【文章內(nèi)容簡介】 穩(wěn)壓管特性，平時漏電流很?。ㄎ布墸?，而放電時可通過高達數(shù)千安的沖擊電流，抑制過電壓的能力很強。對浪涌過電壓反應(yīng)快，而且本身體積小，是一種較好的過電壓保護元件，目前已基本取代硒堆。晶閘管裝置在運行時，有可能產(chǎn)生過電流。其原因可能是生產(chǎn)機械過載、輸出端短路、某一器件被擊穿短路、器件誤觸發(fā)或逆變失敗等。如不采取措施就會燒毀晶閘管，影響電路的正常工作。常用的過電流保護措施有如圖23 所示的幾種： 圖23 過電流保護措施1．在交流側(cè)串入電抗器（圖23 中的A）或采用漏抗較大的變壓器可以有效地限制短路電流，從而限制了晶閘管中的電流。但在負(fù)載電流較大時會產(chǎn)生較大的電壓降。 2．在控制電路中設(shè)置電流調(diào)節(jié)器或電流截止反饋環(huán)節(jié)，把過電流限制在一定的數(shù)值之內(nèi)。或用拉入逆變的方法，使整流器轉(zhuǎn)為逆變狀態(tài)工作，把整流電路中的能量回送到電網(wǎng)，使故障電流迅速下降。3．采用過電流繼電器和斷路器的方法?？稍诮涣鱾?cè)經(jīng)過電流互感器接入過電流繼電器(圖23中的B)或者在直流側(cè)接入過電流繼電器（圖23中的F）。當(dāng)發(fā)生過電流故障時，過電流繼電器動作，引起交流輸入端的斷路器跳閘。由于過電流繼電器和斷路器的動作時間需幾百毫秒，故只保護過載電流。4．用直流快速斷路器作過電流保護(圖23中的G)。直流快速斷路器的動作時間僅有2ms，全部斷孤時間不超過25～30ms，是目前較好的直流側(cè)過電流保護裝置，多用于大容量系統(tǒng)中。5．采用快速熔斷器作過電流保護(圖23中的C、D、E)?？焖偃蹟嗥饔休^好的快速熔斷特性，其熔斷時間一般都小于1Oms，一旦發(fā)生過電流可及時熔斷，保護晶閘管。在設(shè)計晶閘管裝置過電流保護環(huán)節(jié)時， 可根據(jù)需要選擇其中一種或幾種進行過電流保護。 此外，由于電路中電感的存在，器件關(guān)斷時易產(chǎn)生過電壓和大的du/dt，給器件安全運行帶來威脅。同時在器件開通時又可能產(chǎn)生過大的 di/dt 而燒毀器件。為此，設(shè)置緩沖保護電路是必要的。緩沖保護電路各不相同，經(jīng)常采用的方法是利用串聯(lián)電感來限制dt/dt，利用并聯(lián)電容來抑制過電壓和du/dt。 主電路計算主電路計算所包含的具體內(nèi)容是：① 整流變壓器額定參數(shù)計算。② 整流元件的計算與選擇。③ 晶閘管保護電路的計算。④ 電抗器的參數(shù)計算。（一）整流變壓器額定參數(shù)的計算一般情況下，整流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓不一致，因此需要使用整流變壓器。此外，整流變壓器還可減小電網(wǎng)和整流裝置的相互干擾。已知條件：①一次電壓；②整流電路接線方式和負(fù)載性質(zhì)；③整流輸出電壓和電流。計算參數(shù)：①二次相電壓U2和相電流I2；②一次相電流I1；③一次側(cè)容量S二次側(cè)容量S2和平均容量S。1. U2的計算U2是一個重要參數(shù)，選擇過低，無法保證輸出額定電壓。選擇過高，又會造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計算，即： 式中，Udmax —— 整流電路輸出電壓最大值； nUT —— 主電路電流回路n個晶閘管正向壓降；C —— 線路接線方式系數(shù)，見附錄一；Ush —— 變壓器的短路比，對10～100KVA變壓器，Ush= ～；I2/ I2N ——變壓器二次實際工作電流與額定電流之比，應(yīng)取最大值。在要求不高的場合或近似估算時，用下式計算則更加方便，即： 式中 A —— 理想情況下，α=0176。