美国通用电气公司研发了世界上***个以硅单晶为半导体整流材料的硅整流器(SR),1957年又开发了全球较早用于功率转换和控制的可控硅整流器(SCR)。由于它们具有体积小、重量轻、效率高、寿命长的优势,尤其是SCR能以微小的电流控制较大的功率,令半导体电力电子器件成功从弱电控制领域进入了强电控制领域、大功率控制领域。在整流器的应用上,晶闸管迅速取代了**整流器(引燃管),实现整流器的固体化、静止化和无触点化,并获得巨大的节能效果。从1960年代开始,由普通晶闸管相继衍生出了快速晶闸管、光控晶闸管、不对称晶闸管及双向晶闸管等各种特性的晶闸管,形成一个庞大的晶闸管家族。晶闸管在应用中有效率高、控制特性好、寿命长、体积小、功能强等优点,其能承受的电压和电流容量是目前电力电子器件中**高的,而且工作可靠。因晶闸管的上述优点,国外对晶闸管在脉冲功率源领域内应用的研究做了大量的工作,很多脉冲功率能源模块已经使用晶闸管作为主开关。而国内的大功率晶闸管主要应用在高压直流输电的工频环境下,其工频工作条件下的技术参数指标不足以准确反映其在脉冲电源这种高电压、大电流、高陡度的环境下的使用情况。
这对晶闸管是非常危险的。开关引起的冲击电压分为以下几类:(1)AC电源被切断过电压而产生例如,交流以及开关的开闭、交流侧熔断器的熔断等引起的过电压,这些系统过电压问题由于我国变压器内部绕组的分布进行电容、漏抗造成的谐振控制回路、电容分压等使过电压数值为正常值的2至10多倍。一般地,开闭运动速度越来越快过电压能力越高,在空载情况下可以断开回路设计将会有更高的过电压。(2)直流侧产生的过电压如果截止电路的电感很大或者截止电路的电流值很大,就会产生较大的过电压。这种情况经常出现在切断负荷、导通晶闸管开路或快速熔断器熔断时,引起电流突变。(3)换相冲击电压包括换相过电压和换相振荡过电压。换相过电压是由于晶闸管的电流降为0时器件内部各结层残存载流子复合所产生的,所以又叫载流子积蓄效应引起的过电压。换相过电压之后,出现换相振荡过电压,它是由于电感、电容形成共振产生的振荡电压,其值与换相结束后的反向电压有关。反向电压越高,换相振荡过电压也越大。针对形成过电压的不同原因,可以采取不同的抑制方法,如减少过电压源,并使过电压幅值衰减;抑制过电压能量上升的速率,延缓已产生能量的消散速度,增加其消散的途径。
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