晶閘管是晶閘管中頻電源的關(guān)鍵部件，本文首先分析了晶閘管中頻電源的工作原理，然后分析了晶閘管中頻電源中晶閘管故障的原因，最后提出了一些保護(hù)措施。

1. 晶閘管中頻電源原理分析
晶閘管中頻電源因效率高，制造周期短，安裝簡單，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。應(yīng)用范圍廣包括熔煉、透熱、燒結(jié)、釬焊等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，且節(jié)能環(huán)保，是當(dāng)前應(yīng)用泛的感應(yīng)加熱中頻電源。
晶閘管中頻電源主電路包括：
（1）由晶閘管組成的三相橋式全控整流電路，它的主要作用是將工頻交流電整流成脈動的直流電，并可以調(diào)節(jié)整流橋的開通角A，調(diào)節(jié)直流電壓的大小從而調(diào)節(jié)中頻電源的輸出功率。
（2) 濾波電抗器，其主要作用是將直流電流濾成平滑的波形，并保持電流連續(xù)，同時(shí)抑制中頻電流對工頻電網(wǎng)干擾和負(fù)載短路時(shí)故障電流。
（3）由晶閘管組成的單相橋式逆變電路，它的主要作用是將直流電能逆變?yōu)橹蓄l電能，并送入負(fù)載回路。
（4）由負(fù)載補(bǔ)償電容器和感應(yīng)加熱器組成了負(fù)載回路，它的主要作用是將中頻交流電能傳遞給被加熱工件。并聯(lián)逆變式中頻電源的控制系統(tǒng)，就其元件的組成而言，可以分為分立元件、集成電路、單片機(jī)、微處理器等方式。而它們的控制原理與目標(biāo)都是一致的，所以不論采用何種元件，控制系統(tǒng)均可分為整流觸發(fā)、逆變觸發(fā)、功率調(diào)節(jié)、保護(hù)線路、啟動線路和繼電控制6個(gè)部分。

2.晶閘管故障分析
晶閘管損壞的原因很多，但主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
2.1晶閘管自身的因素
從晶閘管元件參數(shù)本身考慮，有些因素可能會造成元件的損壞，這可以從解剖大量損壞的晶閘管元件芯片上分析看出。
（1）閘管元件的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，芯片內(nèi)部P—N結(jié)結(jié)溫不得超過115攝氏度，當(dāng)結(jié)溫超過臨界允許結(jié)溫時(shí)，元件所能承受的阻斷電壓將急劇下降。
（2）電壓上升率Du/dt、電流上升率DI/dt對晶閘管使用的影響。晶閘管對電壓上升率是有限的，晶閘管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，電壓突然加在元件的兩端，因?yàn)镻—N結(jié)有一定的電容量，如果電壓上升率太大，則會產(chǎn)生一定的漏電流，使元件不關(guān)斷而損壞。晶閘管的電流上升率也是有限的。當(dāng)元件使用在電流比較大、頻率比較高的情況下，由于電流上升率較大，在芯片上電流來不及擴(kuò)散，產(chǎn)生局部結(jié)溫過高而損壞。
（3）關(guān)斷時(shí)間對晶閘管的影響。晶閘管的關(guān)斷時(shí)間對逆變電路工作有較大的影響，工作頻率愈高要求的關(guān)斷時(shí)間愈小，晶閘管從導(dǎo)通到關(guān)斷需要一定時(shí)間，儲存在P—N結(jié)中的電荷（載流子）要逐漸放掉，如果關(guān)斷時(shí)間太長，則使晶閘管不能可靠關(guān)斷，使逆變電路換流失敗而造成過流現(xiàn)象導(dǎo)致元件的損壞。
2.2控制線路的因素
控制線路設(shè)計(jì)上的不完善是電源運(yùn)行不穩(wěn)定、不安全的關(guān)鍵所在，也是晶閘管損壞的主要原因之一，其表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
（1）電源的控制線路不能很好地實(shí)時(shí)跟蹤與控制電源負(fù)載的變化。也就是說，電流電壓出現(xiàn)波動時(shí)，不能及時(shí)地反饋這種波動信號，從而造成主電路電流電壓的不穩(wěn)定，出現(xiàn)過電流、過電壓現(xiàn)象。這也是目前國內(nèi)中頻電源控制線路普遍存在的問題。
（2）控制電路中對過電流過電壓的保護(hù)措施不夠完善，沒有從根本上解決過電流電壓的原因。首先是保護(hù)方式的問題，目前大部分電源的保護(hù)采用拉逆變的方式，即將故障時(shí)的整流脈沖拉回到150°的控制角位置，使整流處于逆變狀態(tài)，將槽路中產(chǎn)生的巨大能量反送回電網(wǎng)。但由于故障時(shí)逆變橋失去觸發(fā)脈沖，關(guān)斷了儲能元件能量泄放的通道。所以這種方式不能很好地解決故障中主回路儲能元件對逆變晶閘管造成的威脅；也不能解決槽路短路或過載形成的過電流對晶閘管的關(guān)斷帶來的不利影響。這是對晶閘管保護(hù)不利的弊病所在。其次，是保護(hù)所采取的措施不當(dāng)。大多數(shù)電源的保護(hù)采取了拉逆變及脈沖的方式，但采用了繼電器控制，繼電器的動作滯后于過電流過電壓，這將失去保護(hù)的意義。這也是中頻電源中產(chǎn)生晶閘管損壞的一個(gè)不可忽視的因素。
