直流电路故障限流器的应用和原理

当线路电流i_L超过指令的限定值i_Lim以后（包括负载过电流和短路故障引起的故障过电流），如果仍不希望线路分断电路，而要求将线路电流限制在i_L=i_Lim下继续运行，则要求有限流装置。采用电力电子开关电路的限流器被称为固态限流器（Solid State Current Limiter，SSCL）。

图3-43 最简单的直流固态限流电路

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图3-44 采用两个开关管的直流限流器

图3-43是一种最基本的直流电流限流器，它实际上是一个直流DC-DCBuck型降压变换电路。正常工作时，全控型开关管V处于通态，使V_D=E，电源E经由S₁对负载供电。一当检测到过电流时，令开关管S₁运行于PWM斩波工况，通过改变占空比控制输出电压V_D，而使电流I≡I_Lim。如果要求这种恒流运行只维持一段时间T_min，那么可在限流时间T_Lim以后，关断S₁，则电路立即分断故障（或负载）支路。

由于全控型开关管IGBT的额定电压、额定电流值都不如晶闸管，而通态电压降又比晶闸管高，通态时功耗大，为此在较大功率应用中可采用图3-44所示的另一种电路结构的直流电流限流器。图3-44中主开关管VT₁为晶闸管，与VT₁并联的辅助关断开关S₁是IGBT。正常工作时晶闸管主开关VT₁导通，电源E经VT₁对线路负载网路供电，V_D=E，这时S₁为断态。图中C₁也充电至电源电压E。当线路过电流而I_L大于限流值I_Lim，则触发开通S₁，S₁后，电容C₁的电压V_C1作为反压关断晶闸管VT₁（图中S₁、C₁、VD₁、L₁、VT₁形成闭合回路），C₁放电至零后，电源E经S₁、VD₁对负载供电，此后根据检测到的线路电流I_L的大小对S₁的输出电压、电流进行PWM控制，即当I_L>（I_Lim+Δi）时令S₁关断，i_S1=0，I_L经续流二极管VD₃续流，使I_L下降。当I_L下降到I_L<（I_Lim-Δi）时，则令S₁再次开通，由电源E经S₁再对负载电网供电，使I_L上升，若对S₁采用恒频（如f_k=5kHz）PWM控制，控制S₁的导通期占空比，即可使故障电流在（I_L+Δi）到（I_L-Δi）之间高频脉动，使电流平均值保持为I_L=I_Lim，实现固态开关电路限流功能。