过压击穿晶闸管的柔直“黑模块”解决方案

柔性直流换流阀运行时,因“黑模块”引起的故障如不能及时清理,会造成直流输电系统跳闸的严重故障。根据乌东德工程换流阀的研制过程,提出一种利用过压自击穿晶闸管的短路特性,实现柔直“黑模块”故障清除的解决方案。阐述了柔直换流阀“黑模块”故障机理及其带来的危害,在此基础上提出了过压自击穿晶闸管用于“黑模块”故障处理的原理,并分析了这种柔直专用的过压自击穿晶闸管的电气特性,评估了这种方案的电气应力情况;最后,设计试验电路进行了试验验证。最终成功在乌东德工程中实现工程化应用。

柔直阀用双重保护晶闸管设计及试验研究

半桥型柔性直流系统在直流故障及旁路开关拒动情况下,极易引起IGBT器件的损坏。电压、电流双重保护晶闸管具备故障分流及旁路功能,对提升半桥型柔性直流系统运行安全至关重要。研究了电压电流双重保护晶闸管工作原理,获取短路分流和击穿引流的功能设计需求,结合电热应力分析提出了保护晶闸管的选型原则,最后以±800 kV/8 000 MW的半桥结构样机进行试验验证,证明了保护晶闸管设计与试验研究的正确性。

极端环境下MMC子模块故障高可靠旁路保护策略

电力系统空间范围大且各环节联系紧密,雷击、地震、极寒等极端环境易对电力设备产生直接和间接影响,并进一步引起系统电气量的剧烈变化,研究极端环境下MMC子模块的故障保护对提高电力系统的安全稳定运行水平具有重要意义。文中分析了极端环境下MMC子模块的故障特性,采用基于子模块电容电压比较的故障诊断方法,提出一种在子模块输出端口间加装晶闸管的极端环境下MMC子模块高可靠旁路故障保护策略:配置冗余供能电路确保子模块状态可控,利用晶闸管过电压击穿作为后备被动保护,结合子模块的多级保护和热、冷备用冗余子模块的投入,实现极端环境下对故障子模块的高可靠旁路保护。以±800 kV特高压柔性直流输电系统为算例,经仿真验证所提策略具有良好的可行性,能够提高极端环境下子模块故障保护的可靠性和速动性,同时对晶闸管击穿后流过桥臂电流进行热仿真,发现已超过其工作温度限制,为满足长期旁路通流要求,加装晶闸管击穿后须通过散热器进行强制冷却。

逆导型GCT阻断特性的分析与设计

在分析pnp隔离的逆导型GCT(RCGCT)特性的基础上,提出了沟槽隔离的RCGCT新结构,并给出了其阻断特性的设计方法.依此建立了RCGCT的结构模型,利用MEDICI软件对其阻断特性进行了模拟,并与非对称GCT和pnp隔离的RCGCT的阻断特性进行了比较和分析.另外,通过对不同沟槽结构参数下RCGCT的阻断特性和门极击穿特性的模拟,给出了沟槽区的优化参数.实验结果证明了设计的合理性.

大功率晶闸管电力开关常见故障的检测

分析了晶闸管用作电力开关时常出现的故障 ,并针对不同的故障原因提出了相应的故障检测方法。

ZX7系列晶闸管逆变弧焊机故障原因分析

对ZX7系列晶闸管逆变弧焊机常见故障进行了分析。

SiC GTO晶闸管技术现状及发展

近年来,基于宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)的高压功率器件迅速发展。在SiC高压功率器件中,门极可关断晶闸管(GTO)具有高阻断电压、大电流、快速关断、低正向导通压降以及耐高温等优点。文章主要阐述了SiC GTO在衬底材料、外延材料、载流子寿命和阻断电压等方面近十几年的发展历程和现状;介绍了具有改良SiC GTO开关特性的碳化硅发射极关断晶闸管(SiC ETO)的特性及其结构和原理;分析了6 500 V SiC ETO的正向导通特性和阻断特性,并通过实验验证了其快速关断特性。最后从器件及其应用的角度提出了SiC GTO晶闸管技术未来发展的方向。

门极换流晶闸管(GCT)击穿机理的研究

简述了门极换流晶闸管(GCT)的耐压结构及其特点。利用MEDICI软件模拟和分析了具有不同结构参数的四种器件的阻断能力和通流能力,研究了GCT的击穿机理。结果表明,GCT的击穿实质上属于场阻止(FS)型击穿,并非穿通(PT)型击穿。从而指出以往对GCT击穿机理的认识存在局限性。

特高压柔性直流MMC故障子模块的高可靠旁路方法

模块化多电平换流器(MMC)运行过程中需将故障功率模块迅速从桥臂中旁路出去,以减少对MMC的不利影响。为提高MMC功率模块发生故障后被旁路的可靠性,提出了一种基于辅助旁路晶闸管技术的功率模块高可靠旁路方法。在功率模块交流端口并联辅助旁路晶闸管,仅作为无源过压保护元件,利用其过压击穿实现对功率模块的旁路保护。分析了辅助旁路晶闸管的过压失效模式和击穿稳定性,并基于乌东德特高压多端混合直流示范工程仿真分析了所提方法的可行性和有效性。通过增加散热器可使辅助旁路晶闸管短路失效后的温度稳定在70℃左右,满足长期旁路通流要求。

