晶閘管整流器是一種基于晶閘管(電力電子功率器件)和智能數(shù)字控制電路的功率控制電器。它具有效率高、無機(jī)械噪聲和磨損、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。NX70系列晶閘管整流器通過控制電壓、電流、功率實(shí)現(xiàn)精確控溫。憑借其先進(jìn)的數(shù)字控制算法，它優(yōu)化了電能使用效率。它在節(jié)約電能方面起著重要的作用。

　　1.整流器元件(晶閘管)

　　簡(jiǎn)單來說:整流器就是通過整流元件將單相或三相正弦交流電流變成穩(wěn)定可調(diào)的單向DC電流。其實(shí)現(xiàn)條件主要依靠整流器、晶閘管等元件通過整流。此外，還有許多整流器件，如:可關(guān)斷晶閘管GTO、反向晶閘管、雙向晶閘管、整流模塊、功率模塊IGBT、SIT、MOSFET等。這里只討論晶閘管。

　　晶閘管，又稱晶閘管，通常稱為晶閘管。它是一種功率半導(dǎo)體器件。由于其效率高、控制特性好、壽命長(zhǎng)、體積小，自60年代以來發(fā)展迅速，已形成一門獨(dú)立的學(xué)科?！熬чl管交流技術(shù)”。晶閘管發(fā)展到今天，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，質(zhì)量更好，成品率大大提高，正在向高壓大電流方向發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)晶閘管額定電流可達(dá)5000A，國(guó)外較大。我國(guó)韶山電力機(jī)車裝載了我國(guó)研制的大功率晶閘管。

　　晶閘管的應(yīng)用；

　　第一，可控整流

　　就像二極管整流器一樣，可以把交流整流成DC，在交流電壓不變的情況下，方便控制DC輸出電壓的大小，實(shí)現(xiàn)交流變DC整流。

　　二、交流電壓調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)

　　利用晶閘管的開關(guān)特性來代替老式的接觸式調(diào)壓器、感應(yīng)式調(diào)壓器和飽和電抗器進(jìn)行調(diào)壓。為了消除晶閘管交流調(diào)壓產(chǎn)生的高次諧波，出現(xiàn)了一種過零觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)負(fù)載交流功率的無級(jí)調(diào)節(jié)，即晶閘管調(diào)功器。溝通——可變溝通。

　　三、逆變器和變頻

　　DC輸電:將三相高壓交流電整流成高壓DC，由高壓DC遠(yuǎn)距離輸送，以減少損耗，增加電網(wǎng)穩(wěn)定性，再由逆變器將DC高壓轉(zhuǎn)換成50HZ的三相交流電。DC-AC

　　交流電機(jī)中頻加熱和變頻調(diào)速，串勵(lì)調(diào)速，交變頻交流。

　　四、斬波調(diào)壓(脈沖調(diào)壓)

　　斬波調(diào)壓是DC和可變DC之間的轉(zhuǎn)換，用于城市有軌電車、電力機(jī)車、電瓶車、叉車(叉車)、電動(dòng)汽車等。高頻電源用于電火花加工。

　　五、無觸點(diǎn)電力靜態(tài)開關(guān)(固態(tài)開關(guān))

　　作為功率開關(guān)元件，替代接觸器和繼電器用于高開關(guān)頻率場(chǎng)合。

　　晶閘管導(dǎo)通條件:

　　晶閘管加正向陽極電壓后，在柵極加適當(dāng)?shù)恼驏艠O電壓使晶閘管導(dǎo)通，稱為觸發(fā)。一旦晶閘管被觸發(fā)并導(dǎo)通，柵極就失去了控制功能。通常，只需在柵極上加一個(gè)正向脈沖電壓，稱為觸發(fā)電壓。在一定條件下，門極可以觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，但不能關(guān)斷。為了恢復(fù)導(dǎo)通晶閘管的阻斷，可以降低陽極電壓或增加負(fù)載電阻，使流過晶閘管的陽極電流降低到保持電流(IH)(當(dāng)門極關(guān)斷時(shí)，晶閘管會(huì)從較大的導(dǎo)通狀態(tài)電流下降到恰好需要保持晶閘管導(dǎo)通的陽極電流，稱為保持電流)，然后電流突然下降到零，再升高電壓或降低負(fù)載電阻， 并且電流不再增加，表明晶閘管已經(jīng)恢復(fù)阻斷。

