晶閘管整流裝置的保護(hù)應(yīng)用.doc

南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計摘 要 隨著晶閘管在各種控制系統(tǒng)中應(yīng)用的日益廣泛, 晶閘管裝置的安全運(yùn)行與保護(hù)日益得到重視。本文主要介紹了晶閘管的作用及整流裝置的控制原理及過電流、過電壓在該裝置中的應(yīng)用并舉例。根據(jù)過電流、過電壓產(chǎn)生的原因，提出了具體的解決辦法，即采用過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)以及限流保護(hù)的措施。并通過實踐被證明是安全可靠的在此介紹的內(nèi)容主要有晶閘管工作原理及穩(wěn)流供電回路的問題。分析了整流裝置的控制原理及過電壓、過電流產(chǎn)生的原因。其中重點介紹了壓敏電阻、RC吸收回路過壓保護(hù)設(shè)計及電子電路過流保護(hù)。該設(shè)計能很好地滿足供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行需求。扼要敘述了整流裝置穩(wěn)流的重要性及自動穩(wěn)流裝置在穩(wěn)流系統(tǒng)中的應(yīng)用。自動穩(wěn)流裝置的結(jié)構(gòu)、性能、計算機(jī)控制技術(shù)和負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。論文還舉例討論了晶閘管過壓、過流保護(hù)裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用，并提出了該保護(hù)裝置在運(yùn)行中的保護(hù)措施?！娟P(guān)鍵詞】 晶閘管穩(wěn)流 過壓保護(hù) 過流保護(hù) 晶閘管應(yīng)用目錄引言1第一章 晶閘管簡介2第一節(jié) 晶閘管的定義2第二節(jié) 晶閘管的導(dǎo)通條件3第三節(jié) 晶閘管在電路中的主要作用3第二章 晶閘管穩(wěn)流回路4第一節(jié) 自動穩(wěn)流系統(tǒng)簡介4第二節(jié) 晶閘管穩(wěn)流裝置的結(jié)構(gòu)4第三節(jié) 穩(wěn)流工作原理及應(yīng)用5第三章 晶閘管整流裝置的控制原理6第一節(jié) 晶閘管整流裝置的開環(huán)控制7第二節(jié) 晶閘管整流裝置的閉環(huán)控制7第三節(jié) 調(diào)節(jié)單元8第四章 過電壓保護(hù)8第一節(jié) 晶閘管整流裝置產(chǎn)生過壓的原因9第二節(jié) 開、關(guān)引起的過電壓及其保護(hù)9第三節(jié) 浪涌過電壓的保護(hù)10第五章 過電流保護(hù)13第一節(jié) 晶閘管整流裝置產(chǎn)生過流的原因13第二節(jié) 快速熔斷器保護(hù)14第三節(jié) 電子回路作整流裝置的過流保護(hù)14第六章 限流保護(hù)16第七章 過電壓保護(hù)與過電流保護(hù)的區(qū)別17第八章 過壓、過流保護(hù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用19結(jié) 論21參考文獻(xiàn)22致 謝23引言晶閘管整流裝置不論在電力系統(tǒng)中還是在現(xiàn)代工業(yè)的各行各業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。它的安全運(yùn)行,需要可靠的保護(hù)措施。在整流裝置過載或者輸出短路時,保護(hù)措施能使裝置不受損壞。它們是否可靠,直接影響生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。2008年中國晶閘管整流裝置市場發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵晶閘管整流裝置產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項目投資逐漸增多。投資者對晶閘管整流裝置行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得晶閘管整流裝置行業(yè)的發(fā)展需求增大。晶閘管整流裝置應(yīng)用于冶金行業(yè)中、金屬冶煉、化工行業(yè)中，電解、電鍍；在電力系統(tǒng)中，既可作為系統(tǒng)控制、保護(hù)的工作電源，同時又可作為蓄電池的充電裝置。我們把這種保護(hù)功能，歸結(jié)為過壓保護(hù)、過流保護(hù)和限流保護(hù)。這幾種保護(hù)是否可靠，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，代表著產(chǎn)品的水平。