中心議題：

• 晶閘管電機軟起動器工作原理
• 晶閘管的選型
• 晶閘管的過壓、過流、過熱保護設計

隨著國民經濟的高速發展
，高壓電動機的數量不斷增加。由於大電機直接起動時的電流為額定電流的5～7倍

，而啟動轉矩隻有額定轉矩的0.4～1.6倍。它在電網條件（電機啟動時的電網壓降小於10%）和工藝條件（啟動轉矩滿足）允許的情況下，可以直接啟動。但過大的啟動電流
、過小的啟動轉矩和過長的啟動時間給電機和電網造成了極大的危害。常導致電網電壓、諧xie波bo電dian壓ya波bo動dong的de增zeng大da
，以yi至zhi前qian級ji跳tiao閘zha，大da大da地di增zeng加jia了le電dian網wang的de負fu擔dan及ji電dian網wang汙wu染ran，嚴yan重zhong影ying響xiang電dian網wang的de安an全quan運yun行xing。同tong時shi，也ye對dui自zi身shen造zao成cheng了le很hen大da傷shang害hai。因yin此ci，必bi須xu在zai電dian源yuan和he電dian機ji之zhi間jian串chuan入ru軟ruan起qi動dong器qi來lai解jie決jue這zhe些xie問wen題ti。

晶jing閘zha管guan電dian機ji軟ruan起qi動dong器qi的de出chu現xian

，很hen好hao的de解jie決jue了le以yi上shang問wen題ti，它ta彌mi補bu了le傳chuan統tong軟ruan起qi動dong器qi的de各ge種zhong不bu足zu，很hen好hao地di降jiang低di了le電dian機ji的de起qi動dong電dian流liu，降jiang低di了le配pei電dian容rong量liang

，延yan長chang了le電dian機ji及ji相xiang關guan設she備bei的de使shi用yong壽shou命ming。起qi動dong參can數shu可ke視shi負fu載zai調tiao整zheng，易yi於yu維wei護hu。

1晶閘管電機軟起動器工作原理

晶(jing)閘(zha)管(guan)在(zai)高(gao)壓(ya)電(dian)機(ji)軟(ruan)起(qi)動(dong)器(qi)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)是(shi)一(yi)種(zhong)利(li)用(yong)晶(jing)閘(zha)管(guan)進(jin)行(xing)交(jiao)流(liu)調(tiao)壓(ya)的(de)應(ying)用(yong)。利(li)用(yong)晶(jing)閘(zha)管(guan)可(ke)以(yi)相(xiang)控(kong)改(gai)變(bian)晶(jing)閘(zha)管(guan)導(dao)通(tong)的(de)相(xiang)位(wei)角(jiao)來(lai)調(tiao)節(jie)電(dian)壓(ya)。

晶閘管移相式軟起動器是改變正弦交流電壓的波形，使之變為非正弦脈衝式交流電，通過調節其占空比，如圖1所示。

圖1 移相式調壓

注釋：
（1）α：控製角。指觸發脈衝的加入時間。
（2）q：導通角。每半個周期晶閘管導通角度。控製角越大

，導通角越小，它們的和為定值α+q=p。它改變交流電的平均電壓，其平均電壓是可控的、平滑變化的。

2 晶閘管的選型

晶閘管是電機軟起動器中最關鍵的功率器件，整機裝置是否工作可靠與正確選擇晶閘管額定電流
、額定電壓等參數有很大的關係。選型的原則應該首先考慮工作可靠性，即電流、電壓必須有足夠的餘量倍數。其次應考慮經濟性即性價比，最後應考慮安裝美觀
、體積盡量減小等。

對於6kv、10kv的高壓電機，由於電壓高，所以需要將晶閘管反並聯後再串聯起來。6kv每相需要6隻晶閘管（2隻反並聯後，3組串聯）

，10kv每相需要10隻晶閘管（2隻反並聯後，5組串聯）。這樣對於每隻晶閘管來說所承受的電壓約為2000v，所以所選擇的晶閘管的正反向不重複額定電壓vdsm
、vrsm應為6500v以上。

