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硅整流元件保护详解

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/29 0:07:49   

 关键词:  硅整流 保护 整流

随着科技的发展,硅整流元件(包括整流二极管和可控硅)在电力系统中应用也来越广泛。我们经常看到的励磁调节器、硅整流装置,还有ups装置、浮充机装置、主充机装置、变频器,等等重要的设备中都有它的存在。为了使它们安全可靠长期的运行,一方面要提高整流元件的质量,正确选择元件参数并于有足够的电压余量和电流余量。另一方面要设置适当的保护装置。因为硅整流元件承受过电压和过电流能力以及可控硅元件承受正向电流上升率和正向电压上升率的能力都有限度,所以,硅整流元件的常用保护有:过电流保护、过电压保护以及限制可控硅电压上升率和电流上升率的保护。下面来详细这些保护。
一、过流保护
过电流产生原因:
a、个别硅整流元件短路会造成同组其它完好整流元件过流。
b、负荷侧短路造成整个整流装置过载。
c、外部冲击耦合到整流回路也可造成整个装置过载。
d、可控硅元件控制脉冲失常,如触发角过小、失脉冲、误触发等都可能造成可控硅元件过流。
常用的过电流保护措施:
a、采用快熔保险。将快速熔断器与整流元件一对一串联,当整流元件出现故障时能有选择切断故障之路,而不影响完好之路工作。快熔保险结构简单,熔断时间快(10ms以内),保护范围广,在整流元件的过流保护中得到广泛应用。
b、对于大功率整流装置,快熔保险不能与整流装置的过载特性很好配合,需要在直流输出侧或在交流输输入侧加装快速过流继电器与快熔保险配合使用,才可是整流装置在全范围内得到有效保护。过流继电器动作跳闸时间应小与保护范围内整流元件允许过载的最短时间。
二、过压保护
过电压产生的原因:
a、硅整流装置电流突变,交流回路中的电感元件因断电会产生过电压。
b、外部冲击耦合到整流回路也可产生过电压。
常用的过压保护措施:
一、阻容保护。利用电容器两端电压不能突变的特性,来限制过电压,效果不错。为了避免电容与回路中电感发生谐振,防止关断可控硅在再次导通时电容器向可控硅放电造成正向电流上升率超过通态电流临界上升率,因而引起元件损坏,通常要在电容回路串入适当的电阻,组成阻容过压保护。阻容过压保护可用在整流装置的交流侧、直流侧和整流元件本身两端限制过电压。
a、非线性电阻过压保护。阻容过压保护限制过压能力有限,利用非线性电阻(压敏电阻和硒堆)伏安特性,可构成过电压保护,尤其是用金属氧化锌压敏电阻构成的过压保护,它具有正反相同很陡的伏安特性。正常工作时的漏电流很小(<1ma),故能耗很小。遇有过电压时,可通过数千安培的放电电流,因此,他抑制过电流能力极强,此外,它对浪涌电压反应也很快,本身的体积有很小。唯一的缺点就是持续平均功率太小(仅数瓦),如果正常工作电压超过它的额定电压,则压敏电阻会在很短时间内烧坏。压敏电阻可用在整流装置的交流侧、直流侧和整流元件本身两端限制过电压。
三、电压上升率和电流上升率的限制
电压上升率过快的原因及危害:
a、可控硅元件换相时造成的电压波形缺口,是引起正向电压上升率过大的主要原因。
b、可控硅元件的正向电压上升率超过一定限度,即使没有控制脉冲,可控硅元件也回导通,造成整流桥失控,造成可控硅过流,使快熔熔断或可控元件损坏。
限制电压上升率过快的措施:
a、并联在可控硅元件两端的阻容保护,对电压上升率有一定的限制作用。
b、在整流装置各个支路串接电抗器,与阻容保护构成串联滤波回路,这样可以使可控硅原上的电压波变得平缓,使正向电压上升率降低至安全数值。
电流上升率过快的原因及危害:
a、正向电流上升率过快的主要原因是各种阻容吸收保护的放电电流过大造成的。
b、正向电流上升率过快会使可控硅控制极强烈发热,造成可控硅元件损毁。
限制电流上升率过快措施:
a、对于与可控硅元件直接并联的阻容保护,可适当牺牲过压保护的效果,通过增加电阻值,以减小电容放电电流。
b、对于其他原因造成的正向电流上升率过大,可通过每个支路串联电抗器的限流作用来抑制。
c、如果交流侧和直流侧的阻容保护的都采用整流式的阻容保护装置,自可大大的减小可控硅元件所承受的正向电流上升率

来源:中国电力资料网
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