　　根據(jù)晶閘管陽極的伏安特性，可以概括如下:

　　1.當(dāng)門極關(guān)斷時(shí)，晶閘管的正向漏電流比一般硅二極管的大，且隨管正向陽極電壓的增加而增加。當(dāng)陽極電壓足夠高時(shí)，晶閘管就會(huì)導(dǎo)通，這就是所謂的正向?qū)ɑ颉坝矊?dǎo)通”。反復(fù)用力打開會(huì)損壞管道。

　　2.晶閘管加正向陽極電壓后，還必須加觸發(fā)電壓，才能產(chǎn)生足夠的觸發(fā)電流，使晶閘管由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通。當(dāng)觸發(fā)電流不夠時(shí)，電子管不會(huì)導(dǎo)通，但正向漏電流會(huì)隨著增加而顯著增加。晶閘管只能穩(wěn)定工作在關(guān)斷和導(dǎo)通兩種狀態(tài)，沒有中間狀態(tài)，因此具有雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性。它是一種理想的無觸點(diǎn)功率開關(guān)元件。

　　3.一旦晶閘管導(dǎo)通，柵極就完全失去控制功能。要關(guān)斷晶閘管，必須使陽極電流為“保持電流”。對(duì)于阻性負(fù)載，只需使管的陽極電壓降至零即可。為了保證晶閘管可靠、快速關(guān)斷，通常在管的陽極電壓降至零后的一定時(shí)間內(nèi)加上反向電壓。

　　晶閘管的主要特性參數(shù)

　　1.正向和反向重復(fù)峰值電壓-額定電壓(以較小者為準(zhǔn)，VDRM或VRRM)

　　2.額定通態(tài)平均電流it()-額定電流(正弦半波平均值)

　　3.柵極觸發(fā)電流IGT，柵極觸發(fā)電壓UGT，(受溫度變化影響)

　　4.通態(tài)平均電壓UT()是管電壓降。

　　5.保持電流IH并阻斷電流i1

　　6.開啟和關(guān)閉時(shí)間

　　晶閘管的選擇:

　　晶閘管過載能力差，要根據(jù)實(shí)際電流乘以1.5~3倍，即電流裕度。通常按平均電流IT()選取，額定電流的有效值ITe(均方根值)為平均電流的1.57倍。

　　波形系數(shù)Kf=Ite/IT()=1.57。

　　額定電壓應(yīng)為實(shí)際工作中可能電壓的2~3倍，即電壓裕度。

　　同時(shí)，應(yīng)增加必要的防護(hù)措施。

　　柵極觸發(fā)電流:幾十毫安到幾百毫安，離開這個(gè)范圍可能會(huì)誤觸發(fā)或者難以觸發(fā)。

　　柵極觸發(fā)電壓:約3V。

　　臺(tái)面可分為凹臺(tái)和凸臺(tái)，散熱器與此有關(guān)。

　　2.主電路類型和多相整流

　　首先，單相

　　1.單相半波可控整流電路

　　2.單相全波可控整流電路(雙半波)

　　3.單相半控橋式可控整流電路

　　4.單相橋式可控整流電路

　　第二和第三階段

　　1.三相半波可控整流電路

　　2.三相橋式全控整流電路

　　3.三相橋式半控整流電路

　　4.三相全控橋式同相反并聯(lián)整流電路

　　5.帶平衡的雙反星形電抗器可控整流電路。

　　6.平衡δ/y ┻ y+y ┻ y雙反星形電抗器全電路同相反并聯(lián)可控整流

　　第三，多相整流

　　多相整流可以大大降低高次諧波電流，減少對(duì)電網(wǎng)的污染。

　　三相橋式和雙反起動(dòng)電路都可以形成多相整流。例如12、24、36和48個(gè)脈沖，即一個(gè)交流周期中DC脈沖的數(shù)量。一般來說，24脈沖以上的變壓器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，整個(gè)變壓器的閥側(cè)銅排比較多，帶來一些其他的困難。大容量機(jī)組可以使用多個(gè)整流機(jī)組，通過移相相位差和并聯(lián)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)多相整流。

　　保護(hù)

　　晶閘管本身在選擇時(shí)已經(jīng)準(zhǔn)備了大的電流和電壓裕度。為了使整流器可靠地工作，必須增加各種保護(hù)。過流、限流、過壓、快速熔斷、元器件損壞、水壓異常、水溫高、缺相、缺分支、橋臂過熱、防雷、控制電路失控過流、過壓等。整個(gè)變壓器中的輕、重氣體油溫異常。

