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制氢整流电源--三相全控整流装置分析

三相全控桥整流电路

三相全控桥整流电路在水电解制氢整流电源得到非常广泛的应用。三相全控桥整流电路的电路图和波形图见图。

三相全控整流桥的工作状态

通过对三相半控整流桥的分析知道:三相半控整流桥在α=0°时与三相整流电路的工作状态完全一样,而在其他控制角下工作时具有不同的工作状态。三相全控桥也具有相同的性质,与半控桥不同的是,当全控桥带感性负载工作时,在0°≤α≤90°区段内表现为整流状态,而在90°≤α≤180°区段内表现为逆变状态。

在0°≤α≤90°区段内,由于整流输出正电压高于负电压,输出电压的平均值表现为正电压,习惯上称整流输出或整流状态;90°≤α≤180°区段内,由于整流输出正电压低于负电压,输出电压的平均值表现为负电压,习惯上称逆变输出或逆变状态。而控制角为90°时由于整流电压等于逆变电压,故输出电压为零。下面以控制角90°为例介绍感性负载下三相全控桥的工作状态和波形。



整流元件的工作和换流过程与其他三相整流电路一样,这里不详细介绍。由图可以看出,当控制角为90°时,共阳极组的输出电压波形与功阴极组的输出电压波形一致而电压方向相反,他们叠加以后呈现的总输出电压:ud=ud++ud-

实际上,无论在任何控制角下,感性负载都会存在反电压,只是在控制角<90°时正输出表现的高一些,使得总输出电压呈现为正电压状态,而在控制角90°时正输出表现的低一些,使得总输出电压呈现为负电压状态。三相全控桥的输出电压与变压器二次绕组电压的关系有:

     U2L  二次侧线电压   U2φ  二次侧相电压

整流输出电流与变压器二次绕组电流的关系有:

变压器容量为:

    整流变压器容量计算方法: 

        有功功率:  P=UdId     

        Ud  电解槽额定直流电压;

        Id   电解槽额定直流电流 ;

        整流变压器容量即视在功率:  (视在功率等于有功功率与无功功率的矢量和)

        S1=3×UE×IE  

        UE整流变压器二次线电压;

        IE整流变压器二次线电流 ;

        视在电流:  IE=Id×0.817        

        0.817整流电流与交流线电流变换系数 ;

           整流变压器容量整流变压器容量:

                                        

                                                = 1.413 Id x Ud/1.35  =1.05Pd

整流元件保护


整流元件应使用快速熔断器进行保护,无论是交流侧串联熔断器接线方式还是整流元件串联熔断器接线方式,快速熔断器均应根据整流元件的通态平均电流来选择。一般情况下,熔断器的额定电流应略大于整流元件的通态平均电流,其原因是因为整流元件的通态平均电流与最大平均电流之间有一定的裕度,过载能力还是比较强的。

       一般选:IRD=1.1IAV

式中:IRD——快速熔断器的额定电流;

IAV ——整流元件通态平均电流。


如:在某一水电解制氢项目上,要求整流柜输出额定直流电流为730A ,按照图9进行整流元件保护,那么 变压器二次侧电流为0.817 x 730=597A,快熔应选择 597 x1.1=657 A, 结合快熔选型,定保护电流为750A快熔。


问:水电解制氢整流柜采用三相全控桥方式,电解槽额定电压为50V,电流为920A,那么电解槽满负荷运行时,整流变压器二次侧线电压应为多少?二次侧电流应为多少?

二次侧线电压  50/1.35=37 V   二次侧相电压  50/2.34=21.3 V      二次侧电流 0.817x920=752 A

如果采用双反星整流方式         二次侧相电压  50/1.17=42.7 V      二次侧电流 0.817x920x1/2=376 A  


1)三相桥式电路是两组三相半波电路串联,而双反星形电路是两组三相半波电路并联,且后者需要带电抗器。
2)当变压器二次电压有效值U2相等时,双反星形电路的整流电压平均值Ud是三相桥式电路的1/2,而整流电流平均值Id是三相桥式电路的2倍。
3)在两种电路中,晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系是一样的,整流电压ud和整流电流id的波形形状一样。

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