前言
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(yīng)用。如冶金行業(yè)中，應(yīng)用于金屬冶煉；化工行業(yè)中，應(yīng)用于電解、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，同是又可作為蓄電池的充電裝置。可控硅整流裝置要安全運行，必須有可靠的保護(hù)措施。在整流裝置過載或者輸出短路時，保護(hù)措施能起到安全保護(hù)作用，使裝置不受損壞。我們把這種保護(hù)功能，歸結(jié)為限流保護(hù)和過流保護(hù)。這兩種保護(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。
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(guān)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(cè)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(guān)系。在如圖1中α實際上由控制電壓Uy決定，即當(dāng)Uy增加時，α增大，則Ud減小；當(dāng)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(gòu)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(gòu)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(shè)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(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α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α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。
2 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(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UIFˊ>Uvf；當(dāng)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(dāng)UIFˊ>時，Uˊ=UIFˊ-Uv2
當(dāng)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(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(guān)系曲線。
3 過流保護(hù)
用在可控硅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。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6所示。
可控硅觸發(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6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為可控硅觸發(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(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。
4 結(jié)語
限流、過流保護(hù)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(hù)措施不僅適用于可控硅整流裝置，而且同樣適用于開關(guān)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(chǔ)。