变频器电力电子器件中逆阻断型GCT晶闸管简介

    a．开发背景。高压变频器分为电压型和电流型两大类，电流型变频器使系统和体积减小、价格降低、可靠性提高；但电流型变频器对开关器件的要求高，即应具有很高的阻断能力和自关断能力。目前能满足这种要求的高压开关器件只有逆阻断型GTO。但这种逆阻断型GTO和一般逆导通型GTO相比，若要达到同等的阻断能力，要增设高损耗的浪涌电路，且开关时间加长，使电流型变频器的控制性能比电压型差。    新开发的GTO被称为GCT (Gate Commutated Turnoff Thy ristor)，它是一种高耐压大电流器件，具有很强的关断能力。开关速度比GTO高10倍，使得用GCT的电流型变频器的控制性能与电压型一样。目前GCT的最高阻断电压为6kV，工作电流为4kA，此外，其最突出的优点是可以取消浪涌电路。由于这种新高压器件的开发，使高压电流型变频器可在AC6. 6kV的电网上直接运行，扩大了高压变频器在电力系统的应用范围。    逆阻断GCT元件显示出逆导通GCT和二极管串联的特性，即保证在正向和反向都具有同等的阻断电压。这种开关器件特别适用于需要具备反向阻断能力的电流型变频器上。    b．GCT的特点。GCT是在GTO基础上开发的新型晶闸管，4kA级的GCT的结构示意图如图1 39所示。它只显示了器件的一个小单元，整个器件由3000个单元并联组成。GCT和GTO相比，具有如下特点。
    图1-39    逆阻断器GCT    ④为抑制关断时产生的高dU/dt，浪涌保护电路可取消。    ⑥电荷蓄积时间减少为GTO的1/10，使得元器件的串并联十分容易。    ⑥阴极的蓄积电荷减小为GTO的一半，使关断电流大大减小。    ⑧GCT关断时，会从阳极向控制极转移电流，使GCT开始换流，关断过程使晶闸管特性瞬时转变成晶体管特性。亦即关断电流(IA)几乎等于控制电流(IG)。很强的反向控制电流使GCT的3000个单元几乎同时关断，这样就缓和了局部的电流集中，而无需浪涌电路。这个过程的时间大约为1μS，其关断波形如图1-40所示。图中IA是阳极电流，IG是反向控制电流，UAK为阳极电压。
    图1-40    GCT的关断过程    c．GCT的特性  逆阻断型GCT相当于把逆导通GCT和二极管串联使用。但由于GCT和二极管是制作在同一个N基片上，故GCT导通电压损耗和关断能力之间的依赖关系减小。使得GCT可做到尽可能地让导通压降小，同时又可使关断能力提高。图1-41表示6kV逆阻断型GCT的典型导通关断波形。新研制的GCT单个元件在3kV时关断电流能力为5kA。表1-8给出GCT的最新产品6. 5kV／4kA和6.5kV／1kA的主要技术数据。
    图1-41    GCT的通断过程    表1-8    6.5kV／1kA GCT的主要技术数据
    d．GCT的应用。GCT元件主要用于高压电流型变频器，图1-42为其主回路电路构成图。由图可见，GCT变频器的最大优点是无需浪涌电路，且总损耗比一般电压型GTO变频器减少25%，而开关时间只有GTO的1/10，使性能大大提高。
    图1-42    电流型变频器的主回路