三相全控桥阻容保护电路的谐振分析1.doc

三相全控桥阻容保护电路的谐振分析 摘要：对阻容保护电路发生谐振的过程进行分析、计算 关键词：阻容保护、谐振 在自并激静止可控硅励磁系统中，由于励磁变压器的漏感及线路电感的存在，在换相结束和退出工作的相应可控硅元件关断瞬间，电源侧将引起过电压，为了拟制过电压，通常采用在励磁变压器二次侧接入由电阻、电容组成的R—C阻容吸收装置。但由于接入的电容与变压器的漏感和线路电感间形成串联关系，特定条件下将形成谐振，对电路产生危害。以下是对三相全控桥阻容保护电路的谐振分析。 阻容保护的形式 阻容保护分为分散式阻容保护和集中式阻容保护两种，在这里主要讨论的是集中式阻容保护回路的谐振分析，集中式阻容保护又分为非整流阻断式保护和整流阻断式保护两钟，原理分别如图1、图2所示： 图1 图2 二、阻容保护谐振分析 首先对非整流阻断式保护电路进行分析，其原理是在励磁变压器的各相间分别并联一组电阻—电容，当整流桥换相时，利用电容吸收瞬时浪涌能量，以拟制过电压；电阻为耗能元件，用于限制晶闸管元件导通时电容器放电电流所引起的电流上升率，同时限制回路谐振电流。从LC串联电路原理可知，该形式的电路无法避免谐振的产生。 对其中一条支路进行分析，等效电路如图3所示： 图3 其中L为励磁变压器漏感，Us是等效电源，该电路的输入阻抗为： Z= R+jX = R+j(ωL-) 得Z的模和辐角分别为： |Z|= 当X = = 0时，= 0，即I与Us相位相同，电路发生了谐振。电路达到谐振的条件即为：= 0 可得：= ， 为电路固有谐振角频率，由电路本身的L、C参数所决定，L和C的值越小，则的值就越高。电路的谐振频率则为： 可见，当机组运行状况发生改变，所产生的高次谐波频率刚好达到或接近电路固有谐振频率时，电路即发生谐振。 电路发生谐振时，电抗X=0，输入阻抗Z0=R，为纯电阻，且其值最小；电流达到最大值，I0 = Us/R；L和C两端均有可能出现高电压，即： 式中Q为品质因数，为电路特征阻抗ρ与总电阻R之比： 因为 ρ= ，所以Q== ， 当Q 》1时，=》，即电容、电感两端的电压比电源电压大Q倍。 通过以上分析可清楚的看到，对非整流阻断式保护电路中的电阻、电容的选择必须经过严慎的计算，使电路固有谐振频率远离系统可能出现的谐波分量，品质因数不能过大，电阻对谐振过流有足够的拟制能力，否则不但起不到保护的作用，反而引起保护回路的过流和过压，给系统带来难以预计不稳定因素。 对于整流阻断式阻容保护电路，如图2所示，其原理是外加一组由V1~V6二极管组成的整流桥，使一组的RC组件就适用于整个晶闸管整流桥，对任何一相绕组因换相关断引起的过电压均可经过V1~V6对电容进行充电，使过压尖峰得到拟制和吸收。换相过后，电容上的电荷能量经电阻R释放。V1~V6组成的整流桥可阻止电容C释放的能量时增加导通晶闸管元件的di/dt值，还可以避免电容C与励磁变压器回路电感构成谐振。 从表面看，该电路不可能发生象非整流阻断式保护电路一样的LC串联谐振。但从原理分析，我们不难发现，电路中V1~V6每个二极管导通的角度是120度，任意时刻有两个二极管导通，作出其工作等效电路，如图4所示， 图4 图中并联的电阻R与电容C也可通过等效变换成串联模式R’、C’，如图5所示： 图5 根据 Z = Z’，Z=，对其等效电路进行计算： ∵ ； ∴ C’≈C （因为一般远大于1） 所以，最终等效电路如图6所示： 图6 通过以上在非整流阻断式保护电路的分析中可知，电路的固有谐振角频率： ，电路的品质因数：Q== 当系统中出现与电路的固有谐振频率相近的谐波分量时，将对正在导通的二极管产生一个冲击电流，假设以U’(t)=Asin(t)表示系统中产生的谐波分量，则保护电路中的冲击电流I’(t)可表示为： 所以： ，当di/dt足够大，超出二极管的承受能力时，将损坏导通的二极管，使励磁变付边短路。 通过分析，整流阻断式阻容保护电路虽然不会产生非整流阻断式保护电路一样完全意义上的谐振，但当电路中出现满足谐振的条件时，同样可能对电路造成损坏。 实例分析 某电站机组额定容量113MW，配2000KVA励磁变压器，变比15750V/840V阻抗损失标称值8%，可控硅整流桥采用阻断式阻容保护电路，如图2所示，电阻R阻值为1800Ω，电容参数选用30uF，2800V直流电解电容。 当电站对该机