可控硅整流裝置中過流保護電路

可控硅整流裝置不論在電力系統(tǒng)還是在現(xiàn)代工業(yè)的各行各業(yè)中已得到廣泛應用。如冶金行業(yè)中，應用于金屬冶煉；化工行業(yè)中，應用于電解、電鍍；在電力系統(tǒng)中，既可作為系統(tǒng)控制、保護的工作電源，同是又可作為蓄電池的充電裝置?？煽毓枵餮b置要安全運行，必須有可靠的保護措施。在整流裝置過載或者輸出短路時，保護措施能起到安全保護作用，使裝置不受損壞。我們把這種保護功能，歸結為限流保護和過流保護。這兩種保護是否可靠，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，代表著產(chǎn)品的水平。

1 可控硅整流裝置的控制原理

1.1可控硅整流裝置的開環(huán)控制

以三相全控橋為例，可控硅整流裝置的輸出電壓Ud與可控硅控制角α之間的關系如下：

Ud=1.35Uzlcosα

式中：Ud—可控硅整流裝置輸出電壓；Uzl—整流變壓器二次側線電壓；α—可控硅控制角。

由上式可以看出，可控硅整流裝置的輸出電壓與可控硅控制角α有關系。在如圖1中α實際上由控制電壓Uy決定，即當Uy增加時，α增大，則Ud減小；當Uy減小時，α減小，則Ud增大。所以調(diào)節(jié)Uy的大小，可以控制整流裝置的輸出電壓值。這便構成了整流裝置的開環(huán)控制。

1.2可控硅整流裝置的閉環(huán)控制

整流裝置的輸出通過調(diào)節(jié)單元，來控制Ud這一過程便構成了可控硅整流裝置的閉環(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)單元設計的如何，決定著整流裝置能否正常工作。

1.3調(diào)節(jié)單元

調(diào)節(jié)單元的構成及原理如圖3所示。圖中Uvf為裝置Uif為裝置輸出電壓或電流反饋信號。當只有電壓反饋Uvf時，整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下；當只有電流反饋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)。

當電網(wǎng)波動或整流裝置負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α增大。由整流裝置輸出電壓公式可以看出，Ud相應減小，控制角α減小，使Ud增大，以達到整定值。通過這種自動調(diào)節(jié)，使整流裝置達到穩(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。

2 限流保護

限流保護是在整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下所加入的一種保護措施。當整流裝置輸出電流超過額定值時，這種保護能使整流裝置的輸出電壓降低，并使裝置繼續(xù)運行，如圖4所示。

電流反饋信號Uif經(jīng)過運算放大器放大，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UIfˊ=R7/R5（R2/R1?Uif+R2/R3?URP1）

運算放大器N1與反相器N2完成電流反饋信號的放大作用。電路應該這樣設計和調(diào)整，當整流裝置輸出電流超出輸出電流額定值，即|UIf|>|URP1|時，保證UIFˊ>Uvf；當整流裝置輸出電流低于輸出電流額定值即|UIf|<|URP1|時，UIFˊ< Uvf，而選通電路能保證：

當UIFˊ>時，Uˊ=UIFˊ-Uv2
當UIFˊ<時，Uˊ=Uvf-Uv1
Uv1—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后，在超負荷運行時，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。

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有限流作用，裝置便可在額定輸出狀態(tài)下恒流運行，隨著電池電壓的上升，使整流裝置逐步脫離限流環(huán)節(jié)，自動轉為恒壓工作狀態(tài)。圖5給出了整流裝置在為蓄電池充電時的電壓、電流與時間的關系曲線。

3 過流保護

用在可控硅整流裝置中的過流保護方式很多，如快速熔斷器保護、快速電流繼電器保護、自動空氣斷路器保護和電子回路保護等。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措施，其原理見圖6所示。

可控硅觸發(fā)脈沖是由一個電平信號Uk來控制，當Uk為“1”電平時，可控硅觸發(fā)脈沖關斷，則整流裝置輸出為0。當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6中，R1，R2，N組成比較器，通過RP1來設置過流保護值；V1為鉗位二極管，Uk為可控硅觸發(fā)脈沖輸出的控制信號。當整流裝置輸出電流超出額定值的20%時，電流反饋UIF>URP1，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，使整流裝置可靠關斷。

這種過流保護電路的設計，確保了在整流裝置輸出正負極短路時，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。

4 結語

限流、過流保護在可控硅整流裝置中的完善，使整流裝置運行起來更加安全可靠。這種保護措施不僅適用于可控硅整流裝置，而且同樣適用于開關電源和其它直流穩(wěn)壓裝置，在電力系統(tǒng)中，為無人職守提供了可能，并為全自動整流裝置的誕生奠定了基礎。