阻容元件的选择.docx
《阻容元件的选择.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《阻容元件的选择.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
阻容元件的选择
整流晶闸管阻容吸收元件的选择
1）电容的选择：
（容量通常在0.1~1uF之间,耐压选元件的1.1~1.5倍）
C=（2.5~5）×10
×I
式中I
=0.367I
I
为直流电流值
如果整流侧采用500A晶闸管，则可以计算：
C=（2.5~5）×10
×500=1.25~2.5uF
故选用2.5uF,1KV的电容器.
2）电阻的选择（应选无感电阻,通常选5~30Ω,要保证电阻的功率,使之不被过热烧毁）
R=﹝（2~4）×535﹞÷I
=2.14~8.56
选择R=10Ω
P
=﹝1.5×（P
×2πf
）
×10
×R﹞÷2
P
=2U（1.5~2.0）
式中U为三相电压的有效值.
晶闸管阻容电路经验参数
晶闸管额定电流（A）
1000
500
200
100
50
20
10
电容（uF）
2
1
0.5
0.25
0.2
0.15
0.1
电阻（Ω）
2
5
10
20
40
80
100
电阻功率
P
=fCU
×10
式中f——交流电源频率
U
——晶闸管模块工作峰值电压（V）；
C——与电阻串联的电容（uF），其耐压一般为晶闸管耐压的1.3倍；
总结：
阻容吸收电路要尽量靠近晶闸管，引线要短，最好采用无感电容及安规电容。
电容耐压一般选晶闸管电压的1.1~1.5倍。
整流晶闸管阻容吸收元件的选择
电容的选择:
C=（2.5-5）×10
×If
If=0.367Id
Id-直流电流值
如果整流侧采用500A的晶闸管
可以计算C=（2.5-5）×10
×500=1.25-2.5μF
选用2.5μF，1kv的电容器
电阻的选择：
R=（（2-4）×535）/If=2.14-8.56
选择10欧
PR=（1.5×（pfv×2πfc）的平方×10的负12次方×R）/2
Pfv=2u（1.5-2.0）
u-三相电压的有效值
五、晶闸管模块的保护
1、过电压保护
由于晶闸管的击穿电压接近工作电压，线路中产生的过电压容易造成器件电压击穿，正常工作时凡发生超过晶闸管能承受的最高峰值电压的尖脉冲等统称为过电压。
产生过电压的外部原因主要是雷击、电网电压激烈波动或干扰，内部原因主要是电路状态发生变化时积累的电磁能量不能及时消散。
过电压极易造成模块损坏，因此必须采取必要的限压保护措施，把晶闸管承受的过电压限制在正反向不重复峰值电压VRSM、VDSM值以内。
常用的保护措施如下：
※晶闸管关断过电压（换流过电压、空穴积蓄效应过电压）保护
当晶闸管关断、正向电流下降到零时，管芯内部会残留许多载流子，在反向电压的作用下会瞬间出现反向电流，使残留的载流子迅速消失，形成极大的di/dt。
即使线路中串联的电感很小，由于反向电势V=-Ldi/dt，所以也能产生很高的电压尖峰（或毛刺），如果这个尖峰电压超过晶闸管允许的最大峰值电压，就会损坏器件。
对于这种尖峰电压一般常用的方法是在器件两端并联阻容吸收回路，利用电容两端电压不能突变的特性吸收尖峰电压。
阻容吸收回路要尽可能靠近晶闸管A、K端子，引线要尽可能短，最好采用无感电阻，千万不能借用门极回路的辅助阴极导线（因辅助阴极导线的线径很细，回路中过大的电流会将该线烧断）。
※交流侧过电压及其保护
由于交流侧电路在接通断开时出现暂态过程，因此产生过电压。
例如交流开关的开闭，交流侧熔断器熔断等引起的过电压。
对于这类过电压保护，目前普遍的保护方法是并接阻容吸收电路和压敏电阻。
阻容吸收保护应用广泛，性能可靠，但正常运行时电阻上消耗功率，引起电阻发热，且体积较大，对于能量较大的过电压不能完全抑制。
压敏电阻是一种非线性元件，它是以氧化锌为基体的金属氧化物，有两个电极，极间充填有氧化铋等晶粒。
正常电压时晶粒呈高阻，漏电流仅有100uA左右，但过电压时发生的电子雪崩使其呈低阻，电流迅速增大从而吸收了过电压。
