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大功率快恢复整流二极管阻容吸收参数计算

作者:海飞乐技术 时间:2016-12-19 17:54

阻容吸收器是一个频敏元件,不同于压敏元件(如避雷器)。其可以看作一个典型的串联RC保护电路,R、C、L同时起作用。 快恢复二极管(R)在电路中起到阻尼保护电路的作用。
 
  一、电容选值
  操作过电压,其实质是开关断开时产生的电磁能量震荡过程。在回路中没有保护器存在时,总电容值很小,导致震荡频率f很高。电容的引入,可以大大提高回路总电容值,降低震荡频率。最佳的效果应是降低频率正好到工频(50Hz),基本计算公式如下: f=ω/2π (1)
ω=(1/LC-(R/2L)2)1/2 (2)
  由于每个电路的初始L和C都不同,最佳值是不可能得到的。只能依据真空断路器大致的情况进行经验比较。根据多年运行经验,取电容0.1μF时,一般可以将f限制在150Hz以下,因此0.1就成为一个比较通用的值。理论上讲,若对具体电路可以做到精确测算,容量再大些对保护效果会更好(这就是有些地方用0.2或0.15的原因),但若没有精确测算,导致f太小将造成副作用。
 
  二、电阻选值
  R是一个快恢复二极管做为电路的阻尼元件,一方面对震荡频率有影响,一方面对电容器保护有利。 对震荡频率的影响可以参考上面的公式(2),R不应小于其临界值2(L/C)1/2,否则对降低频率不利。所以存在电阻值不应小于100Ω的说法。R值高同样有利于保护电容本身安全,防止电容过载烧毁。故一般高安全性的阻容吸收装置,都适当的增大了R的值(一般最高做到400Ω)。但是R值如果太大,将大大提高时间常数,导致暂态时间延长,不利于保护的高效性。
  所以我们希望R能够是一个压敏元件,在低压下电阻尽可能大,以保护电容;在高压下达到百欧姆级,以利于工作。
 
  为什么要在晶闸管两端并联阻容网络
  一、在实际晶闸管电路中,常在其两端并联RC串联网络,该网络常称为RC阻容吸收电路。       
  我们知道,晶闸管有一个重要特性参数-断态电压临界上升率dlv/dlt。它表明晶闸管在额定结温和门极断路条件下,使晶闸管从断态转入通态的最低电压上升率。若电压上升率过大,超过了晶闸管的电压上升率的值,则会在无门极信号的情况下开通。即使此时加于晶闸管的正向电压低于其阳极峰值电压,也可能发生这种情况。因为晶闸管可以看作是由三个PN结组成。  
  在晶闸管处于阻断状态下,因各层相距很近,其J2结结面相当于一个电容C0。当晶闸管阳极电压变化时,便会有充电电流流过电容C0,并通过J3结,这个电流起了门极触发电流作用。如果晶闸管在关断时,阳极电压上升速度太快,则C0的充电电流越大,就有可能造成门极在没有触发信号的情况下,晶闸管误导通现象,即常说的硬开通,这是不允许的。因此,对加到晶闸管上的阳极电压上升率应有一定的限制。  
  为了限制电路电压上升率过大,确保晶闸管安全运行,常在晶闸管两端并联RC阻容吸收网络,利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。因为电路总是存在电感的(变压器漏感或负载电感),所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用,它可以防止R、L、C电路在过渡过程中,因振荡在电容器两端出现的过电压损坏晶闸管。同时,避免电容器通过晶闸管放电电流过大,造成过电流而损坏晶闸管。  
  由于晶闸管过流过压能力很差,如果不采取可靠的保护措施是不能正常工作的。RC阻容吸收网络就是常用的保护方法之一。
 
  二、整流晶闸管(可控硅)阻容吸收元件的选择与相关计算   
  电容的选择   
  C=(2.5-5)×10的负8次方×If   
  If=0.367Id   
  Id-直流电流值
  如果整流侧采用500A的晶闸管(可控硅)   
  可以计算C=(2.5-5)×10的负8次方×500=1.25-2.5mF   
  选用2.5mF,1kv 的电容器   
  电阻的选择:   
  R=((2-4) ×535)If=2.14-8.56   
  选择10欧
  PR=(1.5×(pfv×2πfc)的平方×10的负12次方×R)2   
  Pfv=2u(1.5-2.0)
  u=三相电压的有效值
  阻容吸收回路在实际应用中,RC的时间常数一般情况下取1~10毫秒。   
  小功率负载通常取2毫秒左右,R=220欧姆1W,C=0.01微法400~630V。   
  大功率负载通常取10毫秒,R=10欧姆10W,C=1微法630~1000V。   
  R的选取:大功率选快恢复二极管。   
  C的选取:CBB系列相应耐压的无极性电容器。
  看保护对象来区分:接触器线圈的阻尼吸收和小于10A电流的可控硅的阻尼吸收列入小功率范畴;接触器触点和大于10A以上的可控硅的阻尼吸收列入大功率范畴。



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