時整流電壓Udo與二次電壓U2之比，即 A=Udo/ U2，見附錄一；B —— 延遲角為α?xí)r， 輸出電壓 Ud 與 Udo 之比，即 B= Ud / Udo ， 見附錄一，α考慮10176。裕量，B=cosα=cos10176。=；ε—— 電網(wǎng)波動系數(shù)，通常取ε= l～ —— 考慮各種因素的安全系數(shù)。2. 二次相電流I2和一次相電流I1。I1 = KI1Id / K I2 = KI2Id式中，K —— 變壓器變比；KIKI2 —— 由附錄一選取，對于三相全控橋 KI1=KI2=；K=N1/N2 —— 變壓器一次與二次匝數(shù)比?？紤]變壓器的勵磁電流時。3. 變壓器的容量計算S1 = m1U1I1 S2 = m2U2I2 S = 1/2(S1 + S2 )式中，mm2為一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù)，對不同接線方式可由附錄一查得。在已知整流功率 Pd = Ud Id 的情況下，也可應(yīng)用附錄一中的容量比值對變壓器進行計算。（二） 整流元件的選擇晶閘管和整流管的選擇主要指合理地選擇器件的額定電壓和電流。在已知U2的條件下，由根據(jù)晶閘管實際承受的最大峰值電壓UTm，乘以(2～3)倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓UTN。即：UTN =（2～3）UTm2. 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值ITN大于實際流過管子電流最大有效值IT，即：或考慮（～2）倍的裕量 IT（AV） = （～2）K Id式中,K=IT/（）——電流計算系數(shù)，可查表得，對三相全控橋，K=。選擇K值時應(yīng)注意負(fù)載的性質(zhì)，除恒流負(fù)載應(yīng)按αmax 來選擇外，其它均以αmin 來選擇。整流二極管的選擇與計算和晶閘管相同，故可參照晶閘管的選擇與計算方法進行，這里不再重述。此外，還需注意以下幾點:① 當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40℃時，應(yīng)降低元件的額定電流值。② 當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時，也應(yīng)降低元件的額定電流值。③ 鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。目前由于品閘管元件制造工藝水平不斷改進，元件的耐壓和電流容量都有較大提高，對于中、小功率品閘管整流裝置來說，采用品閘管串且并聯(lián)情況已逐步減少，故這里不再介紹串、并聯(lián)問題。如果設(shè)計者采用串、并聯(lián)方式，一定要注意晶閘管元件串聯(lián)時的均壓問題和并聯(lián)時的均流問題，相關(guān)內(nèi)容請參考教材。（三）晶閘管保護環(huán)節(jié)的設(shè)計與計算1. 過電壓保護設(shè)計要求 : ①把操作過電壓抑制在元件額定電壓UTN以下；②把浪涌過電壓抑制在元件的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓 UDSM 和 URSM 以下。以過電壓保護部位來分，有交流側(cè)過電壓保護、直流側(cè)過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。(1) 交流側(cè)過電壓保護措施1）阻容保護在變壓器二次并聯(lián)電阻R和電容C進行保護，各接線方式如圖24所示。