電機車開關(guān)電源損壞的原因有哪些？
  開關(guān)電源電路原理圖見圖1(省略了次要部分)。圖l中虛線框部分為開關(guān)電源部分。其中T,、T:是主開關(guān)管,DZ、D3為相應(yīng)的保護二極管。L、為550V電源及電力線的等效電感。Lm代表電機支路總的等效電感。D,為隔離二極管,一般為兩只串聯(lián)(設(shè)置隔離二極管的目的是為了切斷弓子拉弧時負向脈沖的輸入,有的電源未設(shè)隔離二極管)。R,用于抗電流沖擊。凡q用于吸收在開關(guān)管關(guān)斷時因開關(guān)變壓器漏感產(chǎn)生的瞬時尖峰脈沖。圖1中A點是弓子與電源架空線的接觸點。引起開關(guān)電源電路損壞的主要原因是在電機運行控制開關(guān)SW切斷時以及機車運行途中因弓子跳動造成的拉弧而產(chǎn)生的尖峰脈沖,這也是電機車用開關(guān)電源與在其他場合使用的開關(guān)電源在應(yīng)用環(huán)境條件上的主要不同之處。1.1弓子的跳動機車正常運行時電機電流為60A~or0A(2臺電機并聯(lián)運行)。當(dāng)弓子跳動時,在電源等效電感L、’歹電機等效電感L,的共同作用卜,在弓子與電力線之間產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓而出現(xiàn)拉弧,在圖l中B點產(chǎn)生頻率極高的脈沖電壓,其幅度正向達SOOV左右,而負向超過1000v(用示波器監(jiān)測,脈沖波形極為復(fù)雜,難以描繪,且由于示波器的帶寬原因,其實際的脈沖幅度肯定更大)。在正常工作時,隔離二極管Dl正常導(dǎo)通,當(dāng)輸入的直流電壓突然變成頻率極高的脈沖電壓時,由于DI存在反向恢復(fù)時間,即使是承受反向電壓也無法恢復(fù)截IL,因此瞬間失去了隔離作用,強大的脈沖電壓直接進入開關(guān)電路,雖然RI的存在可起到一定的緩沖衰減作用,但還是會對開關(guān)管的安全工作構(gòu)成威脅。而且,Rl本身在功率強大的電弧脈沖沖擊下也時常損壞。1.2電機啟停控制開關(guān)的通斷在電機停機瞬間或調(diào)速(調(diào)速手柄切斷)時,在B點會產(chǎn)生幅度很大的正向尖峰脈沖。機車運行時電機支路有很大的電流通過sL,’l’lSW突然斷開時,將在A點(即B點)產(chǎn)生正向尖峰脈沖,其脈沖幅度與機車位置有關(guān)。當(dāng)機車處于電源線的末端時,由于電源線的長度較大,等效電感L、也大,因此脈沖幅度也大(具有一定的隨機性,也與機車的負載情況及運行速度有關(guān),實測的最大值超過2oo0V)。由于電路中c,、Q一般采用普通的電解電容,這種電容的高頻串聯(lián)等效阻抗較大,對頻率極高的尖峰脈沖的吸收能力較弱,因此在C點也會出現(xiàn)較大幅度的正向尖峰脈沖。山于開關(guān)管正常工作時承受的電壓本來就比較高,再疊加上這些瞬時尖峰脈沖,會大幅度提高三極管的從、以及dy/dt,甚至可誘發(fā)開關(guān)三極管二次擊穿。如圖1中T,正處在關(guān)斷的瞬間,ICI還沒有降到O,而醉,:本來就很高,三極管處于高損耗狀態(tài),恰逢此時有正向尖峰脈沖出現(xiàn),就很可能使TI的Vco.超過擊穿電壓而造成瞬時擊穿。由于脈沖電流很大,開關(guān)管可在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生二次擊穿。即使沒有發(fā)生二次擊穿,三級管處于這種損耗狀態(tài),很可能造成其局部性能下降,最終損壞。因此,這種正向尖峰脈沖要比弓子拉弧(主要是負向脈沖)對開關(guān)管的安全更具威脅,是損壞開關(guān)管的主要原因。雖然各種開關(guān)電源的開關(guān)管都設(shè)置有尖峰脈沖吸收電路(如圖1中的RZ、Q),這些電路吸收因開關(guān)變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰脈沖的效果很好,但對電源禍合進來的尖峰脈沖的吸收卻沒有多大作用。原因之一是RZ、口的接法對從輸入端引入的脈沖沒有直接形成回路;其次,從電源引進的尖峰脈沖的能量比開關(guān)變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰脈沖的能量大得多,而且脈沖的出現(xiàn)也不象開關(guān)變壓器漏感產(chǎn)生的脈沖那樣有規(guī)律性(在正常工作情況下,當(dāng)T!導(dǎo)通時,G被充電(左正右負):Tl關(guān)斷時,q先放電,然后反向充電,因此對開關(guān)變壓器漏感產(chǎn)生的脈沖具有很好的吸收效果)。率很大。也就是說,開關(guān)電源的穩(wěn)壓性能指標越高,抗沖擊的能力越弱。
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