2013，（02）.

[4]王春光.大功率變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用訪北京金自天正智能控制股份有限公司總經(jīng)理助理朱春毅[J].電氣應(yīng)用，2011，（20）.

[5]楊輝，趙賓杰，郭建鋒.中小型煤礦軟啟動(dòng)控制器在大功率設(shè)備的應(yīng)用[J].時(shí)代報(bào)告：學(xué)術(shù)版，2013，（02）.

（作者單位：西安派瑞功率半導(dǎo)體變流技術(shù)股份有限公司）