第一章 晶閘管簡介第一節(jié) 晶閘管的定義晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號為“V”、“VT”表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母“SCR”表示）。1957年美國通用電器公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產(chǎn)品，并于1958年將其商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，它有三個極：陽極，陰極和門極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。第二節(jié) 晶閘管的工作原理晶閘管在工作過程中，它的陽極（A）和陰極（K）與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路。 晶閘管的工作條件： 1. 晶閘管承受反向陽極電壓時，不管門極承受何種電壓，晶閘管都處于反向阻斷狀態(tài) 2. 晶閘管承受正向陽極電壓時，僅在門極承受正向電壓的情況下晶閘管才導(dǎo)通。這時晶閘管處于正向?qū)顟B(tài),這就是晶閘管的閘流特性,即可控特性. 3. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，只要有一定的正向陽極電壓，不論門極電壓如何，晶閘管保持導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通后，門極失去作用。門極只起觸發(fā)作用 4. 晶閘管在導(dǎo)通情況下，當(dāng)主回路電壓（或電流）減小到接近于零時，晶閘管關(guān)斷。第三節(jié) 晶閘管在電路中的主要作用普通晶閘管最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構(gòu)成可控整流電路、逆變、電機(jī)調(diào)速、電機(jī)勵磁、無觸點開關(guān)及自動控制等方面。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導(dǎo)通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時，負(fù)載RL上才有電壓UL輸出。Ug到來得早，晶閘管導(dǎo)通的時間就早；Ug到來得晚，晶閘管導(dǎo)通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負(fù)載上輸出電壓的平均值UL。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個周期定為180，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角；在每個正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角。很明顯，和都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角或?qū)ń?，改變?fù)載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。第二章 晶閘管穩(wěn)流回路第一節(jié) 自動穩(wěn)流系統(tǒng)簡介自20世紀(jì)9O年代以來隨著大功率晶閘管整流裝置的推廣應(yīng)用和引進(jìn)離子膜電解裝置的相繼投產(chǎn)，為直流輸出電流作自動調(diào)節(jié)的自動穩(wěn)流裝置也逐漸成熟。在氯堿生產(chǎn)中，由于直流電流、高壓電網(wǎng)的波動、電解槽數(shù)目的增減等都直接影響電解槽的穩(wěn)定運(yùn)行。直流電流的不穩(wěn)定輸出也影響到電流效率的變化造成電解產(chǎn)品的單耗加大。而晶閘管自動穩(wěn)流裝置將很好地解決這一問題，它能穩(wěn)流輸出直流電流并且同計算機(jī)自動控制技術(shù)一起達(dá)到精確的穩(wěn)流效果。目前，以大功率整流設(shè)備輸出電流作為調(diào)節(jié)對象的自動穩(wěn)流系統(tǒng)有3種方式，一種為安培時式自動穩(wěn)流系統(tǒng)，另一種為比例式自動穩(wěn)流系統(tǒng)，還有一種是計算機(jī)自動穩(wěn)流系統(tǒng)。安培時式自動穩(wěn)流系統(tǒng)是可獲得較高精度的長時間內(nèi)平均電流值的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢、慣性大，不適宜在電化學(xué)工業(yè)整流所內(nèi)應(yīng)用。比例式自動穩(wěn)流系統(tǒng)是反應(yīng)瞬時電流值變化的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，慣性小、響應(yīng)速度快這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能比較適合電化學(xué)過程。