圖 24 阻容保護的接法a）單相 b）三相變壓器二次側(cè) Y 聯(lián)結(jié)，阻容保護 Y 聯(lián)結(jié) c）三相變壓器二次側(cè) Y 聯(lián)結(jié)，阻容保護 D 聯(lián)結(jié) 對于三相電路，如圖24b)、c)中R和C的數(shù)值可按表23進行換算。表23 變壓器和阻容裝置不同接法時電阻和電容的數(shù)值 變壓器接法單相三相、二次Y聯(lián)結(jié)三相、二次D聯(lián)結(jié)阻容裝置接法與變壓器二次側(cè)并聯(lián)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)電容CC1/3C3CC電阻RR3R1/3RR對于大容量的晶閘管裝置，三相阻容保護裝置比較龐大，這時，可以采用圖25所示的整流式接法。雖然多了一個三相整流橋，但只用了一個電解電容，從而可以減小了保護裝置的體積。 圖25 三相整流式阻容保護的接法電容C的選擇與圖24中單相電路電容的計算方法相同，耐壓值應(yīng)大于。 Rc、R的數(shù)值可按下式計算，單位為Ω。在電阻R中，平時幾乎沒有電流，只在過電壓時流過瞬時電流，所以電阻R的功率可以不必專門考慮，一般可取4～lOW。2）非線性元件保護阻容吸收保護簡單可靠，應(yīng)用較廣泛，但會發(fā)生雷擊或從電網(wǎng)侵入很大的浪涌電壓，對于這種能量較大的過電壓就不能完全抑制。根據(jù)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓原理，目前較多采用非線性元件吸收裝置，接入整流變壓器二次側(cè)，以吸收較大的過電壓能量。常用的非線性元件有硒堆和壓敏電阻等。① 硒堆通常用的硒堆就是成組串聯(lián)的硒整流片。單相時用兩組對接后再與電源、并聯(lián)，三相時用三組對接成Y形或用六組接成△形，如圖26所示。圖 26 硒堆保護的接法a）單相 b）三相Y接 c）三相△接當(dāng)電源電壓正負(fù)交變時，總有一組曬堆處在反向受壓狀態(tài)。在正常工作情況下，受反壓的硒堆工作在伏安特性（如圖27）的A點，漏電流很小。B 點對應(yīng)的電壓UB是阻容保護裝置限制的操作過電壓峰值， 硒片允許最大反向電流密度 (～4)mA/cm2，這時一切都正常。在阻容保護裝置抑制過電壓的同時，硒堆也能吸收掉一部分變壓器磁場釋放出來的能量。當(dāng)出現(xiàn)異常的浪涌電壓時，硒堆工作點繼續(xù)上升到C點，造成硒片擊穿，如同電源經(jīng)硒堆作瞬時的短路，硒堆吸收浪涌的能量，從而限制了過電壓的數(shù)值。硒片由于面積較大，擊穿時只是燒焦幾點，待浪涌電壓消失后，整個硒片仍能恢復(fù)正常，繼續(xù)起過電壓保護作用。圖27 硒堆伏安持性及其保護作用UA —— 正常電壓峰值 UB —— 操作過電壓峰值IB —— 硒片允許最大反向電流 Uc —— 擊穿電壓每片硒片的額定反向電壓有效值可由產(chǎn)品目錄查得，一般為20～3OV?？紤]到電網(wǎng)電壓的可能升高和硒片特性的分散性，通常用（～）倍的正常工作線電壓U2l除以每片額定電壓，即得每組所需硒片數(shù)。硒片的面積有16 1 222406060 、100100 mm2等規(guī)格，可根據(jù)裝置來選用。通常1OKW以下用1612222 mm2的曬片，20～3OKW可用4040 mm2的，30～100KW采用6060 mm2的硒片。采用硒堆保護的優(yōu)點是它能吸收較大的浪涌能量，缺點是硒堆的體積大，反向伏安特性不陡，并且長期放置不用會產(chǎn)生“貯存老化”，即正向電阻增大，反向電阻降低，性能變壞，失去效用。使用前必須先經(jīng)過“化成”，才能復(fù)原?！盎伞钡姆椒ㄊ牵合燃?0%的額定交流電壓10分鐘，再加額定交流電壓2小時。由此可見，硒堆并不是一種理想的保護元件。② 壓敏電阻金屬氧化物壓敏電阻是近幾年發(fā)展的一種新型過電壓保護元件