【摘 要】 有阻容保护的整流管组成的三相全波整流电路，输出电压/输入电压的数值是一个根据负载大小而变化的数值。
【关键词】 阻容保护 整流装置 输入电压 输出电压
0.前言
在整流器试验中，经常出现整流装置输出电压的测试值与设计的输出电压值不符现象，并且误差较大，经过试验和资料查找，进行原因分析。
1.现状回顾
某重型轨道车整流装置按照客户给定的参数，对整流装置进行设计，例行试验完成交付后，在整流装置与电机一起进行联调试验的过程中，发现整流装置输出电压测试值大于设计值，即输出电压/输入电压（以下将该比值定义为k）的范围在1.5-1.6之间。
2.同类问题现状
重新核定设计参数，发现没有问题。而且k额定=2600V/2100V≈1.24，k最大=3200V/2585V≈1.24，设计的k值约为1.24，实际试验时k值1.5-1.6。
查找类似产品的试验情况，某地铁整流装置的输入输出电压情况，设计值k=1650/1180=1.40，而实际输出电压超过了1800V（超出1900V跳闸保护），k超出了设计值，约为1.5-1.55，后来通过加装压舱电阻的方式来降低k值。
随后对电机和整流装置进行联调试验，先进行空载试验，以及将负载（8K欧，1K欧，100欧的电阻）接入后，进行试验，发现k的数值从1.7左右逐渐减小至1.5左右，是一个变化的数值。
在随后设计的加纳车整流装置进行联调试验时，同样出现了k值超出设计值的问题（设计k=750V/650V≈1.15），实际试验时k值（1.62-1.67）也超出了设计值。
以上三种整流装置有一个共同点，都有过电压保护电路。
某重型轨道车整流装置和加纳车整流装置的每个二极管（整流管）有一个阻容保护电路对二极管进行保护，地铁整流装置在输出端有一个阻容保护电路和压敏电阻保护装置。
3不同保护对输出电压的影响
3.1普通的三相不可控（二极管）整流电路（不含任何保护电路）
理想状况下，普通的三相不可控整流电路的输出电压平均值与输入电压关系
Ufz=2.34U2 其中，Ufz为输出电压，U2为三相输入相电压。
通常整流装置的输入电压是线电压，即
所以k= Ufz/=1.35
实际上，由于二极管门槛电压的存在，二极管不会在过零点开通，而是会延后开通，相当于有一个导通角α，根据二极管的不同，导通角有所变化，根据
Ufz=2.34U2*（1+cosα）/2
输出电压会有一定的降低，k值要比理论值降低一些，同时由于没有保护电路，输出电压严重依赖输入电压的变化而进行变化，所以很少采用该种电路进行整流。
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3.2带电容滤波的三相不可控整流电路
增加电容滤波时，根据选取的电容值和负载大小关系，即根据ωRC与的关系分两种情况，
① ωRC＜，即负载与滤波电容乘积比较小：
理想状况下，空载时输出电压平均值最大，为2.45U2。
k=2.45U2/（U2)=1.41
随着ωRC的增加，输出电压平均值逐渐减小。
第二种情况：ωRC≥，即负载与滤波电容乘积较大：
随着ωRC的增加，输出电压平均值增大，增大到一定程度后，输出电压平均值就稳定在3.34U2不变，则k=3.34U2/（U2)=1.93
对于一个固定的装置，通常C是一个常数，会随着负载的变化，出现以上两种情况。
所以在加电容滤波的三相不可控整流电路中k值的范围是理论上可以达到1.93。即有电容滤波的整流装置，输出电压会超出设计值。
3.3带阻容保护的三相不可控整流电路
由于电容器两端的电压不能突变, 变压器漏感或线路电感励磁系统换相过程中电流容易突变, 产生过电压, 采用阻容保护能在电容器中以电场能的形式将过电压能力吸收, 以抑制换相过电压由于电阻器耗能大, 能有效控制可控硅导通时过电流的上升, 所以在整流回路中多采用阻容保护。
在三相不可控整流电路中，阻容保护电路有两种方式，①并联安装在每一个二极管上，有几个二极管就有几个阻容保护电路；②并联安装在一个整流臂，即一个三相整流电路中只有六个阻容保护。
这些阻容保护统称为换相过电压抑制电路，简称过电压保护；其作用就是吸收换相过电压能量，电容值与可控硅元件通过的电流有关。
二极管在换相的瞬间，反向电流被迅速切断时，在变压器漏抗上产生的过电压将作用在关断的二极管上，过电压的数值可达正常峰值电压的5 倍。在二极管的两端并联阻容保护，二极管内部尚存的载流子将在反向电压作用下产生反向恢复电流，则可使通过RC 支路续流，从而抑制其过电压。虽然对过电压进行了抑制，但是仍然会产生一个较大的电压加在母排上，相当于输出电压增加。
某重型轨道车整流装置上就是在二极管上安装了阻容保护，所以在与电机进行联调试验时出现了该种问题。先进行空载试验时，k约为1.70，将不同负载接入后进行试验，（负载选用8K欧，1K欧，100欧的电阻），k值从1.67左右逐渐减小1.5左右，是一个变化的数值，但是均超出设计值。故而认为在整流装置中使用阻容保护过电压保护电路，会增加输出电压，即实际输出电压超出设计值。
3.4压敏电阻保护电路的三相不可控整流电路。
压敏电阻，英文简称VDＲ，是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件，是限压型浪涌保护器中的基本元器件。电阻对电压较敏感，当没有瞬时过电压时为高阻扰，当电压达到一定数值时，电阻迅速导通，实现对元器件的保护。通常压敏电阻会安装在三相整流装置的三相输入的相与相之间，以星型或三角形方式接入，或者在输出端并联在负载上。可以对负载进行过电压保护。
3.5混合保护电路
实际应用中，可能是几种保护电路同时使用。
地铁整流装置就采用了输入端压敏电阻保护（压敏电阻与熔断器串联，防止相与相之间短路），输出端阻容保护，压舱电阻保护，压敏电阻与熔断器串联等多种方式，来保证输出电压符合设计要求。
在地铁整流装置设计时，曾经将压舱电阻去除来观察输出电压的变化，结果发现，实际输出电压超过了设计值，（设计值1650V，实测值超过1800V），最后重新加上压舱电阻，使得输出电压降低，k值由1.6降低至设计值1.40。
4.结束语
为了得到理想的整流效果，会根据使用的负载不同，和输入电压的不同，会选择不同保护电路。
[1]孙树扑 肖亮 王旭光 姜建国：《半导体变流技术》，中国矿业大学出版社，1994年
[2]王兆安 刘进军：《电力电子技术》，机械工业出版社，2009年
[3]李文静：《桥式整流电容滤波电路输出电压的波形分析》，电子测试，2013年3月
[4]陈名德：《浅谈低压压敏电阻器技术的发展与应用》，智能城市，2016年8月
论文作者:, 张永奎1,,常军2,,郭丽君1,
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
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