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晶闸管击穿的原因
晶闸管击穿的原因主要有以下几个：
1. 过电压击穿：当晶闸管两端之间的电压超过其额定反向耐压时，会发生击穿。
例如，在开关电源的电流波动或突然断电时，可能会引起过电压击穿。
2. 过电流击穿：当晶闸管通过的电流超过其额定电流时，可能会引起击穿。
过电流击穿一般是由于负载电流过大或短路情况引起的。
3. 温度击穿：晶闸管的导通和堵塞状态会受到温度的影响。
当温度过高时，晶闸管的导通压降会增加，可能导致击穿。
4. 静电击穿：静电放电可能引起晶闸管的击穿。
当周围环境存在静电电荷时，将电极直接与晶闸管的封装部分接触，会产生静电击穿。
为了防止晶闸管击穿，可以采取以下措施：
1. 合理设计电路，避免过电压和过电流情况的发生。
2. 使用合适的散热装置，控制晶闸管的温度，避免温度击穿。
3. 在工作环境中注意静电保护，避免静电击穿的发生。
4. 定期检查和维护晶闸管，确保其正常运行。
防止晶闸管损坏的保护措施
晶闸管元件的主要弱点是承受过电流和过电压的力量很差，即使短时间的过流和过电压，也可能导致晶闸管的损坏，所以必需对它采纳适当的爱护措施。
1、过流爱护
晶闸管消失过电流的主要缘由是过载、短路和误触发。
过流爱护有以下几种：
a）快速容断器，快速容断器中的溶丝是银质的，只要选用适当，在同样的过电流倍数下，它可以在晶闸管损坏前先溶断，从而爱护了晶闸管；
b）过电流继电器，当电流超过过电流继电器的整定值时，过电流继电器就会动作，切断爱护电路。
但由于继电器动作到切断电路需要肯定时间，所以只能用作晶闸管的过载爱护；
c）过载截止爱护，利用过电流的信号将晶闸管的触发信号后移或使晶闸管的导通角减小，或干脆停止触发爱护晶闸管。
2、过压爱护
过电压可能导致晶闸管的击穿。
其主要缘由是由于电路中电感元件的通断、熔断器熔断或晶闸管在导通与截止间的转换。
对过压爱护可采纳两种措施：
a）阻容爱护，阻容爱护是电阻和电容串联后，接在晶闸管电路中的一种过电压爱护方式。
其实质是利用电容器两端电压不能突变和电
容器的电场储能以及电阻使耗能元件的特性，把过电压的能量变成电场能量储存在电场中，并利用电阻把这部分能量消耗掉；
b）硒堆爱护。
晶闸管换流过电压保护元件参数的优化崔成旺Ξ(天津大学电气与自动化工程学院,天津 300072)摘 要:以三相桥式全控整流电路为例,分析了晶闸管换流过电压的产生过程。
通过数学推导,找出换流尖峰电压与保护元件参数之间的关系。
给出了求保护元件参数最优解的工程化方法。
经现场使用,保护元件及晶闸管均工作安全可靠,证实了本方法的可行性。
关键词:换流过电压保护;缓冲器;晶闸管;最优化 晶闸管换流过程中,由于元件内部各PN 结层残存载流子复合产生反向电流[1]。
此电流在极短的时间内降至接近于零的数值,则有较大di Πdt 值,与回路电感形成的Ldi Πdt 的电压称为换流过电压。
为了减小换流尖峰电压必须在元件呈反向阻断特性时为反向恢复电流提供一个泄放回路,通常采取由电容电阻组成换流缓冲器支路与晶闸管元件并接来限制该尖峰电压值。
但在实际应用中由于参数选择未经理论论证,常根据经验值而定,许多装置中该尖峰电压仍然很高。
文献[2]对已运行的十几台40MW ～300MW 发电机晶闸管励磁装置进行现场测试,发现换流尖峰电压均达到阳极电压有效值的3倍左右,这样高的尖峰电压势必加速系统设备绝缘老化并影响运行可靠性。
换流缓冲器参数选择不当已成为急待解决的工程技术问题。