另外新型的計算機(jī)自動穩(wěn)流系統(tǒng)是利用計算機(jī)自動控制原理來穩(wěn)流的。閉環(huán)負(fù)反饋通過CPU內(nèi)部邏輯運(yùn)算來達(dá)到精確控制輸出電流。第二節(jié) 晶閘管穩(wěn)流裝置的結(jié)構(gòu)21晶閘管穩(wěn)流裝置的組成晶閘管穩(wěn)流系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流裝置、極化電源、計算機(jī)雙通道控制柜等組成。在工程建設(shè)過程中，電解槽要求分期、分批投入運(yùn)行，投入生產(chǎn)的電解槽數(shù)量不同，就要求整流機(jī)組輸出的電流、電壓也不同。使用晶閘管直降式整流機(jī)組時，由于一開始運(yùn)行的電解槽數(shù)量要求的直流電壓低，晶閘管整流機(jī)組處于深控狀態(tài)。這時，晶閘管的控制角盯很大，整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波電流大，電網(wǎng)電壓波形嚴(yán)重畸變，功率因數(shù)很低，晶閘管整流機(jī)組震動嚴(yán)重，這是晶閘管整流裝置使用的主要風(fēng)險。而采用有載調(diào)壓整流變壓器和晶閘管整流裝置結(jié)合的整流機(jī)組，晶閘管整流裝置實現(xiàn)了單機(jī)組的直流電流控制，使電流調(diào)節(jié)為連續(xù)無級調(diào)節(jié)。只要將整流變壓器的調(diào)壓開關(guān)調(diào)到合適的檔位，使整流機(jī)組的交流電壓降低，晶閘管整流機(jī)組工作在控制角盯接近零的狀態(tài)。這時整流機(jī)組的工作情況與二極管整流機(jī)組的工作情況基本相同，這樣就可以避免使用晶閘管帶來的風(fēng)險。2.2整流變壓器整流變壓器采用ZHSFPZ一1360035型27級有載調(diào)壓變壓器，結(jié)構(gòu)為1臺變壓器帶2臺整流柜，整流變壓器均采用自耦中性點調(diào)壓接線方式。閥側(cè)（二次）繞組為兩組正反角接的方式。網(wǎng)側(cè)額定電壓為35kV，閥側(cè)直流電壓為430V，阻抗電壓=8，等效脈波p=6，2臺整流變壓器網(wǎng)側(cè)為 75、225互差15的電角度，組成單機(jī)組12脈波，2套機(jī)組構(gòu)成等效24相整流，從而有效地抑制了23次以下的諧波，改變了系統(tǒng)電源質(zhì)量。整流所現(xiàn)安裝4臺整流變壓器帶8臺整流機(jī)組。為了避免晶閘管整流使功率因數(shù)降低，采用有載調(diào)壓粗調(diào)，控制觸發(fā)角作為細(xì)調(diào)相結(jié)合的調(diào)壓方式，當(dāng)導(dǎo)通角小于升檔設(shè)定值時上位機(jī)提示進(jìn)行升檔，避免因?qū)ń亲詣勇?lián)動，有載調(diào)壓開關(guān)頻繁換檔而降低開關(guān)的壽命。 23整流柜整流柜采用KHS一13500A430V型，二期采用KHs_18000A430V型，直流額定電流分別為135kA和18kA。為三相橋式同相逆并聯(lián)接線方式，柜內(nèi)匯流整流電路的整流器件和保護(hù)元件分別采用KP3000A1600V型晶閘管和RSG_6D-500V3600A型快熔，每橋臂采用3只晶閘管并聯(lián)，整流柜電流與電壓裕度均大于3，同臂均流系數(shù)109，工業(yè)水強(qiáng)迫循環(huán)冷卻。晶閘管整流裝置的效率較高，約為97，晶閘管一個重要的特點是輸入電流有諧波，這是由于觸發(fā)角產(chǎn)生無功，因此需要進(jìn)行諧波及無功補(bǔ)償。該整流框優(yōu)點為高效率、高可靠性、負(fù)載電流控制好，成本低，技術(shù)成熟。缺點為產(chǎn)生無功、產(chǎn)生電流諧波、需要使用濾波器電流有紋波。24雙通道計算機(jī)控制柜采用RICS一5D型號雙通道計算機(jī)控制柜，控制系統(tǒng)采用計算機(jī)控制，主要由雙通道計算機(jī)觸發(fā)及穩(wěn)流系統(tǒng)、PLC監(jiān)控與綜合保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)在上位機(jī)上操作和監(jiān)控，與DCS系統(tǒng)互聯(lián)。自動穩(wěn)流精度優(yōu)于05。移相范圍0150，采用沉冗技術(shù)，當(dāng)運(yùn)行通道發(fā)生故障時自動切換到熱備用通道，切換過程無電流擾動，可以不停電更換故障通道，更換過程無電流擾動，數(shù)控操作器和數(shù)字調(diào)節(jié)觸發(fā)器及雙通道熱備用控制器用簡潔可靠的微型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，自動檢測數(shù)控操作器的加入、退出、故障。