過流保護在可控矽整流裝置中的應用
前言
可控矽整流裝置不論在電力係統還是在現代工業的各行各業中已得到廣泛應用。如冶金行業中，應用於金屬冶煉；化工行業中，應用於電解、電鍍；在電力係統中，既可作為係統控製、保護的工作電源，同是又可作為蓄電池的充電裝置。可控矽整流裝置要**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**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，直接影響產品的質量，代表著產品的水平。
1 可控矽整流裝置的控製原理
1.1可控矽整流裝置的開環控製
以三相全控橋為例，可控矽整流裝置的輸出電壓Ud與可控矽控製角α之間的關係如下：
Ud=1.35Uzlcosα
式中：Ud—可控矽整流裝置輸出電壓；Uzl—整流變壓器二次側線電壓；α—可控矽控製角。
由上式可以看出，可控矽整流裝置的輸出電壓與可控矽控製角α有關係。在如圖1中α實際上由控製電壓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。所以調節Uy的大小，可以控製整流裝置的輸出電壓值。這便構成了整流裝置的開環控製。
1.2可控矽整流裝置的閉環控製
整流裝置的輸出通過調節單元，來控製Ud這一過程便構成了可控矽整流裝置的閉環控製。如圖2所示。圖中的調節單元為整個控製係統的核心，這個調節單元設計的如何，決定著整流裝置能否正常工作。
1.3調節單元
調節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。當隻有電壓反饋Uvf時，整流裝置工作在恒壓狀態下；當隻有電流反饋UIf時，裝置工作在恒流狀態下。R1、R3、R5、C、N構成了PI調節器。PI調節器輸出Uy與電壓反饋Uvf之間的關係為：
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節係統。這一調節單元的加入，使整流裝置自動工作在恒壓或恒流狀態。
當電網波動或整流裝置負載變化而引起整流裝置輸出電壓高於輸出整定值時，電壓反饋Uvf升高，Uy也升高，則控製角α增大。由整流裝置輸出電壓公式可以看出，Ud相應減小，控製角α減小，使Ud增大，以達到整定值。通過這種自動調節，使整流裝置達到穩定電壓的目的。整流裝置處於恒流工作狀態時，其調節過程與恒壓狀態的調節過程原理相同，這裡不再贅述。
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，並使裝置繼續運行，如圖4所示。
電流反饋信號Uif經過運算放大器放大，再經過反相器倒相後，與電壓反饋信號Uvf通過選通電路相迭加在一起，做為PI調節器的輸入。這裡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於輸出電流額定值即|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選通電路後，保證隻有一個信號作為PI調節器的輸入。也就是說，當整流裝置輸出電流超出電流額定值時，則隻有電流反饋作為PI調節器的輸入，那麼整流裝置處於恒流工作狀態。當整流裝置輸出電流低於電流額定值時，隻有電壓反饋作為PI調節器的輸入，則整流裝置工作在恒壓狀態下。
由此可見，整流裝置隻有加入限流保護後，在超負荷運行時，電流能受到有效的抑製，元件不會被損壞，裝置能得到可靠的保護。
在實際工作中，用於給蓄電池充電的整流裝置，就經常工作在限流狀態下。比如，在為蓄電池恒壓充電時，由於電池初始電壓很低，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，但由於整流裝置中設有限流作用，裝置便可在額定輸出狀態下恒流運行，隨著電池電壓的上升，使整流裝置逐步脫離限流環節，自動轉為恒壓工作狀態。圖5給出了整流裝置在為蓄電池充電時的電壓、電流與時間的關係曲線。
3 過流保護
用在可控矽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。根據多年的實際經驗，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。
可控矽觸發脈衝是由一個電平信號Uk來控製，當Uk為“1”電平時，可控矽觸發脈衝關斷，則整流裝置輸出為0。當Uk為“0”電平時，可控矽觸發脈衝正常輸出，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為可控矽觸發脈衝輸出的控製信號。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保證係統在出現過流時，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，不致於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、過流保護在可控矽整流裝置中的完善，使整流裝置運行起來更加**可靠。這種保護措施不僅適用於可控矽整流裝置，而且同樣適用於開關電源和其它直流穩壓裝置，在電力係統中，為無人職守提供了可能，並為全自動整流裝置的誕生奠定了基礎。