1.换流过电压产生过程图 晶闸管换流过程示意Ξ作者简介崔成旺(),男,河北廊坊人,天津大学电气与自动化工程学院电气工程专业级硕士研究生。
中国电力教育2006年研究综述与技术论坛专刊1:1977-04 三相全控桥如图1所示,现以VT 1和VT3的换流过程为例说明换流过电压的产生过程。
晶闸管交流装置运行在t1点处,VT 3触发导通。
由于交流侧存在漏抗使VT 1和VT 3处于并联导通进行换流,电源e1与e2两支路经晶闸管元件VT 1和VT 3而短路,有一短路电流I 反向流过VT1元件,此时VT1元件中电流为I V T1=I d -I 。
当运行到t2点时,I =I d 即I V T 1=0,负载电流I d 完全转换到由VT 3元件支路供给,似乎此时换流过程应该结束了,但是此时VT 1元件内部PN 结处仍有载流子,还需一个短暂时间间隔(通常仅有几微秒)进行泄放,故VT 1元件继续反向导通直至反向恢复电流I 0时才恢复阻断特性。
第五节 晶闸管简介晶闸管是一种大功率半导体器件，又称可控硅，常用SCR 表示。
其优点是体积小、耐压高、容量大、使用维护简单。
晶闸管的种类很多，有单向型、双向型、可关断型以及快速型等。
一、晶闸管的结构外形、结构常用的晶闸管有塑封式、螺栓式和平板式三种，它有三个引出极，即阳极A 、阴极K 和控制极（门极）G 。
由于大功率晶闸管工作时发热量较大，因此正常工作时必须安装散热器。
晶闸管的符号及其内部结构如图1-5-1所示。
由图可见，晶闸管的阳极和阴极之间为PNPN 四层结构，它们形成三个PN 结J1、J2和J3。
A 阳极(c) 结构(b) KGA符号(a) 外形二、晶闸管的工作状态如图1-5-2（a）所示电路中，当晶闸管阳极和阴极之间加反向电压时，无论控制极与阴极之间施加何种电压，灯泡均不亮，晶闸管不导通，即晶闸管处于反向阻断状态。
当阳极和阴极之间加正向电压时，若控制极与阴极之间施加的电压为零或反向电压时，灯泡也不亮，说明晶闸管仍然不导通，处于正向阻断状态，如图1-5-2（b）所示。
在晶闸管阳极加正向电压，控制极也加上适当正向电压后，灯泡点亮，晶闸管导通。
此时，若去掉控制极电压，灯泡仍然发光，即晶闸管维持导通，控制极失去控制作用，如图1-5-2（c）（d）所示。
UA UUA UUAUGAUGUA可见，要使晶闸管从导通状态变为阻断状态，可以通过两个途径：①在阳极和阴极之间加反向电压或将阳极与电源断开，这种阻断称为反向阻断；②使阳极电流减少到一定数值（约几十~几百毫安）后晶闸管将自行关断，称为正向阻断。
三、晶闸管的型号和主要参数1．晶闸管的型号按照国家规定，普通晶闸管的型号及含义如下：例如，KP200-8D表示普通晶闸管，额定电流为200A，额定电压为800V，管压降0.6~0.7V。
2．晶闸管的主要参数（1）额定正向平均电流I F 指在规定环境温度及标准散热条件下，允许连续通过晶闸管阳极的最大工频正弦半波电流的平均值。
你的可控硅整流器需要具备这些保护措施
可控硅整流器作为一种重要的元件，在很多电路系统中都是不可缺少的组成部分，而较大容量的可控硅元件能够保障其安全正常运行。
然而，为了使可控硅整流器可靠的工作，还必须加上各种保护，这样才能有效的防止雷击、元件损坏、桥臂过热等问题。
本文在这里总结了几种必备的可控硅保护措施，与大家一起分享。
晶闸管关断过电压保护
该种可控硅保护措施，能够为可控硅整流器提供基础的安全保障。
配备有晶闸管关断过电压保护的整流器一旦出现故障，可以防止晶闸管被过电压击穿。
当整流器发生故障时，晶闸管从导通到阻断，线路电感将会释放能量产生过电压。
由于晶闸管在导通期间载流子充满元件内部，在关断过程中管子在反向作用下，正向电流下降到零时，元件内部残存着载流子。
