集成門極換流晶閘管簡介

集成門極換流晶閘管IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor）有的廠家也稱為GCT（Gate-Commutated Thyristor）,即門極換流晶閘管，是20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)的新型電力電子器件。IGCT將IGBT與GTO的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，其容量與GTO相當(dāng)，但開關(guān)速度比GTO快10倍，而且可以省去GTO應(yīng)用是龐大而復(fù)雜的緩沖電路，只不過其所需的驅(qū)動功率仍然很大。目前，IGCT正在與IGBT以及其他新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。

《晶閘管換流閥》內(nèi)容為:特高壓直流輸電是實(shí)施我國"西電東送"戰(zhàn)略的重要措施。國家電網(wǎng)公司特高壓建設(shè)部策劃組織國網(wǎng)直流工程建設(shè)有限公司監(jiān)造代表處編寫了《特高壓直流輸電工程換流站主設(shè)備監(jiān)造手冊》(簡稱《手冊》)，以向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電示范工程(簡稱向上直流工程)設(shè)備制造為依托，用以指導(dǎo)特高壓直流設(shè)備的現(xiàn)場監(jiān)造。《手冊》包括《換流變壓器和平波電抗器》、《晶閘管換流閥》、《直流控制保護(hù)系統(tǒng)》三個分冊?！毒чl管換流閥》為《晶閘管換流閥》，描述了特高壓換流閥的型式、主要參數(shù)和特點(diǎn)，按全過程監(jiān)造的流程，從監(jiān)造依據(jù)、設(shè)計審查、制造過程、試驗(yàn)以及存棧等方面詳細(xì)介紹了開展監(jiān)造工作的內(nèi)容、具體的監(jiān)造方法和手段。在附錄中給出了向上直流工程換流閥的技術(shù)規(guī)范、送端復(fù)龍換流站和受端奉賢換流站的例行試驗(yàn)和型式試驗(yàn)項(xiàng)目及具體參數(shù)，不僅可供向上直流工程監(jiān)造人員監(jiān)造時采用，也為今后其他特高壓工程監(jiān)造提供了典型參數(shù)。

使可關(guān)斷晶閘管根據(jù)信號的要求導(dǎo)通或關(guān)斷的門極控制電路。用于控制電力電子電路中的可關(guān)斷晶閘管的通斷。對可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路的一般要求是：當(dāng)信號要求可關(guān)斷晶閘管導(dǎo)通時，驅(qū)動電路提供上升率足夠大的正門極脈沖電流,其幅度視晶閘管容量不同在0.1到幾安培的范圍內(nèi)變化，其寬度應(yīng)保證可關(guān)斷晶閘管可靠導(dǎo)通；當(dāng)信號要求可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷時，驅(qū)動電路提供上升率足夠大的負(fù)門極脈沖電流，脈沖幅度要求大于可關(guān)斷晶閘管陽極電流的五分之一，脈沖寬度應(yīng)大于可關(guān)斷晶閘管的關(guān)斷時間和尾部時間。

結(jié)構(gòu)與工作原理可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路(圖1）包括門極開通電路和門極關(guān)斷電路。某些場合還包括虛線所示的門極反偏電路，以增加抗干擾能力。門極開通電路為可關(guān)斷晶閘管提供開通時的正門極脈沖電流。圖2a是一種門極開通電路，當(dāng)導(dǎo)通信號電壓是高電平時，晶體管G1導(dǎo)通，其發(fā)射極電流即作為觸發(fā)電流流入可關(guān)斷晶閘管門極。門極關(guān)斷電路為可關(guān)斷晶閘管提供關(guān)斷時的負(fù)門極脈沖電流。圖2b是一種門極關(guān)斷電路，當(dāng)關(guān)斷信號來時，晶閘管G2導(dǎo)通。負(fù)電壓E2通過G2加到可關(guān)斷晶閘管的門極，抽取門極電流。當(dāng)可關(guān)斷晶閘管T關(guān)斷后,門極恢復(fù)阻斷，門極電流降為零，G2也恢復(fù)阻斷。圖2c是完整的雙電源門極驅(qū)動電路。