整流柜的穩(wěn)流調(diào)節(jié)控制器觸發(fā)采用單片機(jī)數(shù)字雙通道系統(tǒng)，其中的數(shù)字控制和數(shù)字觸發(fā)2個通道互為熱備用。2個通道都能夠獨(dú)立運(yùn)行并具備自動診斷功能，可根據(jù)運(yùn)行情況方便地進(jìn)行無擾動切換。繼電保護(hù)控制核心采用S7200型PLC可編程控制器。CPU功能強(qiáng)大、節(jié)點容量大、擴(kuò)展數(shù)量多、單柜機(jī)組PLC就地安裝控制，就地實現(xiàn)各項控制和保護(hù)，使保護(hù)有效可靠，在傳送給上位機(jī)，實現(xiàn)就地遠(yuǎn)方控制。25極化電源在整流柜主電路掉電或電解槽停車檢修期間，及時投入極化電源可以有效地保護(hù)電解槽采用可控硅脈沖封鎖控制，響應(yīng)速度快，同時可以在電解槽增減單元變化后調(diào)節(jié)分接裝置減少極化系統(tǒng)裝置的諧波危害。形成對離子膜電解槽的正、負(fù)2個電極及離子膜進(jìn)行保護(hù)，防止離子膜電解槽正、負(fù)2個電極被腐蝕。第三節(jié) 穩(wěn)流工作原理31穩(wěn)流電流的給定（1）就地給定。在整流控制柜上手動設(shè)定所需的運(yùn)行電流，一般用于調(diào)試階段。（2）OP一05操作器給定。點動、連續(xù)升降、快速升降。（3）上位機(jī)DCS操作給定在主控室上位機(jī)上點動、連續(xù)升降、直接輸人數(shù)值。在正常運(yùn)行時，操作人員可在主控室靈活控制各整流器的運(yùn)行電流。彼此不受約束。實踐證明，設(shè)置上述3種給定，操作靈活、快速，在需要切換某臺機(jī)組時系列電流無明顯波動，在計算機(jī)控制機(jī)組投入切換的過程中，各機(jī)組的輸出電流值自動平均分配?？煽康乇Ｗo(hù)了電解生產(chǎn)的需要。32計算機(jī)閉環(huán)反饋系統(tǒng)為了使自動穩(wěn)流系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，運(yùn)行信號的采集采用雙回路形式，既有直流反饋，又有交流反饋，同時使用帶有屏蔽功能的雙絞線來傳輸信號，形成1個可靠的閉環(huán)系統(tǒng)。交流反饋信號取自整流變壓器的閥側(cè)電流互感器。直流信號取自直流母排上的直流互感器。直流互感器采用ZY型直流互感器，其應(yīng)用霍爾感應(yīng)原理制成，具有精度高，損耗低，測量準(zhǔn)確的特點。正常情況下取直流信號為反饋信號，形成閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)與控制柜的給定信號通過CPU內(nèi)部比較來調(diào)整直流電流的輸出，從而保證穩(wěn)流系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。 3穩(wěn)流過程每臺整流控制柜中的自動穩(wěn)流系統(tǒng)采用獨(dú)立的電流小閉環(huán)控制系統(tǒng)。具有優(yōu)越的穩(wěn)流性能。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動穩(wěn)流方式時，CPU對電流給定信號和反饋信號相比較，將其偏差作PI調(diào)節(jié)運(yùn)算，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時，輸出電流也隨之波動，電流反饋信號，f隨著變化，經(jīng)Pi調(diào)節(jié)運(yùn)算輸出1個相應(yīng)的移相控制量給觸發(fā)器，使觸發(fā)器輸出脈沖的相位（1r角）相應(yīng)地改變，從而達(dá)到調(diào)整直流輸出電流，實現(xiàn)閉環(huán)自動穩(wěn)流的目的，穩(wěn)流過程可簡述如下：4整流柜的信號保護(hù)系統(tǒng)每臺整流柜均配置1臺整流控制屏，具有完善的保護(hù)功能。每臺控制屏內(nèi)配置1個PLC可編程控制器，PLC繼電保護(hù)系統(tǒng)具有下述功能：發(fā)生單只快熔熔斷、整流橋臂過熱、冷卻水溫過高等故障時報警；發(fā)生電源缺相、過流等故障時封閉脈沖使直流電流輸出降到零：發(fā)生操縱過電壓故障、多快熔熔斷、緊急停車時封閉脈沖及高壓跳閘，使直流電流輸出降到零；冷卻水水壓低于01MPa時先報警，假如在9s未消除故障。則封閉脈沖及高壓跳閘，使直流電流輸出降到零。第三章 晶閘管整流裝置的控制原理第一節(jié) 晶閘管整流裝置的開環(huán)控制以三相全控橋為例，晶閘管整流裝置的輸出電壓 Ud與可控硅控制角之間的關(guān)系如下：Ud=2.34Uzlcos（090）式中：Ud晶閘管整流裝置輸出電壓；Uzl整流變壓器二次側(cè)相電壓；晶閘管控制角。