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1概述

在大嶺礦井安裝35/6kV變電所的過(guò)程中，由于1號(hào)鎘鎳直流屏無(wú)法正常調(diào)試，雖經(jīng)多次檢修但一直不能正常運(yùn)行。通過(guò)對(duì)直流屏進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)是充電控制器(CCH）內(nèi)部元件損壞而處于不正常的工作狀態(tài)造成充電裝置失控。經(jīng)對(duì)CCH控制器內(nèi)部接線進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)CCH控制器沒(méi)有保護(hù)裝置，使得充電控制器很容易受到過(guò)電壓的影響造成控制器失控，導(dǎo)致充電電壓過(guò)高或過(guò)低，電池不能正常充電。

2故障分析

2.1直流屏控制電路工作原理

直流屏控制實(shí)測(cè)電路簡(jiǎn)圖如圖1所示。

從圖1中可以看出這是直流屏單相半控橋式整流電路，由于有不可控元件二極管存在，電感足夠大時(shí)，流過(guò)元件的電流為矩形波，在控制角為α?xí)r觸發(fā)晶閘管T1導(dǎo)通，電流通過(guò)T1和D9向負(fù)載提供電流，當(dāng)V2下降到零并變負(fù)后，由于電感的作用，T1將繼續(xù)導(dǎo)通。D8和D9兩個(gè)二極管是共陰極接法，所以D8導(dǎo)通而D9關(guān)斷，電感中電流將通過(guò)T1與D8續(xù)流，輸出電壓V3;為這2個(gè)管子的正向壓降，接近于零。當(dāng)T2在相應(yīng)控制角α處觸發(fā)導(dǎo)通后，T1關(guān)斷，電源通過(guò)T2和D8又向負(fù)載提供電流。在電源電壓負(fù)半周過(guò)零時(shí)，則D9導(dǎo)通而D8關(guān)斷，電感通過(guò)T2和D9續(xù)流，V3也接近于零。

下次T1觸發(fā)導(dǎo)通后重復(fù)上述過(guò)程。根據(jù)各元件的導(dǎo)通情況，可知輸出電壓波形及各元件電流波形如圖2所示。

這種直流屏電路在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)突然把控制角α增大到180°或者突然把觸發(fā)電路切斷時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管直通，另2個(gè)二極管輪流導(dǎo)電的失控現(xiàn)象，例如切斷觸發(fā)電路時(shí)正值T1導(dǎo)通，當(dāng)V2變負(fù)時(shí)，由于電感的作用，使電流通過(guò)T1和D8續(xù)流。當(dāng)V2又為正時(shí)，由于T1管本身已經(jīng)導(dǎo)通，所以電流又通過(guò)T1和D9給負(fù)載提供電流。這樣正負(fù)半周時(shí)D9、D8輪流導(dǎo)通，T1不能及時(shí)關(guān)斷，此時(shí)輸出電壓V3的波形相當(dāng)于半波不可控整流時(shí)的波形。為了避免這種失控情況的產(chǎn)生，在負(fù)載側(cè)并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管D10，使負(fù)載電流通過(guò)D10續(xù)流，而不再經(jīng)過(guò)T1，使T1恢復(fù)阻斷能力。

加了續(xù)流二極管后其輸出電壓波形V3與不加續(xù)流二極管時(shí)相同。原先流經(jīng)橋臂上元件的續(xù)流電流變成通過(guò)二極管續(xù)流。各原件中流過(guò)的電流波形和變壓器副邊電流波形明顯有一定的間隔。每個(gè)周期中流過(guò)晶閘管T1、T2、D8、D9的電流波形寬度都是π—α，其電流有效值為（Id為負(fù)載電流)

圖1所示直流屏電路結(jié)構(gòu)上雖然滿足了使晶閘管KP一20的正常工作要求及充電回路的工作要求，而且采取了增加續(xù)流二極管的措施來(lái)避免單相橋式半控整流電路在電感性負(fù)載電路里某些條件下的失控現(xiàn)象，但還不能排除其它原因造成過(guò)電壓或過(guò)電流。