这些载流子在反向电压作用下瞬时出现较大的反向电流，使残存的载流子迅速消失。
这时反向电流减小即diG/dt极大，产生的感应电势很大，这个电势与电源串联，反向加在已恢复阻断的元件上，可导致可控硅反向击穿，其数值可达工作电压的5—6倍。
因此，在晶闸管两端并接阻容吸收电路是十分有必要的。
交流侧过电压保护
在可控硅整流器的保护措施中，交流侧过电压保护措施也是必须具备的重要安全保障之一。
由于交流侧电路在接通或断开时出现暂态过程，此时便会产生操作过电压。
高压合闸的瞬间，由于初次级之间存在分布电容，初级高压经电容耦合到次级，出现瞬时过电压，很容易对可控硅造成损伤。
设置交流侧过电压保护其实并不难操作，工程师仅需在三相变压器次级星形中点与地之间并联适当电容，就可以有效的减小这种过电压。
单元十三电力电子技术基础（教案）注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25倍行距，居中）13.2晶闸管可控整流电路【教学过程】组织教学：1．检查出勤情况。
2．检查学生教材，习题册是否符合要求。
3．宣布上课。
引入新课：1．可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
2．通过实物演示及列举实例，让学生了解桥式整流电路的原理及应用，从而激发他们的学习兴趣。
讲授新课：13.2晶闸管可控整流电路13.2.1整流电路可控整流电路的作用是将交流电变换为电压大小可以调节的直流电，以供给直流用电设备，如直流电动机的转速控制、同步发电机的励磁调节、电镀和电解电源等，它主要利用晶闸管的单向导电性和可控性构成。
13.2.1整流电路单相半波可控整流电路虽然具有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。
比较常用的是半控桥式整流电路，简称半控桥，其电路如图13-2-1所示。
在变压器副边电压u的正半周（a端为正）时，T1和D2承受正向电压。
这时如对晶闸管T1引入触发信号，则T1和D2导通，电流的通路为a→T1→R L→D2→b图13-2-1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路这时T2和D1都因承受反向电压而截止。
同样，在电压u的负半周时，T2和D1（讲解）（讲解）观看PPT：整流电路)承受正向电压。
这时，如对晶闸管T 2引入触发信号，则T 2和D 1导通，电流的通路为： b→T 2→R L →D 1→a图13-2-2 电阻性负载时单相半控桥式整流电路的电压与电流的波形这时T 1和D 2处于截止状态。
电压与电流的波形如图13-2-2所示。
桥式整流电路的输出电压的平均值为2cos 219.00a U U +⋅= (13-2-1)输出电流的平均值为2cos 19.000aR U R U I L L +⋅==(13-2-2) 13.2.2晶闸管的过电流、过电压保护1．晶闸管的过电流保护由于晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度就会急剧上升而可能把PN 结烧坏，造成元件内部短路或开路。
晶闸管的过电压和过电流保护在电力电子电路中，为确保变流电路正常工作，除了适当选择电力电子器件参数、设计良好的驱动电路外，还要采用必要的保护措施，即过电压保护、过电流保护、du/dt及di/dt的限制。
晶闸管的过电压保护晶闸管的过电压能力极差，当元件承受的反向电压超过其反向击穿电压时，即使时间很短，也会造成元器件反向击穿损坏。
