串联晶闸管在大脉冲电流下的开通过程研究

串联晶闸管是高压脉冲电源系统中的一种理想开关,研究其在脉冲电流下的开通动态过程具有重要意义。已有文献所建晶闸管模型大都是将晶闸管在开通延迟时间t d内等效为恒定电阻或恒定电压源,该类模型在描述串联晶闸管开通过程的电压变化时不够准确。论文将晶闸管的开通过程用一个电容和一个延时t d并入的时变电阻模型来等效,分析了3只晶闸管串联开通的典型过程,推导了晶闸管上电压最大值的解析计算式和均压系数计算式,并对动态均压电路进行了设计。通过对3只额定6 500 V晶闸管串联开通的试验和仿真对比,验证了所建晶闸管等效模型在电压计算方面的准确性以及开通延迟时间差不同、外加不同电压对串联晶闸管开通过程的影响分析。     

串联晶闸管动态电压测试技术研究

为有效监测脉冲功率源系统中串联晶闸管在同步触发条件下动态电压变化,建立晶闸管电路等效模型,计算不同衰减电路模块对于串联晶闸管均压特性的影响,并在此基础上设计了一种特殊的阻容串联型分压器用于采集串联晶闸管导通过程中的电压信号.计算结果表明,此分压器可有效改善串联晶闸管的动态均压特性,对于串联晶闸管同步导通过程中电压变化情况进行精确监测.经实验验证,该方案可以有效解决脉冲功率源系统中串联晶闸管导通过程的信号采集问题.     

基于器件物理特性的晶闸管阀串联机制系统化研究

高压晶闸管阀的串联应用一直缺少系统化的理论指导,也常常忽略了器件本身的物理特性。为适应我国电力工业新的发展战略的需要,推进电力电子装置可靠性研究,文中对柔性交流输电(FACTS)和高压直流输电(HVDC)装置高压晶闸管阀的串联机制进行了深入系统的研究。分析了晶闸管阀串联运行所涉及各个相关环节的物理过程,结合晶闸管本身的物理特性建立相应的数学模型,尤其是建立了包含晶闸管自身恢复电流特性的反向恢复数学模型。对各个元件参数的影响及相互关系进行分析,推导出安全运行所需的边界条件。从而在理论的层次上将晶闸管阀串联机制明确化、系统化。在此基础上,应用该理论对现有的串联方法进行了分析和评价,提出改进后的串联技术。     

基于串联晶闸管强迫过零关断技术的混合式高压直流断路器

为了提高混合式直流断路器的开断能力,降低半导体器件的使用成本,提出了一种基于串联晶闸管强迫过零关断技术的具备双向开断能力的混合式直流断路器拓扑方案。在分析关断过程的基础上,推导了串联晶闸管阀与二极管阀组件反向恢复过程中均压回路的参数设计方法,然后以10 k V样机为例,开展了主支路和转移支路器件选型与参数设计,并搭建了10 k V直流断路器原理样机及其实验回路。研究结果表明：正常运行时,主支路由机械开关和少量的全控型半导体器件串联构成,其损耗较小;在开断电流时,故障电流首先转移至晶闸管阀支路,再通过放电回路注入反向电流迫使晶闸管阀过零关断,最后通过耗能支路吸收系统感性能量。原理样机实现了直流电压10 k V下短路电流峰值为8.8 k A的过零快速关断、且开断时间小于3 ms;转移支路可通过调整半导体器件的串联数量和选型大幅提升直流断路器的电压等级和故障电流耐受能力;串联二极管阀能在大电流关断暂态过程中抑制晶闸管器件的反向恢复过电压,降低晶闸管器件的损坏风险;在混合式直流断路器的换流和关断阶段,无需针对串联的晶闸管器件调整触发时间与匹配参数。综上所述,所提出的混合式直流断路器具有快速直流短路故障清除能力,可以作为未来柔性高压直流输电系统组网的工程实施方案之一。     

