晶闸管保护电路

熔断器, 晶闸管, 输入电流

　晶闸管的保护电路，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。
一. 晶闸管的过流保护
晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类:一类是由于整流电路内部原因, 如整流晶闸管损坏, 触发电路或控制系统有故障等; 其中整流桥晶闸管损坏类较为严重, 一般是由于晶闸管因过电压而击穿,造成无正、反向阻断能力，它相当于整流桥臂发生永久性短路，使在另外两桥臂晶闸管导通时，无法正常换流，因而产生线间短路引起过电流.另一类则是整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，这类情况时有发生，因为整流桥的负载实质是逆变桥, 逆变电路换流失败，就相当于整流桥负载短路。另外，如整流变压器中心点接地，当逆变负载回路接触大地时，也会发生整流桥相对地短路。

1. 对于第一类过流，即整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，可以采用第一种保护措施，最常见的就是接入快速熔短器的方式。见图1。快速熔短器的接入方式共有三种，其特点和快速熔短器的额定电流见表1。

表1：快速熔短器的接入方式、特点和额定电流

方式	特点	额定电流IRN	备注
A型	熔短器与每一个元件串联，能可靠地保护每一个元件	IRN<1.57IT	IT：晶闸管通态平均电流
B型	能在交流、直流和元件短路时起保护作用，其可靠性稍有降低	IRN<KCID 系数KC见表2	KC：交流侧线电流与ID之比 ID：整流输出电流
C型	直流负载侧有故障时动作，元件内部短路时不能起保护作用	IRN<ID	ID：整流输出电流

表2：整流电路型式与系数KC的关系表

型式		单相全波	单相桥式	三相零式	三相桥式	六相零式六相曲折	双Y 带平衡电抗器
系数KC	电感负载	0.707	1	0.577	0.816	0.108	0.289
系数KC	电阻负载	0.785	1.11	0.578	0.818	0.409	0.290

对于第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理图如下

图2：过流保护原理图
二. 晶闸管的过压保护
　晶闸管设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。
1. 过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路，以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。见图3和图4。

过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理图如下：

三. 电流上升率、电压上升率的抑制保护

1. 电流上升率di/dt的抑制
晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域，局部电流密度很大，然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面，若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大，会导致PN结击穿，必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如下图:

2. 电压上升率dv/dt的抑制
　加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大，由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使晶闸管正向阻断能力下降，严重时引起晶闸管误导通。
　为抑制dv/dt的作用，可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如下图：