由上式可以看出，晶閘管整流裝置的輸出電壓與晶閘管控制角有關(guān)系。在如圖1中實際上由控制電壓Uv決定，即當(dāng)Uv增加時，增大，則Ud減??；當(dāng)Uv減小時，減小，則Ud增大。所以調(diào)節(jié)Uv的大小，可以控制整流裝置的輸出電壓值。這便構(gòu)成了整流裝置的開環(huán)控制。 第二節(jié) 晶閘管整流裝置的閉環(huán)控制整流裝置的輸出通過調(diào)節(jié)單元，來控制Ud這一過程便構(gòu)成了 圖1 圖2晶閘管整流裝置的閉環(huán)控制。如圖2所示。圖中的調(diào)節(jié)單元為整個控制系統(tǒng)的核心，這個調(diào)節(jié)單元設(shè)計的如何，決定著整流裝置能否正常工作。第三節(jié) 調(diào)節(jié)單元圖3調(diào)節(jié)單元的構(gòu)成及原理如圖3所示。圖中UVF為裝置UIF為裝置輸出電壓或電流反饋信號。當(dāng)只有電壓反饋Uvf時，整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下；當(dāng)只有電流反饋UIf時，裝置工作在恒流狀態(tài)下。R1、R3、R5、C、N構(gòu)成了PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器輸出Uy與電壓反饋Uvf之間的關(guān)系為：由式中可以看出，Uvf決定Uy，從而決定整流裝置的輸出電壓Ud，這樣就構(gòu)成了一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這一調(diào)節(jié)單元的加入，使整流裝置自動工作在恒壓或恒流狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)波動或整流裝置負(fù)載變化而引起整流裝置輸出電壓高于輸出整定值時，電壓反饋Uvf升高，Uy也升高，則控制角增大。由整流裝置輸出電壓公式可以看出，Ud相應(yīng)減小，控制角減小，使Ud增大，以達(dá)到整定值。通過這種自動調(diào)節(jié)，使整流裝置達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。整流裝置處于恒流工作狀態(tài)時，其調(diào)節(jié)過程與恒壓狀態(tài)的調(diào)節(jié)過程原理相同，這里不再贅述。RP1為整流裝置輸出電壓或電流值的設(shè)置電位器，通過RP1的調(diào)整，使裝置輸出一定的電壓或電流值。第四章 過電壓保護(hù)晶閘管雖然具有很多優(yōu)點，但是，它們承受過電壓的能力很差，這是晶閘管的主要弱點，晶閘管對過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過其正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓一定值時，就會誤導(dǎo)通，引起電路故障；當(dāng)外加反向電壓超過其反向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓一定值時，晶閘管將會馬上損壞。因此必須研究過電壓的原因及抑制過電壓的方法,在各種晶閘管裝置中必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。第一節(jié) 晶閘管整流裝置產(chǎn)生過壓的原因過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電功率或系統(tǒng)的儲能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)的能量來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時消散而造成的。過電壓還和負(fù)載過輕有關(guān)系，過電壓多數(shù)指電源部分加載負(fù)載上面的電壓超過了負(fù)載承受的能力，發(fā)生的原因可能是電源部分自身性質(zhì)的改變，例如電源本來是220V變12V，結(jié)果中間一些元件壞了、擊穿了，又例如本來供電是220V 是由2000KV過來的，變壓器燒了，又例如電網(wǎng)的一些其他異常。還可能是電路中的另外一部分本來和這部分是串聯(lián)的，前端被擊穿了導(dǎo)致后端電壓上升，過壓。就像后半夜，沒有用電的了，我們的電壓都可能達(dá)到250V一樣。其主要表現(xiàn)為兩種類型：一是開關(guān)的開、閉引起的沖擊電壓（也稱為操作過電壓）；二是雷擊或其它外來沖擊與干擾引起的浪涌過電壓。第二節(jié) 開、關(guān)引起的過電壓及其保護(hù)(1)換向沖擊電壓 包括關(guān)斷過電壓和換向振蕩過電壓。