可控避雷器晶闸管阀串联均压方法

可控避雷器晶闸管阀主要由反并联晶闸管对串联而成,为保证各个晶闸管承受电压的一致性,必须采取适当的均压措施.根据晶闸管阀串联均压的技术要求,利用电力电子系统设计程序,对传统 RC 均压方法的可行性进行了计算分析.研究得出 RC 均压方法可能严重破坏可控避雷器的静态电位分布,不适用于晶闸管阀.提出采用晶闸管与金属氧化物电阻片一对一并联的均压方法,利用金属氧化物电阻片良好的非线性伏安特性限制晶闸管的过电压,并对电阻片的均压效果进行了仿真计算.结果表明,合理选择电阻片的串、并联数和尺寸参数,可以将串联晶闸管的开通过冲电压均限制在要求的范围内     

金属氧化物限压器用于晶闸管器件串联均压保护的研究

串联应用的大功率晶闸管器件目前均采用并联阻容吸收回路作为串联均压保护措施,但在某些应用领域,阻容吸收回路存在不适用性。文中提出了一种晶闸管器件串联均压保护的新方法,在每个串联晶闸管器件两端并联设置具有良好非线性特性的金属氧化物限压器,来限制晶闸管开通、关断过冲电压。经过理论分析、仿真研究和试验验证,初步论证了该方法的可行性。     

串联晶闸管的同步触发技术研究

晶闸管虽然通流能力强,但是耐压普遍不高,为了实现晶闸管的串联使用,利用MOSFET的快导通和通流能力强的特性,搭建了一套能够实现光纤控制多只晶闸管同步导通的强触发平台。以4只2.5 kV耐压晶闸管串联为例,在实验平台上研究了触发电流峰值和前沿对晶闸管导通特性的影响,提出了间接光触发系统的设计结构和晶闸管同步性实验的一般性方案。实验结果表明:在工作电压确定的情况下,晶闸管的触发时延与门极触发电流有关,触发电流的峰值越大,前沿越陡,导通越快,触发时延越小;触发时延是可控的,可以通过调整触发电流对串联的各晶闸管进行阶梯型串联实验,逐步调整时延参数并实现4只晶闸管串联的同步强触发导通(对于微秒级导通过程,触发的同步性控制在30 ns以内)。改进后的间接光触发系统和强触发技术,能有效地改善晶闸管的导通特性和同步性,对扩大晶闸管在脉冲功率中的应用具有重要意义。     

晶闸管串联应用时均压配对方法的探讨

分析了晶闸管各种工作状态对串联晶闸管均压产生的影响，并在实验的基础上，探讨出晶闸管在串联应用时的均压配对方法。实践证明，该方法是行之有效的。     

基于统一离散时域建模法的晶闸管串联运行暂态仿真

现有晶闸管仿真模型虽能较准确地模拟单只晶闸管开通和关断的动态过程,却较少涉及多只器件的串并联仿真。文中在分析晶闸管开关过程中动态特性的基础上,利用统一离散时域建模法建立了包含开关动态过程的晶闸管数学模型。由于该模型采用时变电阻来描述晶闸管工作过程中电压、电流的变化关系,因此适用于晶闸管串联电路的暂态仿真分析。仿真和实验结果表明所建立的晶闸管数学模型可较为准确地描述串联运行的晶闸管开关过程中电压的动态分配,从而为需晶闸管串联运行的大型电力电子装置的动静态均压电路设计提供了依据。     

串联晶闸管反向恢复暂态过程的研究

随着柔性交流输电和高压直流输电设备在电力系统中的应用越来越广泛,由晶闸管主要组成的高电压大电流电子开关越来越成为人们关注的对象。虽然有不少文献对晶闸管模型研究及其外围电路设计进行了介绍,但有关串联晶闸管反向恢复暂态过程的研究还未见报道。文章在晶闸管反向恢复电流指数函数数学模型的基础之上,对串联的2个晶闸管的反向恢复暂态过程进行了暂态分析、数学推导以及仿真等研究。计算和仿真结果表明,暂态分析是正确的,在一定的精度范围内数学计算公式的假设也是合理的。     

Multicell circuit model for high-power thyristor-type semiconductor devices

New device models for circuit simulation are developed for high-power thyristor-type devices, such as gate-turn-off thyristors, integrated gate-commutated thyristors, and MOS turn-off thyristors. These models are based on semiconductor physics, which guarantees a wide range of validity. In particular, the proposed models are based on the lumped charge approach. Coupled electrical and thermal behavior is implemented to allow transient thermal simulations. To account for the nonuniform current distribution during turn-off, several of these single-cell models are connected in parallel to simulate a complete device. Simulation results are compared with measurements.     