晶閘管的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于串級(jí)雙晶體管模型P一N一P一N4層結(jié)構(gòu)，因而具有3個(gè)PN結(jié)，分別引出陽(yáng)極A，陰極K，門(mén)極G。在圖3結(jié)構(gòu)里無(wú)論在PNP和NPN晶體管的A一K端點(diǎn)施加正向電壓還是反向電壓，其中的P一N一P一N結(jié)構(gòu)都處于高阻阻斷狀態(tài)，只通過(guò)很小正向漏電流或很小的反向漏電流，與一般二極管的反向特性相似。一旦門(mén)極電流Ic注入G點(diǎn)，就會(huì)由于形成強(qiáng)烈的正反饋導(dǎo)致PNP和NPN進(jìn)入完全飽和狀態(tài)，即晶閘管飽和導(dǎo)通。

因此，當(dāng)K與A承受反向電壓時(shí)，如果門(mén)極G未與其它回路相聯(lián)為斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，G與K就相當(dāng)于一個(gè)承受反向電壓的二極管，承受的電壓與A和K相同。而A和K所承受電壓為340v，所以G與K就要承受340V的電壓。

為證實(shí)這點(diǎn)，取下1號(hào)鎘鎳電池直流屏CCH控制器，經(jīng)送電測(cè)量發(fā)現(xiàn)晶閘管KP一20的G與K之間有340的交流電壓，從而證實(shí)了變壓器副邊電壓通過(guò)晶閘管的門(mén)極而加到CCH控制器的內(nèi)部元件上，使得CCH控制器內(nèi)部元件容易損壞，而且集成塊的工作狀態(tài)也容易受到干擾，造成CCH控制器的失控。

2.2過(guò)電壓的產(chǎn)生

另一方面，直流屏變壓器交流側(cè)也會(huì)由于大容量負(fù)載如大變比變壓器的合閘瞬間、其它負(fù)載切斷電源時(shí)以及整流變壓器電刀閘的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，也會(huì)由于初次級(jí)繞組間的分布電容，變壓器的激勵(lì)電流的突變?cè)诖渭?jí)產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓，其尖峰值可達(dá)工作電壓峰值的6倍以上，如圖4所示。

而晶閘管從導(dǎo)通到阻斷，線路電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)非常大，其數(shù)值可達(dá)工作電壓峰值的5～6倍。它與電源電壓串聯(lián)反向加在已恢復(fù)阻斷的元件上極易導(dǎo)致晶閘管的反向擊穿。還有一個(gè)不可忽視的原因是，本電路是用于蓄電池充電，因此不可避免直流電勢(shì)對(duì)可控硅整流電路的影響。很明顯，當(dāng)V3大于電勢(shì)E時(shí)，Ia才大于零即晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)，V3=E＋IdRo。特別在反電勢(shì)負(fù)載R。較小時(shí)還很容易造成過(guò)流。而且，負(fù)載串聯(lián)的電感L不合適時(shí)，雖然能改善輸出電流的平穩(wěn)性，但也會(huì)使V3出現(xiàn)瞬時(shí)高壓。

因此，直流屏需在變壓器副邊并聯(lián)阻容串聯(lián)電路以吸收瞬時(shí)高壓。同時(shí)，還可以增加隔離保護(hù)電路。由于光電隔離最為可靠，可增加如圖5所示的光電隔離回路2套。

只需取下圖1所示的D1和D2兩個(gè)二極管，然后接到MOC4021光電隔離器的二極管側(cè)，另外2個(gè)端點(diǎn)按圖5所示接到晶閘管的控制極G和陽(yáng)極A上。Rc及Rx的參數(shù)設(shè)計(jì)如下:

此外，為了防止直流屏電路短路或過(guò)載，還要安裝快速熔斷器或使用普通的RL螺旋式熔斷器，但需要注意的是熔斷器的額定電流不大于晶閘管工作電流的2/3。

總結(jié)

直流屏增加光電隔離電路后，一方面可以控制晶閘管對(duì)充電控制器(CCH）內(nèi)部元件的影響，使得當(dāng)2個(gè)晶閘管中任一個(gè)損壞或者當(dāng)續(xù)流二極管Dro損壞時(shí)，不會(huì)造成控制器(CCH)失控。另一方面，又可避免兩晶閘管控制回路中任一回路故障時(shí)所造成的充電電壓過(guò)高或過(guò)低的不可調(diào)控故障。而且可避免晶閘管及續(xù)流二極管故障時(shí)所造成的直流屏充電電壓過(guò)高而報(bào)警及故障切斷回路不起作用，從而提高了電池充電的可靠性。