換向過電壓是由于晶閘管的電流降為零時（即關(guān)斷時）器件內(nèi)部各結(jié)層殘存載流子復(fù)合所產(chǎn)生的，所以又叫做載流子積蓄效應(yīng)引起的過電壓。此外，換向過電壓之后，由于電感、電容形成共振產(chǎn)生振蕩電壓，出現(xiàn)換向振蕩過電壓。其值與換向結(jié)束后反向電壓有關(guān)，反向電壓越高，則過電壓值也越大，可達(dá)到工作電壓峰值的56倍。其電路為圖4所示。 圖4（2）交流側(cè)電源接通、斷開產(chǎn)生的過電壓 、 由于電源變壓器繞組的分布電容、漏抗的存在，當(dāng)開關(guān)的開、閉或交流側(cè)熔斷器熔斷時，分布參數(shù)組成的耦合電路、諧振電路、電容分壓等因素引起過電壓，其值也在正常工作電壓的2-10倍之多。一般來說，開、關(guān)速度越快，過電壓越高，在空載情況下斷開回路將會有更高的過電壓。交流側(cè)操作過電壓同樣是以尖峰電壓的形式疊加在電路正常工作電壓上，對晶閘管形成威脅。 （3）直流側(cè)產(chǎn)生的過電壓 根據(jù)Ldi/dt的關(guān)系，如被切斷回路的電感量大或者切斷時的電流值大，都會產(chǎn)生比較大的過電壓。這種情況常出現(xiàn)于切除負(fù)載、正在導(dǎo)通的晶閘管開路或者是快速熔斷器熔體燒斷等原因引起的電流突變。（4）開關(guān)過電壓的保護(hù) 針對形成過電壓的不同原因，可以采取不同的抑制方法，如減少過電壓源，使用電壓幅值衰；抑制過電壓能量上升的速率，延緩已產(chǎn)生的能量消散速度，并增加其消散的途徑；采用電子線路進(jìn)行保護(hù)。最常用的是在回路中接入吸收能量的元件，稱吸收回路或緩沖回路。 圖5圖5所示的阻容元件是用于吸收晶閘管關(guān)斷時的過電壓，途中L為回路漏感，電容C起主要的吸收尖峰過電壓能量的作用，為了防止LC串聯(lián)諧振是在電容兩端產(chǎn)生更高的諧振電壓，在電容回路中串入阻尼電阻R。抑制過電壓的RC吸收回路在交流側(cè)的幾種不同接法如圖5所示。圖6中將RC吸收回路接于整流橋的直流側(cè)，只需單個電解電容即可。 圖6第三節(jié) 浪涌過電壓的保護(hù)上述阻容吸收電路的時間常數(shù)是固定的，對于時間短、峰值高、能量大的過電壓來不及放電，抑制過電壓的效果較差，一般在變流裝置的進(jìn)、出線端并接壓敏電阻等非線性元件。壓敏電阻是以氧化鋅為基體的金屬氧化物非線性電阻，其結(jié)構(gòu)為兩個電極，電極之間填充氧化鉍等晶粒界層。在正常電壓作用下晶粒界層呈高阻態(tài)，僅有小于100A的漏電流；過電壓時引起的電子雪崩，晶粒界層迅速變成低阻抗，使電流迅速增大，而泄漏能量抑制過電壓，起到保護(hù)晶閘管的作用。壓敏電阻具有伏安特性及以下主要參數(shù)：（1）標(biāo)稱電壓U1mA指壓敏電阻流過1mA直流電流時，壓敏電阻兩端的電壓值。（2）通流容量是用前沿8s,脈寬20s的波形沖擊電流，每隔5min沖擊一次，共沖擊10次，標(biāo)稱電壓變化在10%以內(nèi)的最大沖擊電流值來表示。（3）殘壓比U/U1mA 放電電流達(dá)到規(guī)定值Y時的電壓U與標(biāo)稱電壓U1mA之比。壓敏電阻的標(biāo)稱電壓選擇可按下式考慮：U1mA=1.3U 取系列值 式中U壓敏電阻兩端正常工作是承受的電壓有效值（V）。壓敏電阻的通流容量選擇原則是允許通過的最大電流應(yīng)大于瀉放過電壓是流過壓敏電阻的實際浪涌電流峰值。如圖7所示，將壓敏電阻接于交流輸入側(cè)的單項聯(lián)結(jié)和三相星形聯(lián)結(jié)法，實用中還可以將壓敏電阻與橋臂功率電子器件并、三相交流輸入側(cè)三角形聯(lián)結(jié)法及并聯(lián)于整流輸出端作為直流側(cè)過電壓保護(hù)。壓敏電阻通容量大，殘壓低；抑制過電壓能力強(qiáng)，平時漏電流小，放電后不會有續(xù)流，元件的標(biāo)稱電壓數(shù)值廣，便于用戶選擇，伏安特性對稱，對于交、直流或正、負(fù)浪涌電壓均有較好的吸收效果，因此用途廣泛。 圖7第五章 過電流保護(hù)由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，一旦發(fā)生過電流時，溫度就會急劇上升而可能把PN結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開路。特別像晶閘管這類高電壓大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的限制，當(dāng)晶閘管中流過大于額定值的電流時，熱量來不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒毀。過電流 多數(shù)指針對電源部分的，負(fù)載電流相對電源的額定電流過大。例如負(fù)載短路，負(fù)載部分設(shè)備熱性能差，負(fù)載功率增加等等.大于回路導(dǎo)體額定載電流量的回路電流都是過電流。