定径机传动装置中元件击穿的故障分析与排除

无缝钢管厂热一车间定径机组主传动调速装置,是由西门子6RA70的控制部份与国产的晶闸管组装的主回路而构成。改造投产后电路晶闸管经常击穿,严重影响生产。给企业带来了重大的经济损失。通过理论分析和技术验证,查明故障原因,并采用PLC控制调速装置的参数,解决了晶闸管经常击穿的故障难题。

大功率4H-SiC GTO晶闸管研究

此处主要从SiC-GTO晶闸管设计的3个因素进行了研究,包括:击穿电压设计、两个等效晶体管共基极电流放大系数设计以及少子寿命取值设计。通过ATLAS器件仿真得到器件的击穿特性、内部电场分布及正向I-V曲线。最后通过Silvaco-TCAD提供的MixedMode混合仿真组件,对设计的SiC-GTO进行了开关特性模拟,并与5SGS 16H4500对称型Si-GTO进行了比较,结果表明,所设计的大容量SiC-GTO也比当前Si-GTO具有更高的开关速度。

可控硅中频感应电炉的故障及排除

介绍了在可控硅中频感应电炉中整流电路和逆变电路的常见故障及其排除方法。

新型的模块化多电平换流器子模块保护策略

分析了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块在3种工作方式下的故障机制与保护方法,提出了一种在原有子模块拓扑上增加一个保护用晶闸管的新型保护策略,以快速切除故障子模块。仿真结果表明,子模块拓扑改进后,可大大提高保护效率,提升了子模块故障保护能力,可为MMC设计提供参考。

碳化硅门极可关断晶闸管的研究进展

由于SiC材料的理想特性使SiC门极可关断晶闸管(GTO)的发展受到广泛关注。SiC GTO是一种用于控制大电流的高功率开关器件,具有开关速度高、功耗低以及控制电路的复杂程度低等优点,在高压、高温开关电路应用中有着独特的优势。阐述了近十几年来SiC GTO的研究进展,在介绍SiC GTO的等效模型和工作原理的基础上,重点介绍了SiC GTO在阻断电压、传导电流、正向压降和载流子寿命调控等方面的研究现状,详细讨论了提高SiC GTO阻断性能的5种不同的结终端技术和实现载流子寿命调控的具体方法,给出了典型SiC GTO器件的传导电流和正向压降,并对影响CTO性能的主要因素进行了分析。同时,对SiC GTO的未来发展趋势进行了展望。

分析半控桥式整流电路故障的简单方法

1 基本原理半控桥式整流电路如果发生一个晶闸管始终未导通的故障时,无论是电阻负载还是电感负载(带续流二极管),共整流输出电压波形和各个晶闸管上两端电压波形较正常工作时均发生变化.为了用万用表检测判断这一故障,本文定义一个新参数。

大功率晶闸管整流器的故障监视

论述了晶闸管整流器故障产生的原因及危害,给出了具体的故障监视电路及设计方法。该装置具有换流次数检测、脉冲间隔检测电路、延时电路及故障报警电路和停止封锁电路等,可监视由任何原因造成的大功率晶闸管整流器换流故障,报警准确无误。

6.5 kV SiC光控晶闸管的研制

基于Sentaurus TCAD软件,研制了一款6.5 kV SiC光控晶闸管。通过优化雪崩击穿模型,对多层外延材料的规格及渐变终端技术进行研究,有效抑制了芯片表面峰值电场,实现了6.5 kV的耐压设计;此外结合实际应用需求,对器件的开通特性进行了仿真模拟。在4英寸(1英寸=2.54 cm)SiC工艺平台制备了6.5 kV SiC光控晶闸管,并对器件性能进行了测试。测试结果显示,芯片击穿电压超过6.5 kV,在4 kV电源电压以及365 nm波长紫外光触发的条件下,器件导通延迟约为200 ns,脉冲峰值电流约为2.1 kA,最大导通电流变化率(di/dt)达到6.3 kA/μs,测试结果与仿真模拟结果基本一致。

电子辐照对半导体器件反向击穿电压的影响

虽然电子辐照会使P-N结中的自由载流子浓度减少,P-N结宽度增加,但其反向漏电流也随之增加,最终使P-N结反向击穿电压略有下降;对晶体管和晶闸管,由于辐照使其电流放大系数下降,最终其反向击穿电压却略有增加。

A5000型换流阀晶闸管击穿故障处理方案优化

晶闸管击穿故障为换流阀常见故障之一,现有±800 k V特高压换流站A5000型换流阀晶闸管击穿故障处理方案存在耗时不稳定、处理环节复杂等问题,进而造成换流阀停电时间延长,影响直流输电系统功率输送能力,针对A5000型换流阀晶闸管击穿故障处理方案进行优化,提高了该型号换流阀晶闸管击穿故障的处理效率,缩短了换流阀停电时间,可进一步保障直流输电系统功率输送能力。

非对称晶闸管的阻断电压

在有效碰撞电离率近似下，推导出给定正向阻断电压和电流放大系数的ＡＳ－ＣＲ长基区参数满足的关系式。数值计算结果表明，把此关系式与有效碰撞电离率系数和雪崩倍增因子参数的经验公式相结合，是一种快速、精确设计ＡＳＣＲ正向阻断电压的方法。