摘 要：本文闡述了軟啟動器在運行過程中產(chǎn)生的過電壓對晶閘管的影響，分析了產(chǎn)生過電壓的原因，并提出了幾種解決過電壓的保護措施。
關(guān)鍵詞：晶閘管、 過電壓、 保護
0、引言
　　某礦的一條上運皮帶長500米，傾角16度，交流電機電壓為交流660V，功率為160Kw，為解決電機起動時所形成的機械及電氣沖擊，選用了天地科技股份有限公司常州自動化分公司GMC型軟啟動柜，其核心器件軟啟動器選用德國西門子生產(chǎn)的3RW22型軟啟動器。在安裝調(diào)試過程中，為確保設(shè)備的安全，先進行了空載試運行，電壓、電流參數(shù)都設(shè)置的很小，起動過程一切正常。運行一段時間停車后，再次起動時，西門子軟啟動器發(fā)生故障報警，顯示晶閘管故障，按其復(fù)位按鈕無效，用指針式萬用表測量晶閘管阻值，發(fā)現(xiàn)晶閘管中間相的阻值幾乎為零，而完好的晶閘管陽極和陰極之間阻值>100K,因此懷疑晶閘管損壞。經(jīng)分析，造成晶閘管阻值降低的原因是交流電機的反向電動勢及晶閘管關(guān)斷過電壓引起,間隔一天，再次測量晶閘管阻值時，阻值恢復(fù)正常。
1、分析產(chǎn)生故障現(xiàn)象的原因
　　晶閘管陽極伏安特性如圖1所示：

圖1 晶閘管陽極伏安特性
　　從晶閘管陽極伏安特性圖可以看出：當(dāng)電壓超過晶閘管正向轉(zhuǎn)折電壓UBO時，晶閘管就會“硬導(dǎo)通”，多次的“硬導(dǎo)通”會損壞晶閘管，晶閘管通常是不允許這樣工作的。通常在使用晶閘管時，先加上一定的陽極電壓，然后在門極和陰極加上足夠大的觸發(fā)電壓，使晶閘管的正向轉(zhuǎn)折電壓下降到很小而導(dǎo)通;當(dāng)陽極電流小于維持電流時，元件又從正向?qū)顟B(tài)返回正向阻斷狀態(tài)。晶閘管加反向陽極電壓時，晶閘管截止。當(dāng)反向電壓升高到URO時，晶閘管反向擊穿。
　　當(dāng)外部的電壓超過晶閘管正向轉(zhuǎn)折電壓和反向擊穿電壓時晶閘管就有可能擊穿或損壞。外部過電壓產(chǎn)生原因主要有以下幾種：
　　1.1靜電產(chǎn)生的過電壓 由電源變壓器直接供電的晶閘管裝置，尤其在變壓器容量比較大的情況下，由于變壓器的初級和次級間存在分布電容，在合閘的瞬間初級繞組的高電壓耦合到次級繞組，造成晶閘管的過電壓。
　　1.2、切斷電感回路引起磁通突然變化產(chǎn)生的過電壓 如電源變壓器初級側(cè)突然拉閘和跳閘，或突然切斷交流電機電源而產(chǎn)生的過電壓，這種過電壓產(chǎn)生是由于使變壓器和交流電機的勵磁電流突然切斷，在變壓器的次級和交流電機的定子感應(yīng)出很高的瞬時過電壓。軟啟動器是由兩個單相晶閘管反并聯(lián)，所以每個晶閘管承受正反兩個方向的半波電壓，當(dāng)晶閘管在一個方向?qū)ńY(jié)束后，管芯硅片中的載流子還沒有完全恢復(fù)，因變壓器和電機是感性負載，在突然斷電后，變壓器和電動機將產(chǎn)生一個阻礙其減小的反向電動勢，而反向電動勢的瞬時電壓很高，時間很短，它大大超過了晶閘管的正反向重復(fù)峰值電壓，阻容吸收裝置對于能量較大的過電壓不能完全抑制，所以尖峰電壓超過晶閘管正反向重復(fù)峰值電壓時，晶閘管就會誤導(dǎo)通。而變壓器和交流電機的放電是個緩慢的過程，直到變壓器和交流電機的放電電流小于晶閘管的維持電流，晶閘管才恢復(fù)為原來的截止狀態(tài)。
　　1.3晶閘管關(guān)斷過電壓 軟啟動器是由兩個單相晶閘管反并聯(lián)，每個晶閘管承受正反兩個方向的半波電壓，當(dāng)晶閘管在一個方向?qū)ńY(jié)束后，正向電流下降到零，管芯硅片中的載流子還沒有完全恢復(fù)，當(dāng)另一半晶閘管導(dǎo)通時，已關(guān)斷的晶閘管在這些反向電壓的作用下，使殘存的載流子立即消失，這時反向電流消失的很快，因此即使線路電感很小，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也很大，和電源電壓加在反向已關(guān)斷的元件上，可能導(dǎo)致晶閘管反向擊穿，過電壓的數(shù)值可達工作電壓峰值的5～6倍。
2、防止產(chǎn)生過電壓所要采取措施
　　2.1 對于靜電產(chǎn)生過電壓可以采用在變壓器加屏蔽繞組，在變壓器的星形中心點和地之間加附加電容或是在次級繞組并聯(lián)適當(dāng)電容的方法來抑制此類過電壓。
　　2.2 對切斷電感回路引起磁通突然變化和晶閘管關(guān)斷產(chǎn)生的過電壓可采用壓敏電阻或阻容吸收回路來保護.
　　2.2.1壓敏電阻保護是一種非線性電阻，具有正反向相同且很陡的伏安特性，抑制過電壓能力強，反應(yīng)速度快，但它的主要缺點是持續(xù)的平均功率小。
　　2.2.2阻容吸收回路是在晶閘管兩端并接電容，利用電容電壓不能突變的特性，吸收尖峰過電壓，串聯(lián)的電阻主要起阻尼作用，用以抑制電路電感和電容所形成的振蕩電路;同時限制晶閘管在開通時電流的上升率。阻容電路參數(shù)可按表1提供的經(jīng)驗數(shù)值，阻容吸收電路要盡量靠近晶閘管，引線要短。電容耐壓一般要選晶閘管電壓的1.1～1.5倍。
　　表1


　　電阻的功率：PR=fCUm2×10-6
　　式中 f-頻率f=50HZ ;
　　P-功率，W;
　　U m-晶閘管工作峰值電壓，V ;
　　C-與電阻串聯(lián)的電容，µF。
3、結(jié)論
　　由于西門子采取了阻容吸收保護電路，從而有效地保護了晶閘管，我們在設(shè)計和實際的操作中，必須保證晶閘管的工作條件不超出它的允許范圍，除了在選用器件上留有充分合理的裕量外，還必須采取有效的保護措施，按表1的經(jīng)驗數(shù)值選擇設(shè)計阻容吸收保護電路，在實際的使用過程中，如果軟啟動器具有軟停車功能，在用戶條件允許的情況下使用該功能，避免在切斷交流電機電源時所產(chǎn)生的過電壓，讓交流電機因切斷電源所產(chǎn)生的反向電動勢慢慢的減小，不發(fā)生突變，保護晶閘管，減小對交流電機及電纜絕緣的破壞。
參考文獻：
　　[1] 莫正康.半導(dǎo)體變流技術(shù).機械工業(yè)出版社，1999，5
　　[2] 呂家元.半導(dǎo)體變流技術(shù).天津大學(xué)出版社，1991，5