可控硅整流器的结构以及相关优势的介绍

迷幻的小妖

　　根据变频器的研究人员介绍可控硅整流器，是一种以晶闸管(电力电子功率器件)为基础，以智能数字控制电路为核心的电源功率控制电器。具有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多优点。

　　晶闸管(Thyristor)是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier——SCR)，以前被简称为可控硅。由于其能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子器件中最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。

　　可控硅整流器的特点：是“一触即发”。但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源(图3中的开关S)或使阳极电流小于维持导通的最小值(称为维持电流)。如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。

　　自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。今天大家使用的是单向晶闸管，也就是人们常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极：第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。从晶闸管的电路符号可以看到，它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。

　　中国电力电子产业网http://www.p-e-china.com

正源商城

随着电气传动技术尤其是变频调速技术的发展,高压变频器得到了广泛的应用。各种品牌，不同技术方案的产品也不断涌现，本文从电压等级、拓扑结构、控制方式等几方面提出建议，供高压变频器用户选型时参考。
　　1.电压等级
　　我国高压电机常用电压等级为6kV和10kV，另有少量3kV等级的高压电机。绝大部分的高压变频器输入都有一个隔离变压器，所以变频器输入电压通常能满足不同电网电压等级的要求。变频器的输出电压等级选择通常按照技改项目和新建项目有不同的选择原则。对于技改项目，本来电机工频运行，由于通常不会更换电机，加装变频器后，要求变频器的输出电压和电网电压一致，通常为6kV或10kV。对于新建项目，如果不需要工频旁路，电机电压可以配合变频器进行优化，如对于中小功率可选择2.3kV或3kV输出电压等级，以降低成本。如果需要工频旁路，建议变频器输出电压等级和电网电压一致，否则旁路比较复杂。
　　2.电压源型和电流源型
　　目前绝大部分的高压变频器均属于交直交型变频器，按中间直流环节所用储能元件的不同，可分为电压源型和电流源型。
　　目前主要的电流源型变频器为SGCT-PWM电流源型变频器。电流源型变频器的优点是能量可以回馈电网，可以实现四象限运行。电源侧常采用三相桥式晶闸管整流电路，输入电流的谐波较大，为了降低谐波成分，可采取多重化，有时还必须加输入滤波装置。输入功率因数一般较低，通常要附加功率因数补偿装置。由于不像电压源变频器，在直流环节的大滤波电容能存储较大的能量，电流源变频器对电网电压波动较为敏感，电网电压波动较大时容易停机，是个比较大的缺点。
　　若整流电路也采用SGCT做电流PWM控制，可以得到较低的输入电流谐波和较高的输入功率因数，并且可省去输入隔离变压器。但PWM整流会导致变频器效率有一定程度下降。
　　电压源变频器目前主要有三电平高压变频器（采用IGBT或IGCT作为功率器件）和单元串联多电平高压变频器。电压源型高压变频器由于采用二极管不可控整流，输入功率因数相对较高，且不易受电网电压波动的影响，在电网条件比较差的应用场合，明显比电流源型变频器稳定。三电平变频器的最高电压通常不超过4.16kV,单元串联多电平变频器的输出电压可达到10kV。
　　3.V/F控制和无速度传感器矢量控制
　　无速度传感器矢量控制技术能在基本不增加硬件成本的情况下，大大提高变频器的性能，拓展变频器的应用领域。即使用在风机水泵等稳态和动态要求相对较低的负载场合，无速度传感器矢量控制具有的转矩限幅、快速转速跟踪再起动等功能有效地防止加速过程的过电流跳机和减速过程中的过电压跳机和其它不正常的停机现象，对于保证变频器的可靠运行有非常重要的意义，越来越受到用户的认可。目前如西门子、Rockwell、通用广电、利德华福等厂家都能提供无速度传感器矢量控制的高压变频器。ABB能提供采用直接转矩控制的高性能变频器。无速度传感器矢量控制通常可达到的技术指标为：调速范围100:1，稳态转速精度0.5%，起动转矩150%。
　　4.对电网谐波污染和输入功率因数
　　对电网的谐波污染主要取决于整流电路的结构和特性。减少电网谐波污染的主要方式有两种：多重化整流和PWM整流。单元串联多电平高压变频器通常整流脉冲数较多，对电网谐波污染较小。为了减少对电网的谐波污染，电流源型变频器通常采用18脉冲整流。三电平电压源型变频器至少需要12脉冲以上，要求高时可采用24脉冲。
　　电压源型高压变频器由于采用二极管不可控整流，在整个运行范围内都有较高的功率因数，基波功率因数一般可保持在0.95以上，一般也不必设置功率因数补偿装置。电流源型变频器采用晶闸管整流时，由于晶闸管触发角导致的电流滞后，功率因数较低，且会随着转速的下降而降低，往往需要功率因数补偿装置。
　　PWM整流能有效减少谐波，功率因数可调，且能量可双向流动。缺点是成本增加，效率下降。
　　5.输出波形及对电机适用性
　　输出谐波对电机的影响主要有：引起电机附加发热，导致电机的额外温升，电机往往要降额使用，谐波还会引起电机转矩脉动，噪音增加。dv/dt和共模电压会影响电机绝缘。
　　普通的二电平和三电平PWM电压源型变频器由于输出电压跳变台阶较大，相电压的跳变分别达到直流母线电压和直流母线电压的一半，会产生较大的dv/dt。较大的dv/dt会影响电机的绝缘。所以这种变频器一般需要特殊设计的电机，电机绝缘必须加强。如果要使用普通电机，必须附加输出dv/dt滤波器。
　　单元串联多电平高压变频器由于输出电压台阶多、等效开关频率高，输出波形得到极大改善。输出谐波、噪声、dv/dt和转矩脉动均很小。所以这种变频器不加滤波器就可用于任何普通的高压电机,且不必降额使用。
　　当没有输入变压器时，共模电压会直接施加到电机上，增加绕组对地的绝缘应力，引起绝缘击穿，影响电机的使用寿命（也有采用共模电抗器方案，一定程度上减缓共模电压的影响）。如果设置输入变压器，则共模电压由输入变压器和电机共同来承担，且主要由输入变压器承担。
　　6.节电率
　　通常而言，某个设备，如风机或水泵，应用变频器后节电率和变频器本身关系不大，主要由改造前变频器的运行工况决定。如原来挡板、阀门的开度等。不同的变频器效率上可能有些差异，但对整体节能率的影响微乎其微。
　　7.国产品牌和进口品牌
　　早期我国市场上的高压变频器主要采用罗宾康、Rockwell等进口品牌。现在，随着国内高压变频器行业的迅速发展，国产主流高压变频器在功能、可靠性等方面已经达到国际水平，在成本和服务方面则占据很大优势，目前国产高压变频器占有率超过60%。在大容量（5000kW以上）和高性能应用（轧机、提升等应用）及水冷变频器方面，目前国外著名品牌还占有较大的优势，在中小功率的常规应用（风机、水泵）方面，国产高压变频器已能完全满足用户要求。
  文章来源：正源商城  http://www.zysce.cn