一般情况下，其在220VAC电路里使用标称470～680V，在380VAC电路里使用标称780～1000V的压敏电阻，由于其吸收电能的功率跟其直径有关，直径大的功率就大，一般选用直径ф12～20的即可。
2、过电流保护
电力半导体开关器件对温度的变化较为敏感，过电流会使半导体芯片过热而造成品质下降，寿命降低甚至永久性损坏。
虽然模块在10ms内可以承受额定电流10倍以上的非重复的浪涌电流，但很多时候过电流的时间都大于此值，很容易造成成永久性损坏。
因而，过电流的保护是很重要的，过电流的保护方法很多，像在交流进线串接漏抗大的整流变压器、接电流检测和过流继电器和装直流快速开关等措施，但关键在于反映速度要快。
对于小于模块浪涌电流值的过电流，常用的电子过流保护电路可以立即切断可控硅的触发脉冲，使可控硅在电流过零时换向时关断，但对于在10/8.3ms（50/60HZ）以内超过SCR的浪涌电流承受值的浪涌电流和短路电流，一般的保护电路是无效的，应考虑采用半导体器件专用的快速熔断器。
熔断器的标称熔断电流不应超过模块标称电流值的1.57倍。
即小于模块的通态电流的有效值。
市售的快熔种类较多，质量差异较大，选择时应慎重。
与普通熔断器比较，半导体专用快速熔断器是专门用来保护电力半导体功率器件过流的元件，它具有快速熔断的特性，在流过6倍额定电流时其熔断时间小于工频的一个周期（20ms）。
快速熔断器可接在交流侧直流侧或与晶闸管桥臂串联，后者直接效果最好。
一般说来快速熔断器额定电流值（有效值）应小于被保护晶闸管的额定方均根通态电流（即有效值）ITRMS即1.57ITAV,同时要大于流过晶闸管的实际通态方均根电流（即有效值）IRMS。
即1.57ITAV≥IRD≥IRMS
3、电压及电流上升率的保护
※电压上升率（dv/dt）
晶闸管阻断时，其阴阳极之间相当于存在一个PN结电容，当突加正向阳极电压时会产生充电电容电流，此电流可能导致晶闸管误导通。
因此，对晶闸管施加的最大正向电压上升率必须加以限制。
常用方法是在晶闸管两端并联阻容吸收元件。
※电流上升率（di/dt）
晶闸管开通时，电流是从靠近门极开始导通然后逐渐扩展到整个阴极区直至全部导通，这个过程需要一定的时间。
如果电流上升太快，使电流来不及扩展到整个管芯的有效PN结面，造成门极附近的阴极区局部电流密度过大，发热过于集中，PN结的温度迅速上升形成热点，使其在很短的时间内超过额定结温导致晶闸管工作失效甚至烧毁，所以必须限定晶闸管通态电流上升率（di/dt）。
一般是在桥臂中串入电感或铁淦氧磁环。
4、过热保护
电力半导体模块和其它功率器件一样，工作时由于自身功耗而发热。
如果不采取适当措施将这种热量散发出去，就会引起模块管芯PN结温度急剧上升,致使器件特性恶化，直至完全损坏。
晶闸管的功耗主要由导通损耗、开关损耗、门极损耗三部分组成。
在工频或400Hz以下频率的应用中最主要的是导通损耗。
为了确保器件长期可靠地工作，设计时散热器及其冷却方式的选择与电力半导体模块的电流电压的额定值选择同等到重要，千万不可大意！
散热器的常用散热方式有：
自然风冷、强迫风冷、热管冷却、水冷、油冷等。
考虑散热问题的总原则是：
控制模块中管芯的结温不超过产品数据表给定的额定结温。
实际上，元件的结温不容易直接测量，因此不能用它作为是否超温的判据。
通过控制模块底板的温度（即壳温）来控制结温是一种有效的方法。
由于PN结的结温Tj和壳温Tc存在着一定的温度梯度，知道了壳温也就知道了结温，而最高壳温是限定的，由产品数据表给出。
借助温控开关可以很容易地测量至与散热器接触处的模块底板温度（温度传感元件应置于模块底板温度最高的位置）。
从温控开关测量到的壳温（Tc不超过75－80℃）可以判断模块的工作是否正常。
若在线路中增加一个或两个温度控制电路，分别控制风机的开启或主回路的通断（停机），就可以有效地保证晶闸管模块在额定结温下正常工作。
需要指出的是，温控开关测量到的温度是模块底板表面的温度，易受环境、空气对流的影响，与模块和散热器的接触面上的温度，还有一定的差别（大约低几度到十几度），因此其实际控制温度应低于规定值。
