摘 要：本文闡述了軟啟動器在運行過程中產生的過電壓對晶閘管的影響，分析了產生過電壓的原因，并提出了幾種解決過電壓的保護措施。
關鍵詞：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的3RW22型軟啟動器。在安裝調試過程中，為確保設備的安全，先進行了空載試運行，電壓、電流參數都設置的很小，起動過程一切正常。運行一段時間停車后，再次起動時，西門子軟啟動器發生故障報警，顯示晶閘管故障，按其復位按鈕無效，用指針式萬用表測量晶閘管阻值，發現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斷過電壓引起,間隔一天，再次測量晶閘管阻值時，阻值恢復正常。
1、分析產生故障現象的原因
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：當電壓超過晶閘管正向轉折電壓UBO時，晶閘管就會“硬導通”，多次的“硬導通”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電壓，使晶閘管的正向轉折電壓下降到很小而導通;當陽極電流小于維持電流時，元件又從正向導通狀態返回正向阻斷狀態。晶閘管加反向陽極電壓時，晶閘管截止。當反向電壓升高到URO時，晶閘管反向擊穿。
當外部的電壓超過晶閘管正向轉折電壓和反向擊穿電壓時晶閘管就有可能擊穿或損壞。外部過電壓產生原因主要有以下幾種：
1.1靜電產生的過電壓 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生的過電壓 如電源變壓器初級側突然拉閘和跳閘，或突然切斷交流電機電源而產生的過電壓，這種過電壓產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，所以每個晶閘管承受正反兩個方向的半波電壓，當晶閘管在一個方向導通結束后，管芯硅片中的載流子還沒有完全恢復，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峰值電壓時，晶閘管就會誤導通。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，晶閘管才恢復為原來的截止狀態。
1.3晶閘管關斷過電壓 軟啟動器是由兩個單相晶閘管反并聯，每個晶閘管承受正反兩個方向的半波電壓，當晶閘管在一個方向導通結束后，正向電流下降到零，管芯硅片中的載流子還沒有完全恢復，當另一半晶閘管導通時，已關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，產生的感應電動勢也很大，和電源電壓加在反向已關斷的元件上，可能導致晶閘管反向擊穿，過電壓的數值可達工作電壓峰值的5～6倍。
2、防止產生過電壓所要采取措施
2.1 對于靜電產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適當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斷產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，反應速度快，但它的主要缺點是持續的平均功率小。
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。阻容電路參數可按表1提供的經驗數值，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-與電阻串聯的電容，µF。
3、結論
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的經驗數值選擇設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生的過電壓，讓交流電機因切斷電源所產生的反向電動勢慢慢的減小，不發生突變，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.半導體變流技術.機械工業出版社，1999，5
[2] 呂家元.半導體變流技術.天津大學出版社，1991，5