　　(1)晶閘管關(guān)斷過電壓(換相過電壓、空穴積累效應(yīng)過電壓)及保護(hù)。

　　晶閘管開通和關(guān)斷時(shí)，線路電感(主要是變壓器漏電感LB)釋放能量產(chǎn)生過電壓。因?yàn)榫чl管在導(dǎo)通時(shí)充滿載流子，在關(guān)斷過程中，在管的反向作用下，正向電流下降到零，載流子留在元件中。在反向電壓的作用下，這些載流子瞬間產(chǎn)生較大的反向電流，使得剩余的載流子迅速消失。此時(shí)反向電流減小，即diG/dt極大，感應(yīng)電勢(shì)很大。此電位與電源串聯(lián)，反向施加于已恢復(fù)阻斷的元件，可能導(dǎo)致晶閘管反向擊穿。這就是關(guān)斷過壓(換向過壓)。該值可達(dá)工作電壓的5~6倍。保護(hù)措施:在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收電路。

　　(2)交流側(cè)過電壓及其保護(hù)

　　由于交流側(cè)電路開通或關(guān)斷時(shí)的瞬態(tài)過程，會(huì)產(chǎn)生操作過電壓。高壓合閘瞬間，由于原邊級(jí)間的分布電容，原邊高壓通過電容耦合到副邊，產(chǎn)生瞬時(shí)過電壓。措施:通過在三相變壓器次級(jí)星形的中點(diǎn)和地之間并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙?，可以顯著降低這種過電壓。當(dāng)與整流器并聯(lián)的其它負(fù)載被切斷時(shí)，由于電源回路的電感而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)過電壓。當(dāng)變壓器空載并且電源電壓過零時(shí)，初級(jí)開關(guān)被接通，并且由于變壓器激勵(lì)電流的突然變化，在次級(jí)中感應(yīng)出高的瞬時(shí)電壓， 并且該電壓的峰值可以達(dá)到工作電壓的6倍以上。雷擊或電網(wǎng)侵入引起的過電壓，即偶發(fā)性浪涌電壓，必須加阻容吸收電路保護(hù)。

　　(3) DC側(cè)過電壓及保護(hù)

　　當(dāng)負(fù)載斷開或即將熔斷時(shí)，儲(chǔ)存在變壓器中的磁場(chǎng)能量會(huì)產(chǎn)生過電壓。顯然，交流側(cè)的阻容吸收保護(hù)電路可以抑制這種過電壓，但由于過載變壓器中儲(chǔ)存的能量大于空載變壓器中的能量，所以不能完全消除。措施:壓敏吸收通常可用于保護(hù)。

　　(4)過電流保護(hù)

　　一般會(huì)加一個(gè)快速保險(xiǎn)絲進(jìn)行保護(hù)。其實(shí)不能保護(hù)晶閘管，只能保護(hù)變壓器線圈。

　　(5)電壓和電流上升速率的限制

　　4.均流和晶閘管選擇

　　均流不好，容易燒壞元器件。為了解決均流問題，過去加了一個(gè)均流電抗器，噪音很大，效果也不好。一顆一顆的擰緊螺絲，盲目，無效，噪音大，耗能多。我們采用的方法是:用計(jì)算機(jī)程序軟件對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行篩選、匹配、編號(hào)，組裝時(shí)按其編號(hào)的順序進(jìn)行組裝，非常簡(jiǎn)單。每個(gè)部件都刻有文字，供下次更換時(shí)參考。這樣可以使均流系數(shù)達(dá)到0.85以上。為了減少并聯(lián)，選用大部件。這樣可以進(jìn)一步提高均流，降低損耗，因?yàn)槊總€(gè)元件都有壓降，這也是整流器的主要損耗。

　　5.觸發(fā)控制電路

　　目前可控硅觸發(fā)電路有很多:模擬IC集成觸發(fā)電路，包括國(guó)產(chǎn)IC kj 004(kj 009)；進(jìn)口IC有TCA 785，787電路；數(shù)字觸發(fā)器(一個(gè)邏輯芯片)模擬控制，可以同步鎖相；單片機(jī)的觸發(fā)控制電路應(yīng)用越來越廣泛，可以用PI調(diào)節(jié)。能夠滿足可控硅的觸發(fā)要求。