對晶閘管額定電流的選擇，必須考慮電機的額定工作電流。一般來說，晶閘管的電流應是電機額定電流的3~4倍。

在晶閘管高壓電機軟起動裝置中
，采用2個獨立晶閘管器件反並聯組成的交流相控調壓，正負半周各對應1個晶閘管工作，因此對2個ge反fan並bing聯lian器qi件jian參can數shu的de一yi致zhi性xing要yao求qiu較jiao高gao。包bao括kuo晶jing閘zha管guan觸chu發fa參can數shu，維wei持chi電dian流liu參can數shu等deng也ye都dou盡jin量liang要yao求qiu挑tiao選xuan一yi致zhi。盡jin量liang讓rang正zheng負fu半ban波bo對dui稱cheng，否fou則ze會hui有you直zhi流liu成cheng分fen電dian流liu流liu過guo電dian機ji。由you於yu電dian機ji為wei繞rao組zu負fu載zai為wei電dian感gan性xing的de
，因yin此ci過guo高gao的de直zhi流liu份fen量liang會hui使shi得de電dian機ji定ding子zi發fa熱re嚴yan重zhong，甚shen至zhi會hui燒shao毀hui電dian機ji繞rao組zu，從cong而er使shi電dian機ji報bao廢fei。
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3 晶閘管保護

晶閘管承受過電壓

、過電流的能力很差，這是它的主要缺點。晶閘管的熱容量很小，一旦發生過電流時，溫度急劇上升
，可能將pn結燒壞
，造成元件內部短路或開路。例如一隻100a的晶閘管過電流為400a時
，僅允許持續0.02s
，否則將因過熱而損壞
；晶jing閘zha管guan耐nai受shou過guo電dian壓ya的de能neng力li極ji差cha，電dian壓ya超chao過guo其qi反fan向xiang擊ji穿chuan電dian壓ya時shi，即ji使shi時shi間jian極ji短duan
，也ye容rong易yi損sun壞huai。若ruo正zheng向xiang電dian壓ya超chao過guo轉zhuan折zhe電dian壓ya時shi，則ze晶jing閘zha管guan誤wu導dao通tong
，導dao通tong後hou的de電dian流liu較jiao大da
，使shi器qi件jian受shou損sun。

3.1 晶閘管的過壓保護
在晶閘管兩端並聯r-c阻容吸收回路

，如圖2所示，利用電容吸收過壓。其實質就是將造成過電壓的能量變成電場能量儲存到電容中，然後釋放到電阻中消耗掉。

圖2 阻容吸收

晶閘管從導通到阻斷時，和開關電路一樣，因線路電感（主要是變壓器漏感lb）釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)會(hui)產(chan)生(sheng)過(guo)電(dian)壓(ya)。由(you)於(yu)晶(jing)閘(zha)管(guan)在(zai)導(dao)通(tong)期(qi)間(jian)，載(zai)流(liu)子(zi)充(chong)滿(man)元(yuan)件(jian)內(nei)部(bu)，所(suo)以(yi)元(yuan)件(jian)在(zai)關(guan)斷(duan)過(guo)程(cheng)中(zhong)，正(zheng)向(xiang)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)到(dao)零(ling)時(shi)
，內(nei)部(bu)仍(reng)殘(can)存(cun)著(zhe)載(zai)流(liu)子(zi)。這(zhe)些(xie)積(ji)蓄(xu)的(de)載(zai)流(liu)子(zi)在(zai)反(fan)向(xiang)電(dian)壓(ya)作(zuo)用(yong)下(xia)瞬(shun)時(shi)出(chu)現(xian)較(jiao)大(da)的(de)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)，使(shi)積(ji)蓄(xu)載(zai)流(liu)子(zi)迅(xun)速(su)消(xiao)失(shi)，這(zhe)時(shi)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)消(xiao)失(shi)的(de)極(ji)快(kuai)
，即(ji)di/dt極大。因此即使和元件串連的線路電感l很小，電感產生的感應電勢l（di/dt）值(zhi)仍(reng)很(hen)大(da)
，這(zhe)個(ge)電(dian)勢(shi)與(yu)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)串(chuan)聯(lian)
，反(fan)向(xiang)加(jia)在(zai)已(yi)恢(hui)複(fu)阻(zu)斷(duan)的(de)元(yuan)件(jian)上(shang)
，可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)晶(jing)閘(zha)管(guan)的(de)反(fan)向(xiang)擊(ji)穿(chuan)。這(zhe)種(zhong)由(you)於(yu)晶(jing)閘(zha)管(guan)關(guan)斷(duan)引(yin)起(qi)的(de)過(guo)電(dian)壓(ya)
，稱(cheng)為(wei)關(guan)斷(duan)過(guo)電(dian)壓(ya)，其(qi)數(shu)值(zhi)可(ke)達(da)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)的(de)5～6倍
，所以必須采取抑製措施。

