晶闸管是动态无功补偿装置唯一可选的器件，晶闸管的动作速度快，可以在一个交流周期内完成电容器的投入与切除，并且对投切次数没有限制。但是晶闸管的导通损耗大，价格高，可靠性差，除非用 于动态补偿，否则并没有优势可言。
晶体闸流管简称晶闸管, 也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN 结构成的一种大功率半导体器件。在性能上, 晶闸管不仅具有单向导电性, 而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性, 它只有导通和关断两种状态。
晶闸管的优点很多, 例如:以小功率控制大功率, 功率放大倍数高达几十万倍; 反应极快, 在微秒级内开通、关断; 无触点运行, 无火花、无噪声; 效率高, 成本低等。因此, 特别是在大功率UPS 供电系统中, 晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。
晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差, 容易受干扰而误导通。
晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。
2 普通晶闸管的结构和工作原理
晶闸管是PNPN 四层三端器件, 共有三个PN
结。分析原理时, 可以把它看作是由一个PNP 管和一个NPN 管所组成, 其等效图解如图1(a)所示, 图1(b)为晶闸管的电路符号。
图1 晶闸管等效图解图
2.1 晶闸管的工作过程
晶闸管是四层三端器件, 它有J1、J2、J3三个PN 结, 可以把它中间的NP 分成两部分, 构成一个PNP 型三极管和一个NPN 型三极管的复合管。
当晶闸管承受正向阳极电压时, 为使晶闸管导通, 必须使承受反向电压的PN 结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路, 当有足够的门极电流Ig 流入时, 就会形成强烈的正反馈, 造成两晶体管饱和导通。
设PNP 管和NPN 管的集电极电流分别为IC1和IC2, 发射极电流相应为Ia 和Ik, 电流放大系数相应为α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,设流过J2结的反相漏电流为ICO, 晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:
Ia=IC1+IC2+ICO
=α1Ia+α2I k+ICO (1)
若门极电流为Ig, 则晶闸管阴极电流为:Ik=Ia+Ig。
因此, 可以得出晶闸管阳极电流为
:
(2)
硅PNP 管和硅NPN 管相应的电流放大系数α1和α2随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压, 而门极未接受电压的情况下, 式(1)中
Ig=0,(α1+α2) 很小, 故晶闸管的阳极电流Ia≈ICO,晶闸管处于正向阻断状态; 当晶闸管在正向门极电压下, 从门极G 流入电流Ig, 由于足够大的Ig 流经NPN 管的发射结, 从而提高放大系数α2, 产生足够大的集电极电流IC2流过PNP 管的发射结, 并提高了PNP 管的电流放大系数α1, 产生更大的集电极电流IC1流经NPN 管的发射结, 这样强烈的正反馈过程迅速进行。
当α1和α2随发射极电流增加而使得(α1+α2)≈1时, 式(1)中的分母
1-(α1+α2)≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia 。这时, 流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定, 晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后, 式(1)中1-(α1+α2)≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia 而继续导通, 门极已失去作用。在晶闸管导通后, 如果不断地减小电源电压或增大回路电阻, 使阳极电流Ia 减小到维持电流IH 以下时, 由于α1和α2迅速下降, 晶闸管恢复到阻断状态。
电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要，布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。
由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。
近年来，在电力系统中，为了消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，在电容器回路中采用串联电抗器的方法改变系统参数，已取得了显著的效果。
并联电抗器的作用
1、削弱空载或轻载时长线路的电容效应所引起的工频电压升高。
这种电压升高是由于空载或轻载时，线路的电容（对低电容和相间电容）电流在线路的电感上的压降所引起的。它将使线路电压高于电源电压。当愈严重，通常线路愈长，则电容效应愈大，工频电压升高也愈大。
对超高压远距离输电线路而言，空载或轻载时线路电容的充电功率是很大的，通常充电功率随电压的平方面急剧增加，巨大的充电功率除引起上述工频电压升高现象之外，还将增大线路的功率和电能损耗以及引起自励磁，同期困难等问题。装设并联电抗器可以补偿这部分充电功率。
2、改善沿线电压分布和轻载线路中的无功分布并降低线损。
当线路上传输的功率不等于自然功率时，则沿线各点电压将偏离额定值，有时甚至偏离较大，如依*并联电抗器的补偿，则可以仰低线路电压得升高。
3、减少潜供电流，加速潜供电弧的熄灭，提高线路自动重合闸的成功率。
所谓潜供电流，是指当发生单相瞬时接地故障时，在故障相两侧断开后，故障点处弧光中所存在的残余电流。
产生潜供电流的原因：故障相虽以被切断电源，但由于非故障相仍带电运行，通过相间电容的影响，两相对故障点进行电容性供电；由于相间互感的影响，故障相上将被感应出一个电势，在此电势的作用下通过故障点及相对地电容将形成一个环流，通常把上述两部分电流的总和称之为潜供电流。潜供电流的存在，使得系统发生单相瞬时接地短路处的潜供电弧不可能很快熄灭，将会影响单相自动综合闸的成功率。