它包括過載電流和短路電流。其區(qū)分是回路絕緣損壞前的過電流稱作過載電流；絕緣損壞后的過電流稱作短路電流。過載電流：電氣回路因所接用電設(shè)備過多或所供設(shè)備過載（例如所接電動機(jī)的機(jī)械負(fù)載過大）等原因而過載。其電流值不過是回路載流量的不多倍，其后果是工作溫度超過允許值，使絕緣加速劣化，壽命縮短，它并不直接引發(fā)災(zāi)害。 （2）短路電流： 當(dāng)回路絕緣因種種原因（包括過載）損壞，電位不相等的導(dǎo)體經(jīng)阻抗可忽略不計的故障點而導(dǎo)通，這被稱作短路。由于這種短路回路的通路全為金屬通路，這種短路被歸為金屬性短路，其短路電流值可達(dá)回路導(dǎo)體載流量的幾百以至幾千倍，它可產(chǎn)生異常高溫或巨大的機(jī)械應(yīng)力從而引起種種災(zāi)害。第一節(jié) 晶閘管整流裝置產(chǎn)生過流的原因產(chǎn)生過電流的原因有多種多樣，主要可以分為兩類:一類是由于整流電路內(nèi)部原因, 如整流晶閘管損壞, 觸發(fā)電路或控制系統(tǒng)有故障等; 其中整流橋晶閘管損壞類較為嚴(yán)重, 一般是由于晶閘管因過電壓而擊穿,造成無正、反向阻斷能力，它相當(dāng)于整流橋臂發(fā)生永久性短路，使在另外兩橋臂晶閘管導(dǎo)通時，無法正常換流，因而產(chǎn)生線間短路引起過電流.另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，交流電壓過高、過低或者缺相；負(fù)載過載或短路及線路有輕微短路的地方等等，都是導(dǎo)致晶閘管過流因素。這類情況時有發(fā)生，因為整流橋的負(fù)載實質(zhì)是逆變橋, 逆變電路換流失敗，就相當(dāng)于整流橋負(fù)載短路。另外，如整流變壓器中心點接地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時，也會發(fā)生整流橋相對地短路。對于晶閘管整流裝置中的過流保護(hù)方式很多，如快速熔斷器保護(hù)、快速電流繼電器保護(hù)、自動空氣斷路器保護(hù)和電子回路保護(hù)等，主要介紹以幾種：第二節(jié) 快速熔斷器保護(hù)快速熔斷器保護(hù)是最簡單有效的過電流保護(hù)元件?？焖偃蹟嗥鞯娜垠w是由銀質(zhì)熔絲埋于石英砂內(nèi)。它與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在通常的短路過電流時，熔斷時間小于20ms，可在晶閘管損壞之前，快速切斷短路故障?？焖偃蹟嗥鞯氖褂糜蓤D8所示，在橋臂中串接熔斷器的保護(hù)效果最好，但使用的熔斷器較多。在直流側(cè)接一只熔斷器，它表示只能保護(hù)負(fù)載的故障情況，當(dāng)晶閘管本身短路時，則無法起保護(hù)作用。 選擇快速熔斷器要注意到（1）快速的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓有效值;（2）快速熔斷器額定電流應(yīng)大于或等于熔體的額定電流，如圖所示，串于橋臂中的快速熔斷器熔體的額定電流有效值可按下式求?。?.57ItIfItm式中 It-被保護(hù)晶閘管的額定電流;If-熔斷器熔體電流有效值;It-流過晶閘管電流有效值。圖8第三節(jié) 電子回路作整流裝置的過流保護(hù)根據(jù)多年的實際經(jīng)驗，我們采用電子回路作整流裝置的過流保護(hù)措施，其原理見圖9所示。 圖9晶閘管觸發(fā)脈沖是由一個電平信號Uk來控制，當(dāng)Uk為“1”電平時，可控硅觸發(fā)脈沖關(guān)斷，則整流裝置輸出為0。當(dāng)Uk為“0”電平時，可控硅觸發(fā)脈沖正常輸出，則整流裝置輸出電壓為Ud。圖9中，R1，R2，N組成比較器，通過RP1來設(shè)置過流保護(hù)值；V1為鉗位二極管，Uk為晶閘管觸發(fā)脈沖輸出的控制信號。當(dāng)整流裝置輸出電流超出額定值的20%時，電流反饋UIFURP1，則比較器輸出為“0”電平，使三極管V2截止，此時Uk為“1”電平，使整流裝置輸出電壓為0。鉗位二極管V1保證系統(tǒng)在出現(xiàn)過流時，比較器輸出電位為“0”電平，使整流裝置可靠關(guān)斷。這種過流保護(hù)電路的設(shè)計，確保了在整流裝置輸出正負(fù)極短路時，不致于損壞裝置中的任何元件。實踐證明，這種電路工作極為可靠。第六章 限流保護(hù)限流保護(hù)是在整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下所加入的一種保護(hù)措施。當(dāng)整流裝置輸出電流超過額定值時，這種保護(hù)能使整流裝置的輸出電壓降低，并使裝置繼續(xù)運(yùn)行，如圖10所示。圖10電流反饋信號UIF經(jīng)過運(yùn)算放大器放大，再經(jīng)過反相器倒相后，與電壓反饋信號UVF通過選通電路相迭加在一起，做為PI調(diào)節(jié)器的輸入。