阻容吸收電路中電容器把過電壓的電磁能量變成靜電能量存貯，電阻防止電容與電感產生諧振

、限製晶閘管開通損耗與電流上升率。這種吸收回路能抑製晶閘管由導通到截止時產生的過電壓，有效避免晶閘管被擊穿。

阻容吸收電路安裝位置要盡量靠近模塊主端子，即引線要短。最好采用無感電阻，以取得較好的保護效果。

3.2 晶閘管的過流保護
由於半導體器件體積小
、熱re容rong量liang小xiao，特te別bie像xiang晶jing閘zha管guan這zhe類lei高gao電dian壓ya大da電dian流liu的de功gong率lv器qi件jian
，結jie溫wen必bi須xu受shou到dao嚴yan格ge的de控kong製zhi，否fou則ze將jiang遭zao至zhi徹che底di損sun壞huai。當dang晶jing閘zha管guan中zhong流liu過guo大da於yu額e定ding值zhi的de電dian流liu時shi，熱re量liang來lai不bu及ji散san發fa
，使shi得de結jie溫wen迅xun速su升sheng高gao
，最zui終zhong將jiang導dao致zhi結jie層ceng被bei燒shao壞huai。

產生過電流的原因是多種多樣的，例如，變流裝置本身晶閘管損壞，觸發電路發生故障，控製係統發生故障等，以及交流電源電壓過高、過低或缺相
，負載過載或短路，相鄰設備故障影響等。

晶閘管過電流保護方法最常用的是快速熔斷器。由於普通熔斷器的熔斷特性動作太慢，在熔斷器尚未熔斷之前晶閘管已被燒壞；所以不能用來保護晶閘管。快速熔斷器由銀製熔絲埋於石英沙內，熔斷時間極短，可以用來保護晶閘管。

與普通熔斷器比較，快速熔斷器是專門用來保護半導體功率器件過電流的。它具有快速熔斷的特性，在流過6倍額定電流時其熔斷時間小於50hz交流電的一個周期（20ms）。一般說來快速熔斷器額定電流有效值應小於被保護晶閘管的額定有效值
，同時要大於流過晶閘管的實際有效值。

3.3 晶閘管的過熱保護
jingzhaguanzaidianliutongguoshi，huichanshengyidingdeyajiang
，eryajiangdecunzaizehuichanshengyidingdegonghao，dianliuyuedazegonghaoyueda，chanshengdereliangyejiuyueda。ruguobubazhexiereliangkuaisusandiao，huizaochengshaohuaijingzhaguanxinpiandewenti。yinciyaoqiushiyongjingzhaguanmokuaishi

，yidingyaoanzhuangsanreqi。

散熱條件的好壞

，是影響模塊能否安全工作的重要因素。良好的散熱條件不但能夠保證模塊可靠工作
、防止模塊過熱燒毀，而且能夠提高模塊的電流輸出能力。

4 結束語

晶閘管在高壓軟起動中的應用，為軟起動帶來了革命性的變化，它將在軟起動的發展史上留下濃重的一筆。