晶闸管是动态无功补偿装置唯一可选的器件，晶闸管的动作速度快，可以在一个交流周期内完成电容器的投入与切除，并且对投切次数没有限制。但是晶闸管的导通损耗大，价格高，可靠性差，除非用 于动态补偿，否则并没有优势可言。
晶体闸流管简称晶闸管, 也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个PN 结构成的一种大功率半导体器件。在性能上, 晶闸管不仅具有单向导电性, 而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性, 它只有导通和关断两种状态。
晶闸管的优点很多, 例如:以小功率控制大功率, 功率放大倍数高达几十万倍; 反应极快, 在微秒级内开通、关断; 无触点运行, 无火花、无噪声; 效率高, 成本低等。因此, 特别是在大功率UPS 供电系统中, 晶闸管在整流电路、静态旁路开关、无触点输出开关等电路中得到广泛的应用。
晶闸管的弱点:静态及动态的过载能力较差, 容易受干扰而误导通。
晶闸管从外形上分类主要有:螺栓形、平板形和平底形。
2 普通晶闸管的结构和工作原理
晶闸管是PNPN 四层三端器件, 共有三个PN
结。分析原理时, 可以把它看作是由一个PNP 管和一个NPN 管所组成, 其等效图解如图1(a)所示, 图1(b)为晶闸管的电路符号。
图1 晶闸管等效图解图
2.1 晶闸管的工作过程
晶闸管是四层三端器件, 它有J1、J2、J3三个PN 结, 可以把它中间的NP 分成两部分, 构成一个PNP 型三极管和一个NPN 型三极管的复合管。
当晶闸管承受正向阳极电压时, 为使晶闸管导通, 必须使承受反向电压的PN 结J2失去阻挡作用。每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此是两个互相复合的晶体管电路, 当有足够的门极电流Ig 流入时, 就会形成强烈的正反馈, 造成两晶体管饱和导通。
设PNP 管和NPN 管的集电极电流分别为IC1和IC2, 发射极电流相应为Ia 和Ik, 电流放大系数相应为α1=IC1/Ia和α2=IC2/Ik,设流过J2结的反相漏电流为ICO, 晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:
Ia=IC1+IC2+ICO
=α1Ia+α2I k+ICO (1)
若门极电流为Ig, 则晶闸管阴极电流为:Ik=Ia+Ig。
因此, 可以得出晶闸管阳极电流为
:
(2)
硅PNP 管和硅NPN 管相应的电流放大系数α1和α2随其发射极电流的改变而急剧变化。当晶闸管承受正向阳极电压, 而门极未接受电压的情况下, 式(1)中
Ig=0,(α1+α2) 很小, 故晶闸管的阳极电流Ia≈ICO,晶闸管处于正向阻断状态; 当晶闸管在正向门极电压下, 从门极G 流入电流Ig, 由于足够大的Ig 流经NPN 管的发射结, 从而提高放大系数α2, 产生足够大的集电极电流IC2流过PNP 管的发射结, 并提高了PNP 管的电流放大系数α1, 产生更大的集电极电流IC1流经NPN 管的发射结, 这样强烈的正反馈过程迅速进行。
当α1和α2随发射极电流增加而使得(α1+α2)≈1时, 式(1)中的分母
1-(α1+α2)≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia 。这时, 流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定, 晶闸管已处于正向导通状态。晶闸管导通后, 式(1)中1-(α1+α2)≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia 而继续导通, 门极已失去作用。在晶闸管导通后, 如果不断地减小电源电压或增大回路电阻, 使阳极电流Ia 减小到维持电流IH 以下时, 由于α1和α2迅速下降, 晶闸管恢复到阻断状态。
电抗器，实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要，布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。
由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。
近年来，在电力系统中，为了消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，在电容器回路中采用串联电抗器的方法改变系统参数，已取得了显著的效果。
并联电抗器的作用
1、削弱空载或轻载时长线路的电容效应所引起的工频电压升高。
这种电压升高是由于空载或轻载时，线路的电容（对低电容和相间电容）电流在线路的电感上的压降所引起的。它将使线路电压高于电源电压。当愈严重，通常线路愈长，则电容效应愈大，工频电压升高也愈大。
对超高压远距离输电线路而言，空载或轻载时线路电容的充电功率是很大的，通常充电功率随电压的平方面急剧增加，巨大的充电功率除引起上述工频电压升高现象之外，还将增大线路的功率和电能损耗以及引起自励磁，同期困难等问题。装设并联电抗器可以补偿这部分充电功率。
2、改善沿线电压分布和轻载线路中的无功分布并降低线损。
当线路上传输的功率不等于自然功率时，则沿线各点电压将偏离额定值，有时甚至偏离较大，如依*并联电抗器的补偿，则可以仰低线路电压得升高。
3、减少潜供电流，加速潜供电弧的熄灭，提高线路自动重合闸的成功率。
所谓潜供电流，是指当发生单相瞬时接地故障时，在故障相两侧断开后，故障点处弧光中所存在的残余电流。
产生潜供电流的原因：故障相虽以被切断电源，但由于非故障相仍带电运行，通过相间电容的影响，两相对故障点进行电容性供电；由于相间互感的影响，故障相上将被感应出一个电势，在此电势的作用下通过故障点及相对地电容将形成一个环流，通常把上述两部分电流的总和称之为潜供电流。潜供电流的存在，使得系统发生单相瞬时接地短路处的潜供电弧不可能很快熄灭，将会影响单相自动综合闸的成功率。