用户可以根据实际情况和经验决定控制的温度。
六、散热器的设计和选择
1、晶闸管模块
根据模块单臂使用电流ITAV，通态峰值电压VTM,模块接触热阻Rth（c－h），壳温TC（铜底板）以及环境温度Ta，并按PT（AV）≈0.9VTMITAV或PT（AV）=ITAVVTO＋I2TRMSRTO，求出平均功耗PTAV，则散热器热阻Rth（h－a）：
Rth（h－a）=（TC－Ta）/PT（AV）－Rth（c－h）
（这是单个模块用散热器热阻，若散热器上安装几个模块，则用nPT（AV）代入即可。
）
求出Rth（h－a）后，选定散热器型号规格，其热阻应比计算出的热阻小，查散热器的热阻曲线即可选得合适散热器尺寸。
2、固态继电器配套散热器的选择
一般而言，某一型号的固态继电器或模块要配什么型号的散热器，其实两者之间并没有完全一致的对应关系，因为固态继电器或模块的发热量只跟负载的实际电流有关，而与其本身的电流等级大小并不完全一致。
发热量的计算公式（两种）
1、发热量=实际负载电流（安培）×1.5瓦/安培
以上公式适合于单相固体继电器、单相交流调压模块，而对三相固体继电器、三相交流调压模块，其实际负载电流应为三相负载电流之和。
2、发热量=实际负载电流（安培）×3.0瓦/安培
以上公式适合于单相全控整流模块。
对于输出电流小于5A的固态继电器,利用空气自然对流，足以达到冷却散热的目的，但安装时要有一个良好的对流环境，固态继电器之间的距离不得小于一个固态继电器的宽度。
选用散热器除考虑上述因素外，还要综合考虑固态继电器或模块本身体积与散热器能否相配，以及散热器在机柜中的安装空间等因素。
但最终要保证即使在最恶劣情况下固体继电器或模块的底板温度不超过75－80℃。
电阻器
1 电阻器的命名方法
根据国家标准GB2470—81的规定，电阻器的型号由以下几部分组成。
表1-1 电阻器的分类代号及其意义
数字或字母
代号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
G
T
W
D
意
义
电阻器
普通
普通
超高频
高阻
高温
精密
高压
特殊
高功率
可调
电位器
普通
普通
精密
函数
特殊
微调
多圈
表1-2 电阻器的材料代号及其意义
字母代号
T
H
S
N
J
Y
C
I
X
意义
碳膜
合成膜
有机实芯
无机实芯
金属膜
氧化膜
沉积膜
玻璃釉膜
线绕
例如，RJ71表示精密金属膜电阻器，WSW1A表示微调有机实芯电位器。
常见的电阻器外形图如图1.1所示。
图1.1 常用电阻器外形图
2 电阻器的分类及特点
1．薄膜类
在玻璃或陶瓷基体上沉积一层碳膜、金属膜、金属氧化膜等形成电阻薄膜，膜的厚度一般在几微米以下。
（1）金属膜电阻（型号：
RJ）。
在陶瓷骨架表面，经真空高温或烧渗工艺蒸发沉积一层金属膜或合金膜。
其特点是：
精度高、稳定性好、噪声低、体积小、高频特性好。
且允许工作环境温度范围大（-55～+125℃）、温度系数低（（50～100）×10-6/℃）。
目前是组成电子电路应用最广泛的电阻之一。
常用额定功率有1/8W、1/4W、1/2W、1W、2W等，标称阻值在10Ω～10MΩ之间。
（2）金属氧化膜电阻（型号：
RY）。
在玻璃、瓷器等材料上，通过高温以化学反应形式生成以二氧化锡为主体的金属氧化层。
该电阻器由于氧化膜膜层比较厚，因而具有极好的脉冲、高频和过负荷性能，且耐磨、耐腐蚀、化学性能稳定。
但阻值范围窄，温度系数比金属膜电阻差。
（3）碳膜电阻（型号：
RT）。
在陶瓷骨架表面上，将碳氢化合物在真空中通过高温蒸发分解沉积成碳结晶导电膜。
碳膜电阻价格低廉，阻值范围宽（10Ω～10MΩ），温度系数为负值。
常用额定功率为1/8W～10W，精度等级为±5％、±10％、±20％，在一般电子产品中大量使用。
2．合金类
用块状电阻合金拉制成合金线或碾压成合金箔制成电阻，主要包括：
（1）线绕电阻（型号：
RX）。
将康铜丝或镍铬合金丝绕在磁管上，并将其外层涂以珐琅或玻璃釉加以保护。
线绕电阻具有高稳定性、高精度、大功率等特点。