分類根據(jù)對驅(qū)動可關(guān)斷晶閘管的特性或容量、應(yīng)用的場合、電路電壓、工作頻率、要求的可靠性和價格等方面的不同要求，有各式各樣的門極驅(qū)動電路。

圖3是單電源可關(guān)斷晶閘管門極驅(qū)動電路。輸入導(dǎo)通信號時，G1導(dǎo)通，產(chǎn)生正門極脈沖電流,使可關(guān)斷晶閘管導(dǎo)通。這時電容器C充上了左正右負(fù)的電壓。輸入關(guān)斷信號時，G1關(guān)斷，G2導(dǎo)通，電容電壓通過G2抽取可關(guān)斷晶閘管的門極電流，使可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷。這種電路的特點(diǎn)是電路簡單，僅需一組驅(qū)動電路的電源。但導(dǎo)通信號的時間不能太短，否則電容上儲存的能量太小，不足以關(guān)斷可關(guān)斷晶閘管。

圖4是脈沖減窄的門極開通電路,用以減少門極損耗。可關(guān)斷晶閘管導(dǎo)通后,能自行維持導(dǎo)通，門極正脈沖電流失去作用、在保證晶閘管可靠導(dǎo)通的前提下，盡可能減小正觸發(fā)脈沖的寬度。當(dāng)導(dǎo)通信號電壓是高電平時，晶體管G1導(dǎo)通。G1的發(fā)射極電流通過電阻R，穩(wěn)壓管W提供G2的基極電流。G2進(jìn)入放大狀態(tài),它的發(fā)射極電流即是可關(guān)斷晶閘管T的正門極脈沖電流。當(dāng)T導(dǎo)通后，二極管D的陰極電位低于陽極電位，D導(dǎo)通，將G1所有的發(fā)射極電流引入T的陽極，G2截止，T 的門極電流降為零。這種電路既實(shí)現(xiàn)了正觸發(fā)脈沖的減窄，又無礙于變流器的正常工作。

為了用同一個控制電路控制不同電位的可關(guān)斷晶閘管或?yàn)榱吮ＷC控制電路的安全，需將控制電路和可關(guān)斷晶閘管門極之間用光耦合器件或脈沖變壓器進(jìn)行電位隔離。光耦合器是小功率器件，它的輸出信號經(jīng)放大后才能驅(qū)動可關(guān)斷晶閘管。光耦合器隔離的門極驅(qū)動電路常用于中小功率的可關(guān)斷晶閘管驅(qū)動；在大功率的可關(guān)斷晶閘管應(yīng)用中，門極關(guān)斷電流往往很大，達(dá)幾百安。如不用變壓器進(jìn)行阻抗變換，相對于門極阻抗而言，門極電路的電壓很低，很難確保關(guān)斷脈沖電流的上升率，所以在大功率可關(guān)斷晶閘管的門極關(guān)斷電路中，常用脈沖變壓器進(jìn)行電位隔離。

圖5是一種用脈沖變壓器隔離的門極驅(qū)動電路。輸入導(dǎo)通信號時，用互補(bǔ)的高頻信號驅(qū)動晶體管G1和G2,在變壓器TM1中產(chǎn)生一個交流高頻方波電壓，經(jīng)二極管D1、D2整流后，為可關(guān)斷晶閘管提供一個正的門極驅(qū)動電流。輸入關(guān)斷信號時，晶體管G3導(dǎo)通,變壓器TM2副邊感生出下正上負(fù)的電壓，這個電壓通過R1和R2分壓加到晶閘管G4的門極,G4導(dǎo)通，負(fù)電壓通過G4加到可關(guān)斷晶閘管的門極，抽取負(fù)門極電流，使可關(guān)斷晶閘管關(guān)斷。