晶閘管在焊機(jī)中的應(yīng)用

時(shí)間：2022-01-19作者：上海秦邦電子科技有限公司瀏覽：263

焊機(jī)的工況是間歇性的。即晶閘管工作時(shí)結(jié)溫升高，停止工作時(shí)結(jié)溫降至一定值。再次工作，結(jié)溫在此值的基礎(chǔ)上升高。這里應(yīng)該使用晶閘管設(shè)計(jì)實(shí)例1中提到的瞬態(tài)熱阻的概念。在這種情況下，熱平衡條件由安裝的散熱器和晶閘管的瞬態(tài)熱阻之和決定。計(jì)算公式見(jiàn)圖1。

圖1在幾種常見(jiàn)載條件下等效結(jié)溫的計(jì)算公式

(一)舉例說(shuō)明。

例1:某焊機(jī)采用六相半波帶平衡電抗整流線。滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)，導(dǎo)角120°。每個(gè)晶閘管的平均電流為66.有效電流為115.6安。采用CR101晶閘管。圖2顯示功耗為102瓦，較高外殼溫度為95℃。若晶閘管配用圖3中的晶閘管G FIN散熱器長(zhǎng)150mm，風(fēng)速2.5米/秒。焊機(jī)工作120秒后暫停80秒，符合圖1中序號(hào)5的工況。

圖2晶閘管CR101功率損耗曲線

晶閘管較高結(jié)溫計(jì)算如下公式：

這里，T為工作時(shí)間增加間隔時(shí)間；

tp間隔時(shí)間；

Rjc、Rca穩(wěn)態(tài)熱阻；

Zt為某時(shí)刻t零件與散熱器的瞬態(tài)熱阻之和；

Ta環(huán)境溫度。

已知條件：T = 200秒，tp = 80秒，P ** 為102瓦，

圖4及圖3得： Rjc = 0.28 ℃/瓦，Rca = 0.4 ℃/瓦，

瞬態(tài)熱阻 200秒ZT =(0.28 0.23)= 0.51 ℃/瓦

80秒時(shí)的瞬態(tài)熱阻 Ztp =(0.28 0.11)= 0.39 ℃/瓦

瞬態(tài)熱阻 280秒Z(tp T) =(0.28 0.3)= 0.58 ℃/瓦

代入公式：

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，晶閘管允許較高工作溫度 Tj為125 ℃

Ta = Tj - 48.96℃ = 125–48.96 = 76.04 ℃

因此，從理論上講，上述例子中的晶閘管可以是75℃在環(huán)境溫度下工作。

晶閘管在連續(xù)工作條件下的結(jié)溫升高：

Tj–Ta = P ** ×(Rjc Rca)= 102 ×(0.28 0.4)= 69.36 ℃

比較兩種工況的結(jié)果，兩者的結(jié)溫升差為20℃?？梢钥闯?，間隔工作的熱量小于連續(xù)工作。焊機(jī)可選擇散熱面積較?。嶙栎^大）的散熱器。

【圖3】G FIN散熱器瞬態(tài)熱阻曲線

例2：電阻焊機(jī)與兩個(gè)晶閘管并聯(lián)控制初級(jí)脈沖電流。如果仍然選擇CR101晶閘管和150毫米長(zhǎng)G FIN散熱器，風(fēng)速2.5米/秒。每次通電10周波，較大峰值電流是多少？

計(jì)算圖1中序號(hào)2的工況。

結(jié)溫Tj = P ** ·Zt1 Ta

Zt波后晶閘管和散熱器的瞬態(tài)熱阻之和為10周。

允許較高結(jié)溫Tj=125℃，環(huán)境溫度 Ta=40℃

查圖4和圖3了解0.2秒(10周波)后，晶閘管瞬態(tài)熱阻為0.12℃散熱器的瞬態(tài)熱阻為0.01℃因此 Zt1 = 0.12 0.01=0.13℃/瓦。

P ** =(125–40)/0.13 = 653瓦

然后用計(jì)算功耗的公式計(jì)算功耗下通過(guò)的峰值電流。此時(shí)，晶閘管的導(dǎo)角為180°，波形系數(shù)F=1.57，晶閘管(CR101)門(mén)檻電壓VTO=1.13V,斜率電阻RTO =0.00175Ω

P ** = IF×VTO (IF×F) IF 2×RTO

653 = IF×1.13 ( IF ×1.57) 2×0.00175

通過(guò)晶閘管的電流平均為：IF = 279.71A

相應(yīng)的峰值為 IFM = 279.71×π = 828.29A

因此，在這種情況下，晶閘管通過(guò)的10周波浪涌電流峰值只能小于828A，這種晶閘管的額定浪涌電流峰值不是2000A。

【圖4】CR101晶閘管瞬態(tài)熱阻曲線

在實(shí)際使用中，作者在上述晶閘管設(shè)計(jì)實(shí)例2中闡述了浪涌使用的觀點(diǎn)。CR額定平均電流為1001A(峰值電流為314A)，在任何場(chǎng)合都不想**過(guò)這個(gè)額定值。將晶閘管的過(guò)載浪涌能力留給突發(fā)的過(guò)電流故障。如果有焊機(jī)等間歇性工況，溫升較低，建議適當(dāng)調(diào)整散熱條件。通過(guò)計(jì)算或試驗(yàn)，可以降低風(fēng)量、風(fēng)速或散熱器，以獲得新的平衡。

(二)選擇焊機(jī)用晶閘管的幾條建議

1.選用通態(tài)壓降(峰值壓降)小的晶閘管。

2.選擇額定有效值電流(IRMS)大晶閘管。晶閘管由不同的生產(chǎn)單位生產(chǎn)，額定平均電流相同，但額定有效電流不同。

3.對(duì)于額定平均電流相同的晶閘管，應(yīng)選擇電流過(guò)載能力大的晶閘管。

編者簡(jiǎn)介:朱英文:(1939- )，**工程師，現(xiàn)任北京技術(shù)顧問(wèn)，中國(guó)電力電子行業(yè) ** 咨詢(xún)師主要研究電力半導(dǎo)體設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用以及電力半導(dǎo)體設(shè)備的主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。他參與了專(zhuān)業(yè)詞典、書(shū)籍的編寫(xiě)和翻譯。主要結(jié)果有：無(wú)刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流管設(shè)計(jì)制造、晶閘管芯片球磨工藝、大功率半導(dǎo)體設(shè)備散熱器風(fēng)冷熱阻計(jì)算方法等。


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