温度系数可做到小于10-6/℃，精度高于±0.01％，最大功率可达200W。
但线绕电阻的缺点是自身电感和分布电容比较大，不适合在高频电路中使用。
（2）精密合金箔电阻（型号：
RJ）。
在玻璃基片上粘和一块合金箔，用光刻法蚀出一定图形，并涂敷环氧树脂保护层，引线封装后形成。
该电阻器最大特点是具有自动补偿电阻温度系数功能，故精度高、稳定性好、高频响应好。
这种电阻的精度可达±0.001％,稳定性为±5×10-4％/年，温度系数为±10-6/℃。
可见它是一种高精度电阻。
3．合成类
将导电材料与非导电材料按一定比例混合成不同电阻率的材料后制成的电阻。
该电阻的最突出的优点是可靠性高，但电特性能比较差。
常在某些特殊的领域内使用（如航空航天工业、海底电缆等）。
合成类电阻种类比较多，按用途可分为通用型、高阻型和高压型等。
（1）金属玻璃釉电阻（型号：
RI）。
以无机材料做粘合剂，用印刷烧结工艺在陶瓷基体上形成电阻膜。
该电阻具有较高的耐热性和耐潮性，常用它制成小型化贴片式电阻。
（2）实芯电阻（型号：
RS）。
用有机树脂和碳粉合成电阻率不同的材料后热压而成。
体积与相同功率的金属膜电阻相当，但噪声比金属膜电阻大。
阻值范围为4.7Ω～22MΩ，精度等级为±5％、±10％、±20％。
（3）合成膜电阻（RH）。
合成膜电阻可制成高压型和高阻型。
高阻型电阻的阻值范围为10MΩ～106MΩ，允许误差为±5％、±10％。
高压型电阻的阻值范围为47MΩ～1000MΩ，耐压分10kV和35kV两挡。
（4）厚膜电阻网络（电阻排）。
它是以高铝瓷做基体，综合掩膜、光刻、烧结等工艺，在一块基片上制成多个参数性能一致的电阻，连接成电阻网络，也叫集成电阻。
集成电阻的特点是温度系数小，阻值范围宽，参数对称性好。
目前已越来越多的被应用在各种电子设备中。
4．敏感类
使用不同材料和工艺制造的半导体电阻，具有对温度、光照度、湿度、压力、磁通量、气体浓度等非电物理量敏感的性质，这类电阻叫敏感电阻。
利用这些不同类型的电阻，可以构成检测不同物理量的传感器。
这类电阻主要应用于自动检测和自动控制领域中。
3 常用电阻器的标志方法
一般电子元器件的标注应反映出它们的种类、材料及主要电气参数。
电阻器常用的标注方法有直标法、文字符号法和色标法三种。
1．直标法
把元件的主要参数直接印制在元件的表面上，这种方法主要用于功率比较大的电阻。
如电阻表面上印有RXYC-50-T-1k5-±10％，其含义是耐潮被釉线绕可调电阻器，额定功率为50W，阻值为1.5kΩ，允许误差为±10％。
2．文字符号法
传统的电阻器文字符号标注是将电阻器的阻值、精度、功率、材料等用文字符号在电阻体上表示出来。
如阻值单位用Ω、kΩ、MΩ表示,精度用等级J（±5％）、K（±10％）、M（±20％），电阻器的材料可通过外表的颜色予以区别等。
随着电子元件的不断小型化，特别是表面安装元器件（SMC和SMD）的制造工艺不断进步，使得电阻器的体积越来越小，其元件表面上标注的文字符号也作出了相应改革。
一般仅用三位数字标注电阻器的数值，精度等级不再表示出来（一般小于±5％）。
具体规定如下：
（1）元件表面涂以黑颜色表示电阻器。
（2）电阻器的基本标注单位是欧姆（Ω），其数值大小用三位数字标注。
（3）对于十个基本标注单位以上的电阻器，前两位数字表示数值的有效数字，第三位数字表示数值的倍率。
如100表示其阻值为10×100＝10Ω；223表示其阻值为22×103
＝22kΩ。
（4）对于十个基本标注单位以下的元件，第一位、第三位数字表示数值的有效数字，第二位用字母“R”表示小数点。
如3R9表示其阻值为3.9Ω。
3．例：
由发光二极管组成的电路如图2.1.3所示。
设流过发光二极管的正向电流IF＝15mA，发光二极管的正向压降约1.95V，试选定限流电阻R。
12V
图2.1.3 发光二极管组成的电路
解：
计算电阻R理论值。
根据表2-4，实际选择电阻值R=680Ω
电阻器实际消耗的功率
实际选用电阻器的额定功率为0.25W。
由于该电阻器不必要使用高精度，温度特性也不必特别考虑，故可选用一般碳膜电阻器即可。
升级会员 