2.3線路的熱不穩(wěn)定因素
控制線路的熱不穩(wěn)定也是電源運(yùn)行中潛在的不可靠因素。電源在運(yùn)行一段時(shí)間后，各部分參數(shù)出現(xiàn)了漂移。這種漂移發(fā)生在整流器中則會造成電源電壓的不穩(wěn)定；發(fā)生在逆變觸發(fā)部分則會造成逆變換流的失敗發(fā)生在反饋環(huán)節(jié)則會造成電源自我調(diào)節(jié)能力的喪失。
2.4使用條件對晶閘管安全運(yùn)行的影響
從使用的角度來講，造成晶閘管損壞的原因主要有以下幾個(gè)方面：
（1）中頻電源是一種水冷卻設(shè)備，冷卻水就象電源的血液，至關(guān)重要，排水量的大小、水質(zhì)的好壞，如果不能滿足設(shè)備的要求，則水路中易結(jié)水垢，易被堵塞，不利于晶閘管結(jié)溫的擴(kuò)散，致使晶閘管的承載能力與換流能力的下降，最終導(dǎo)致晶閘管的損壞。
（2）環(huán)境溫度高，灰塵大，潮濕，都會造成電源導(dǎo)電部分接觸不良，以及局部短路的現(xiàn)象發(fā)生。
（3）供電側(cè)突然停電及高壓部分接觸不良造成元件損壞。由于供電緊張的地區(qū)經(jīng)常停電，在突然停電過程中電源中的保護(hù)環(huán)節(jié)不能起到正常的保護(hù)作用，電路中的電感在突然斷電時(shí)產(chǎn)生高電壓往往造成晶閘管電壓擊穿。
車間供電側(cè)的開關(guān)某一相觸點(diǎn)接觸不良，打火、或高壓進(jìn)線跌落保護(hù)開關(guān)容量不夠都會造成供電“缺相”，使中頻電源突然損壞晶閘管。
2.5中頻電源過壓，過流保護(hù)環(huán)節(jié)失靈。
中頻電源的保護(hù)環(huán)節(jié)很重要，一般有過電壓、過電流保護(hù)，截壓、截流、過載保護(hù)及快速熔斷器短路保護(hù)。這三道“防線”對一般的故障是可以起到保護(hù)作用的。
如果保護(hù)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障一些元件失效、電路虛焊等或整定值不對，則有可能損壞晶閘管。因此應(yīng)定期檢驗(yàn)它們的保護(hù)特性，不允許“帶病”工作。
3.晶閘管的保護(hù)
晶閘管是中頻電源的關(guān)鍵部件，晶閘管的安全使用與控制線路的高效保護(hù)是電源正常運(yùn)行的必要條件。所以，對晶閘管的保護(hù)是中頻電源線路設(shè)計(jì)中一件極為重要的工作。在晶閘管諸多損失的原因中，關(guān)鍵的是主回路中過電流過電壓所形成的巨大能量而產(chǎn)生的，如何在故障出現(xiàn)的同時(shí)，消除或減弱這種能量的發(fā)生，是保護(hù)晶閘管的關(guān)鍵所在。針對上述因素，除采用常規(guī)的阻容吸收的方式外，對過電流過電壓可以采取如下措施：
（1）采用打通逆變四橋臂的方式。在故障出現(xiàn)時(shí)，由控制線路實(shí)現(xiàn)對整流脈沖的，同時(shí)給逆變晶閘管加上成倍的強(qiáng)觸發(fā)脈沖，使其處于的導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)極低的阻抗。這樣，使主回路中的儲能元件電抗器在電流急劇增加時(shí)所形成的反電動勢能量得到充分的泄放，避免在逆變晶閘管的兩端形成高壓給晶閘管造成沖擊。這種保護(hù)方式在頻率較低的情況下有著極大的性，但其缺點(diǎn)是如果整流脈沖不能及時(shí)，就容易造成直流短路而損壞晶閘管。
（2）在逆變橋上并聯(lián)保護(hù)電阻。在逆變橋中并入一保護(hù)電阻，當(dāng)故障時(shí)將整流器拉逆變，同時(shí)接通保護(hù)電阻，對電抗器中的能量進(jìn)行泄放，真正地將這種能量返回到電網(wǎng)。
（3）采用大規(guī)模集成化的控制線路。隨著電子業(yè)的飛速發(fā)展，集成化的元件在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。它具有長時(shí)間運(yùn)行無溫度漂移，工作點(diǎn)穩(wěn)定，速度快的特點(diǎn)，可以極大的提高和改善控制線路的性能，從而保證控制單元的穩(wěn)定、快速，縮短故障時(shí)間與保護(hù)時(shí)間差距。
（4）保護(hù)環(huán)節(jié)盡可能地采用無觸點(diǎn)保護(hù)。盡可能地消除機(jī)械部件的滯后特性對保護(hù)的不良影響，使保護(hù)動作信號靈敏及時(shí)，與故障信號同步。
（5）采用國內(nèi)外成熟的線路。盡可能使用國內(nèi)外成熟的控制線路，以及經(jīng)過長期實(shí)踐證明運(yùn)行可靠的線路，滿足電源各方面的性能要求。
（6）保證晶閘管的質(zhì)量與電源的冷卻條件。