這里UIF=R7/R5（R2/R1UIF+R2/R3URP1）運(yùn)算放大器N1與反相器N2完成電流反饋信號的放大作用。電路應(yīng)該這樣設(shè)計和調(diào)整，當(dāng)整流裝置輸出電流超出輸出電流額定值，即|UIF|URP1|時，保證UIFUVF；當(dāng)整流裝置輸出電流低于輸出電流額定值即|UIF|URP1|時，UIF時，U=UIF-Uv2當(dāng)UIF時，U=UVF-Uv1Uv1二極管V1的管壓降，Uv2二極管V2的管壓降。綜上所述，電流反饋與電壓反饋經(jīng)選通電路后，保證只有一個信號作為PI調(diào)節(jié)器的輸入。也就是說，當(dāng)整流裝置輸出電流超出電流額定值時，則只有電流反饋作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，那么整流裝置處于恒流工作狀態(tài)。當(dāng)整流裝置輸出電流低于電流額定值時，只有電壓反饋作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，則整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下。由此可見，整流裝置只有加入限流保護(hù)后，在超負(fù)荷運(yùn)行時，電流能受到有效的抑制，元件不會被損壞，裝置能得到可靠的保護(hù)。在實際工作中，用于給蓄電池充電的整流裝置，就經(jīng)常工作在限流狀態(tài)下。比如，在為蓄電池恒壓充電時，由于電池初始電壓很低，整流裝置的輸出電壓與電池端電壓之間的壓差較大，則充電電流很大，超出整流裝置輸出的額定電流，但由于整流裝置中設(shè)有限流作用，裝置便可在額定輸出狀態(tài)下恒流運(yùn)行，隨著電池電壓的上升，使整流裝置逐步脫離限流環(huán)節(jié)，自動轉(zhuǎn)為恒壓工作狀態(tài)。圖11給出了整流裝置在為蓄電池充電時的電壓、電流與時間的關(guān)系曲線。圖11第七章 過電壓保護(hù)與過電流保護(hù)的區(qū)別過電壓保護(hù)：是防止被保護(hù)元件的絕緣完好而采取的手段，即被保護(hù)元件上出現(xiàn)高于整定電壓（整定電壓小于元件絕緣擊穿電壓）時，過電壓保護(hù)動作，即對地放電，從而消除過電壓對保護(hù)元件的危害。過電流保護(hù)：是防止被保護(hù)元件的載流部分通過一定電流而不損壞，而通過電流超過其最大電流時動作，切斷電路，保護(hù)元件個載流部分完好而裝設(shè)的保護(hù)。過電流及過電壓保護(hù)設(shè)備過壓保護(hù)器精密電器設(shè)備用之民用時:當(dāng)?shù)仉妷翰环€(wěn)。或與某工廠供電有關(guān)系.常出現(xiàn)民用電串入高壓.燒毀家用電器。過流保護(hù)器如果在給電池充電時,這塊電池內(nèi)部發(fā)生短路.造成電流過大,會燒壞充電器,有了過流保護(hù)器,有不會發(fā)生燒壞電器設(shè)備。第八章 過壓、過流保護(hù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用當(dāng)電網(wǎng)電壓在額定范圍內(nèi)時，繼電器K1不動作，K2動作閉合，L2（綠燈）點亮指示，負(fù)載接通工作。當(dāng)電網(wǎng)電壓超過額定值時，變壓器T1二次側(cè)輸出也隨之升高，經(jīng)電阻R2、R3、RP1使晶閘管VTH1導(dǎo)通，繼電器Kl吸合，VL1（紅燈）點亮指示，K1常閉觸點斷開負(fù)載。當(dāng)負(fù)載電路短路或超過額定輸出功率時，電感互感器T2的W2側(cè)感應(yīng)電壓升高，經(jīng)整流二極管VD1、電阻R1和R4、電位器RP3使晶閘管VTH1導(dǎo)通，繼電器動作吸合，斷開負(fù)載電路。調(diào)試：用調(diào)壓器把電壓調(diào)到180V后，接人本電路，調(diào)節(jié)RP2，使晶閘管VTH2導(dǎo)通，繼電器K2吸合（低于175V時保證VTH2能夠截止，K2斷開）；再次調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使輸出電壓至240V，調(diào)節(jié)RP1，使VTH1導(dǎo)通，繼電器K1吸合（在低于235V時保證VTH1截止，繼電器K1能夠釋放）。過電流保護(hù)調(diào)節(jié)：接入3000W的負(fù)載，調(diào)節(jié)RP3，使繼電器K1能夠吸合為止。家庭用電功率一般在3000W以下，如需大負(fù)載，可調(diào)節(jié)RP3改變額定負(fù)載。元器件選擇：電感互感器T2用MX0-2000型磁環(huán)，W1用12mm的漆包線繞5匝，W2用02mm的漆包線繞600匝：晶閘管采用MCR1008；繼電器K1、K2選用24V10A以上的電磁繼電器。1.單相半波整流晶閘管在正向