如果正向电压超过晶闸管的正向转折电压，会引起晶闸管硬开通，它不仅使电路工作失常，且多次硬开通后元器件正向转折电压要降低，甚至失去正向阻断能力而损坏。
因此必须抑制晶闸管上可能出现的过电压，采取过电压保护措施。
1.晶闸管关断过电压及其保护晶闸管从导通到阻断时，和开关电路一样，因线路电感（主要是变压器漏感）释放能量会产生过电压。
由于晶闸管在导通期间，载流子充满元件内部，所以元器件在关断过程中，正向电流下降到零时，元器件内部仍残存着载流子。
这些积蓄载流子在反向电压作用下瞬时出现较大的反向电流，使积蓄载流子迅速消失，这时反向电流减小的速度极快，即di/dt极大。
晶闸管关断过程中电流与管压降的变化如图1所示。
因此，即使和元器件串联的线路电感L很小，电感产生的感应电势L（di/dt）值仍很大，这个电势与电源电压串联，反向加在已恢复阻断的元器件上，可能导致晶闸管的反向击穿。
这种由于晶闸管关断引起的过电压，称为关断过电压，其数值可达工作电压峰值的5～6倍，所以必须采取抑制措施。
如图2（a）所示，晶闸管两端的电压波形在管子关断的瞬时出现反向电压尖峰（毛刺）即为关断过电压。
当整流器输出端接续流二极管时，续流二极管由导通转为截止的瞬间，也是立即承受反向电压的，所以同样会产生关断过电压，故对续流二极管也应采取过电压保护措施。
图1 晶闸管关断过程中电流与管压降的变化图2 晶闸管关断过电压波形对于这种呈尖峰状的瞬时过电压，最常用的保护方法是在晶闸管两端并联电容，利用电容两端电压瞬时不能突变的特性，吸收尖峰过电压，把电压限制在管子允许的范围。
浅析晶闸管的过电压保护
摘要：本文对造成变流装置中的晶闸管因承受过电压而损坏进行了分析，针对损害原因，浅析了晶闸管产生过电压的原因，并为生产实践提供了过电压保护的方法。
关键词：晶闸管；过电压；保护方法
中图分类号：tm862 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2012） 17-0000-02
晶闸管原称可控硅，是硅晶体闸流管的简称。
它在变流装置中作为一种大功率半导体器件。
由于它具有体积小、重量轻、效率高、反应快、可靠性好等优点，因而在电力电子领域获得广泛应用。
但是在应用中，变流装置中的晶闸管对过电压很敏感，由于缺乏保护措施或使用不当，经常易于损坏。
因此如何对晶闸管进行过电压保护，以保证晶闸管器件正常可靠运行，是不能忽视的一个问题。
1 产生过电压的原因
在变流装置中，当晶闸管承受的反向电压超过其反向击穿电压时，将会造成晶闸管反向击穿而损坏。
当晶闸管承受的正向电压超过其正向转折电压时，就会造成晶闸管误导通，使电路工作不正常，引发电路故障，甚至也会损坏晶闸管。
过电压是造成晶闸管电路故障的重要原因之一，产生过电压的原因有如下几种：
（1）由于晶闸管装置的拉闸、合闸和晶闸管关断等电磁过程引起的，称为操作过电压。
（2）由于雷击等原因从电网侵入的浪涌电压，称为雷电过电压。
2 晶闸管过电压保护
按过电压保护的部位，可分为：交流侧保护、器件侧保护和直流侧保护。
2.1 交流侧过电压保护
2.1.1 交流侧操作过电压及其保护
由于操作交流侧电源时，使电感元件聚集的能量骤然释放所引起的瞬时过电压，一般有以下几种情况：
（1）由于变压器一次、二次绕组之间存在分布电容，若在一次电压峰值时合闸，一次高电压将经分布电容耦合到二次绕组上而出现瞬间过电压。
通常可以在变压器二次绕组或在三相变压器二次绕组的星形中点与地之间，并联接入适当的电容（一般为0.5 f），或在一次绕组与二次绕组之间加屏蔽层，就可以显著减小这种过电压。
（2）变压器空载时，一次绕组内只有励磁电流，而励磁电流滞后电源电压约900。