A Step-Up Phenomenon of the Thyristor Control Circuit with Series RLC Elements

A circuit controlled by thyristors and having series RLC elements gives rise to a step-up phenomenon. The term step-up is defined with respect to the capacitance voltage on steady state operation, i.e., the ratio of the maximum peak value when controlled by thyristers to the peak amplitude when thyristors are short-circuited exceeds unity. The domain of possible step-up voltage is determined by the angle of displacement between current and voltage and damping factor. The step-up voltages appear across each element, i.e., not only across the capacitance, inductance, and resistance but also across the thyristors. The control characteristic has a distinctive hump phenomenon. The interrupted current results in waveform distortion, phase lag, and improved power factor. The difference of characteristics between the peak and rms values of voltages, particularly of inductance and thyristors, is large. The response time, which is evaluated by numbers of half cycles, is large when the step-up ratio becomes large. The output voltage when the circuit is used as a voltage source has a drooping characteristic.     

华东电网500kV故障电流限制器晶闸管阀浪涌电流试验方法研究

针对晶闸管浪涌电流试验采用半波10ms浪涌试验方式,提出连续多周波浪涌的试验方法,通过数学建模对试验方法进行仿真研究,同时与晶闸管样品浪涌试验结果进行分析对比,验证了通过晶闸管结温温升系列模型仿真计算来选择晶闸管阀的实际指导价值.从实际工程角度出发,给出晶闸管阀仿真和试验的方法,为晶闸管阀的选择和设计提供了试验结果支持.对华东500kV故障电流限制器示范工程用晶闸管阀进行结温温升仿真,及人工接地短路试验的结果分析,验证了6英寸晶闸管在故障电流限制器工程中应用的可靠性.     

高功率脉冲电源中晶闸管应用的研究

对晶闸管在高功率脉冲电源中的应用进行了探讨;指出通态不重复浪涌电流、通态电流临界上升率是晶闸管选取的实际依据;给出了脉冲电流上升率的计算公式,确定了晶闸管通态电流临界上升率的最低取值。采用缓冲电路对晶闸管进行保护,通过理论分析得出了阻容匹配条件。仿真和实验表明该电路能有效抑制时序工作方式下出现的浪涌电压;将晶闸管作为主电路开关应用于一台由8个模块组成的高功率脉冲电源时,可取得良好的效果。     

用小电流晶闸管使接触器实现无弧运行

本文提出用小电流晶闸管与接触器组成组合开关。在接通和关断电路时无电弧，接触器可省去灭弧罩，结构简化。且可用于易燃易爆场合。晶闸管毋须电子触发线路，线路简单，成本低。     

变电所直流系统自动调压装置的研制

提出了一种采用静止开关的变电所直流系统调压电路,分析了其工作原理,并阐述了晶闸管的开关过程。结果表明,该电路具有简单,可靠等优点。     

The Performance of an Inverter Having AC Switched Commutation

A voltage-fed thyristor inverter in which the commutating circuit contains a pair of auxiliary thyristors in an ac switch connection is presented. Operation of the circuit is investigated by computer-aided analysis and performance calculation, leading to selection of design conditions. The results are compared with another type of commutating circuit. Overall, the features of this circuit may or may not be advantageous, depending on the particular application.     

High-frequency series-resonant DC link power conversion

An AC/AC conversion scheme that eliminates the need for self-commutated devices and requires only 12 thyristors for full double bridge AC-to-AC power conversion is presented. The system utilizes a series-resonant DC link between the AC/DC and DC/AC converters. This series-resonant scheme is, in effect, the dual of the parallel DC resonant converter. The DC resonant circuit can be essentially considered as a commutating circuit that ensures turnoff of all 12 thyristors by providing the necessary zero-current instants. A significantly improved sinusoidal current waveform can be obtained at both the input and outputs, compared with conventional high-power converters by the use high-frequency pulse density modulation