智能晶闸管整流调压模块在中压整流场合的应用

本文介绍了一种集成一体化模块，以及该模块在煤矿企业中的典型应用。

模块的研发背景

一直以来，在很多工矿企业的电力系统中，基本都是以AC1140V的动力电源为主。在现场设备的实际使用过程中，往往都需要将输入电源用变压器降压，再经过高压二极管整流等手段，变换为设备所需要的工作电压，其通断的控制是用接触器来完成的。而这种传统的设备体积庞大、笨重，防尘、防爆性能差，往往需要比较大的防爆箱来进行外部防护处理，成本高，安全性不好。

应客户要求，我公司开发了专门针对该行业的集成一体化中压整流模块（以下简称模块）。该模块以优质的晶闸管高压芯片作为主电路的主要器件，用陶瓷覆铜板（DBC）为焊接基板，以纯铜板作为导热基板，与触发系统一起封装于一个封闭的塑料壳体中，完美解决了传统设备存在的弊端。目前，模块已经开始大量应用于中压调压和煤矿电磁铁励磁控制（安装于防爆柜中）等场合。

模块的外形及特点

模块外形及原理图如下：

在对晶闸管的触发脉冲作了特殊优化处理后，模块适应范围更宽，尤其适用于感性负载的控制场合。

模块的控制特性曲线和负载特性曲线：

图二  特性曲线

经过实际验证，与传统设备相比，模块具有以下突出优点：

一、 模块利用晶闸管的调压功能，替代了接触器、整流变压器、二极管等传统电路结构。主模块所需空间仅为185mm见方，是传统设备的十几分之一甚至几十分之一，即使加上吸收电路和续流电路，也仅仅需要一个小的防爆柜就可以安装，大大节省了空间，节约了成本；

二、 我们针对模块的触发系统作了优化和升级，独立开发了同步信号处理电路、数字移相电路和驱动电路，因此，该模块非常适合于感性负载，对直流电机、电磁铁等负载而言，具有优越的调速、调压性能；

三、 由于高度的集成化，模块的环境适应能力极强，非常适合于煤矿等粉尘多的场合使用，安全可靠；

四、 无触点，无需考虑传统接触器的触点释放时的飞弧现象，安全性更高，无需考虑接触器长时间使用时触点烧毁、粘连等因素，大大延长了设备的使用寿命。

模块的应用案例

模块自投产以来，已经成功应用于煤矿提升设备、电磁铁控制等诸多工业领域，并以其优异的性能，可靠的质量，良好的环境适应能力，深受广大用户喜爱。以下是模块在煤矿除铁设备中的一个实际应用案例。

输入电压：AC1140V，电磁铁工作电压DC450V，额定电流60A。

模块应用原理：

图三  整机原理图

该系统主要由集成一体化整流模块、阻容吸收电路、续流电路等三部分组成。

模块选用我们自主研发的3MTDC300A/1140V。因负载为直流电磁铁，应用场合非常重要，且工作于导通角很小的范围内，所以选取额定电流300A的模块，尽可能的放大电流余量，同时选用高耐压芯片，两两串联的主电路拓扑结构，挑选各项参数一致性好的芯片来做。

阻容吸收电路由R1-R6,C1-C6组成。为了防止晶闸管误导通或过压击穿，限制电路的电压上升率dv/dt，确保晶闸管安全运行，在每组晶闸管两端，我们选择了耐高压的线绕电阻、CBB电容共同组成吸收电路。由晶闸管的通态平均电流，以及晶闸管的工作电压，综合实际情况，我们选择耐压为2200V的高压电容器，2500V的压敏电阻，根据作用于晶闸管的峰值电压、工作频率等参数，并且考虑到密闭环境的影响，我们选择了100W功率的电阻器，以确保其工作时的发热处于合理的范围内。

续流电路是由续流二极管D1、D2和均压电阻R7、R8组成的，以确保在晶闸管换向时，负载电流的连续性，防止晶闸管所受到的冲击。选择MDC200A的二极管模块，利用其内部串联的两只二极管作为续流二极管。选用270K/2W的均压电阻，用以均衡两只二极管两端的电压。

图四 续流电路

因为模块工作时需要散热，但防爆柜为密闭的空间，而且不允许使用轴流风机，只能选择大规格的散热器，以弥补空气对流差的影响。根据晶闸管模块的结温不得超过125℃，壳温不超过85℃，根据总热阻Rja=Rjc（结壳热阻）+Rcs（接触热阻）+Rz0（散热器热阻），以及晶闸管芯片的通态损耗，选择散热器DXC006，散热器长度为600mm。

模块的安装尺寸图：

图五  模块安装尺寸

现场实际应用示例图：

市场是产品的试金石，客户的口碑是产品生命的根基。模块从设计，到试验，到投放市场，再到批量生产，至今已两年有余，市场表现突出，得到了客户的一致赞誉。随着工艺水平的日臻完善，推广力度的不断增大，这种中压集成一体化模块，必将在我国工业控制市场产生更为深远的影响。