当电源电压过零时，这时若突然断闸，由于励磁电流突变，所以在二次绕组感应出很高的瞬时过电压，其峰值可达电源电压峰值的6倍以上，对晶闸管非常有害。
（3）当变流装置直接接到电源上时，由于相邻负载电流的突然断开，会在电源回路的电感上产生感应电动势，感应电动势与电源电压极性恰好是顺极性相加而引起过电压。
交流侧操作过电压都是瞬时的尖峰过电压，抑制这种尖峰过电
压的有效方法是并联阻容吸收电路。
它是利用电容器两端电压不能够突变的原理，将变压器铁心所释放的磁场能量转化为电容器的电场能量储存起来，从而有效地仰制尖峰过电压。
阻容吸收电路的接法如图1所示。
（a）单相连接（b）三相y连接（c）三相d连接（d）三相整流式
2.1.2 交流侧浪涌过电压及其保护
当发生雷击或从电网侵入更高的浪涌过电压时，虽有阻容吸收电路保护，过电压仍会突破允许值，因此，在采用阻容吸收电路保护的同时，可以用类似稳压管稳压原理的硒堆或压敏电阻来保护，它们能把浪涌电压抑制在晶闸管装置允许的范围内。
（1）硒堆
硒堆就是成组串联的硒整流片，其接法如图2所示。
（a）单相连接（b）三相y连接（c）三相d连接
图2 硒堆保护的接法
采用硒堆保护能吸收较大的浪涌能量，但硒堆体积大，反向伏安特性不陡，长期放置不用会产生正向电阻增大，反向电阻减小的现象，使其性能变差，因而失去效用。
所以使用前需先加50%的额定电压约10分钟，再加额定电压2小时，才能恢复原有性能。
所以硒堆不是理想的保护元件。
（2）压敏电阻
压敏电阻正常工作时，呈高阻态，遇到过电压时，它被击穿，可通过高达数千安的放电电流，因而抑制过电压的能力非常强。
此外，压敏电阻还具有反应快、体积小、价格低等优点。
所以可用它取代硒堆。
压敏电阻在保护电路中的接法如图3所示。
（a）单相连接（b）三相y连接（c）三相d
连接
2.2 晶闸管关断过电压保护
晶闸管从导通变为阻断时，由于流过的电流相应减小，即便减小到零，其内部还残留载流子，管子还没有恢复阻断能力。
这些载流子在反向电压的作用下，将产生较大的反向电流，使内部残存的载流子迅速消失，晶闸管立即关断。
此时，
反向电流减小的速度非常快，使线路电感上产生很大的感应电动势，形成关断过电压。
这种由于晶闸管关断过程引起的过电压，称关断过电压。
其过电压值可达工作电压峰值的5～6倍，可能会导致晶闸管的反向击穿，因此必须采取保护措施。
对于关断过电压，最常用的保护方法是在晶闸管两端并联阻容吸收电路，利用电容两端电压不能突变的特性，来吸收尖峰过电压，把电压限制在晶闸管允许的范围内，如图4所示。
串联电阻的作用是：①阻尼lc电路的振荡。
②限制晶闸管开通损耗与电流上升率。
2.3 直流侧过电压保护
直流侧是电感性负载时，在某种情况下，会发生浪涌过电压，
如图5所示。
当整流桥中某两桥臂突然阻断时，因大电感ld中电流突变，而感生出很高的电动势，并通过负载加在另外处于阻断状态的晶闸管上，因此有可能造成晶闸管硬开通而损坏。
直流侧过电压保护可采用与交流侧保护相同的方法，其参数的计算与选择也相同，对于容量较小的装置，可采用阻容吸收电路抑制过电压；对于容量较大的装置，当采用阻容保护影响到系统的快速性时，应选择硒堆或压敏电阻保护，如图5电路中虚线部分所示。
在晶闸管的使用中，如能综合利用上述几种方法对晶闸管进行过电压保护，可大大减少由晶闸管引起的设备故障，使控制系统更加稳定可靠。
参考文献：
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[作者简介]赵国华（1982-），女，本科，讲师，研究方向为电气自动化。
