本发明涉及电能变换，具体是一种基于高压硅堆的整流装置。
背景技术：
1、硅整流二极管的反向峰压值可达数千伏，但仍然不能完全满足对高压整流元件的实际需要，当前解决该问题的方法是将许多硅整流二极管适当地串联起来，再加以封装，组成硅堆，但在硅堆上外加反向电压后，每个硅整流二极管实际所承受的电压，不一定等于该硅整流二极管所应承受的点电压，即出现电压分布不均匀问题。此外，对于一整流电路，或由于电源的原因，或由于负载的原因，或由于硅整流器件自身的原因，都有可能产生超过器件额定整流电流的过电流，或超过额定反向峰压的过电压，即出现过流过压问题。如果对硅堆不采取适当的均压或保护措施，就可能使其因电压分布均匀、过流或过压的冲击而使特性变坏，破坏设备的正常运行，缩短硅整流二极管的使用寿命，严重时，甚至造成硅堆的损坏。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于高压硅堆的整流装置，以解决现有高压硅堆电压分布不均匀、电压利用率低和高压硅堆的过流过压保护等难题。
2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述整流装置主要由高压硅堆、电容或寄生分布电容等构成的整流电路、整流变压器、快速熔断器、过流继电器、两只反向并联的可控硅及其控制电路、阻容吸收支路、硒堆吸收支路和阀型避雷器等组成。
3、进一步的，所述高压硅堆由许多硅整流二极管串联而成，硅整流二极管优选用击穿时动态电阻很小，且能承受相当大的反向浪涌功率的高压雪崩型整流二极管。
4、进一步的，所述高压硅堆采取一定的均压措施，均匀措施可为等值均压或非等值均压；等值均压为在硅整流二极管串联链所有硅整流二极管上并联等值的小电阻(即电阻均压)或大电容(即电容均压)或者同时并联等值的小电阻和大电容(即阻容均压)，非等值均压为在硅整流二极管串联链首末端数个硅整流二极管上并联一等值的小电阻或大电容或者同时并联一等值的小电阻或大电容，在其余硅整流二极管上并联另一等值的小电阻或大电容或同时并联另一等值的小电阻或大电容；在工频或低频整流时，优选用电阻均压措施，在高频或冲击负载时，优选用电容或阻容均压措施。
5、进一步的，所述整流电路主要由高压硅堆和电容或寄生分布电容等或仅由高压硅堆组成，可为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路或倍压整流电路，其中倍压整流电路包括delen-greinacher倍压整流电路、villard倍压整流电路、简单倍压整流电路、信克尔倍压整流电路、科克罗夫特-瓦尔顿倍压整流电路、平衡式倍压整流电路、全波倍压整流电路和并列式倍压整流电路等。
6、进一步的，所述快速熔断器、过流继电器和两只反向并联的可控硅串接在整流变压器原边回路，其中快速熔断器根据实际工作时的原边电流值来选取，其熔断值要小于高压硅堆的i2t值(i为正弦半波电流有效值，t为电流流过的时间)；过流继电器的电流整定值为额定电流的1.2倍；可控硅由控制电路进行自动控制。
7、进一步的，所述阻容吸收支路或并接在整流变压器原边回路或并接在整流变压器副边回路或并接在高压硅堆上，电容器的电容值和电阻器的电阻值可根据吸收的能量或经验公式来选取，电容器的耐压值和电阻器的功率可由经验公式来选取。
8、进一步的，所述高压硅堆若已采取阻容均压措施，可不必在高压硅堆上并接阻容吸收支路。
9、进一步的，所述的并接在整流变压器原边回路的阻容吸收支路中电容器的电容值(单位为μf)和电阻器的电阻值(单位为ω)可根据下述公式进行选取：
10、
11、
12、式中，p"为整流变压器容量(va)；v$为电容器充电电压值，亦即过电压抑制值；k为整流变压器空载电流百分比，约在5～10之间，可通过一次空载实验确定；f为电源频率；r&为变压器等效额定负载阻值。
13、所述的并接在整流变压器原边回路的阻容吸收支路中电容器的电容值(单位为μf)和电阻器的电阻值(单位为ω)也可根据下述经验公式进行选取：
14、
15、
16、式中，i()为整流变压器的原边励磁电流有效值(a)；v1为整流变压器的原边电压有效值(v)；f为电源频率，kcd和krd为整流电路有关的系数。
17、所述的并接在整流变压器原边回路的阻容吸收支路中电容器的耐压值(单位为v)和电阻器的功率值(单位为w)可根据下述经验公式进行选取：
18、vcd＝mv1 (5)
19、
20、式中，m为过电压倍数，一般取值为1.2～1.5；k+为整流电路有关的系数。
21、进一步的，所述的并接在整流变压器副边回路的阻容吸收支路中电容器的电容值(单位为μf)和电阻器的电阻值(单位为ω)可根据下述公式进行选取：
22、
23、
24、式中，i2+为整流变压器的副边额定负载电流峰值(a)；v2+为整流变压器的副边电压峰值(v)；f为电源频率；r为整流变压器短路比；m为过电压倍数，一般取值为1.2～1.5；r&为等效负载电阻(ω)，等于v2+/i2+。
25、所述的并接在整流变压器副边回路的阻容吸收支路中电容器的耐压值(单位为v)和电阻器的功率值(单位为w)可根据下述公式进行选取：
26、vcd＝mv2 (9)
27、prd＝(v2×2πfcd×10-6)2×rd (10)式中，v2为直流输出电压(v)。
28、进一步的，所述的并接在高压硅堆上的阻容吸收支路中电容器的电容值(单位为μf)和电阻器的电阻值(单位为ω)可根据下述公式进行选取：
29、cs＝m1×10-3if (11)
30、
31、式中，i0为硅堆额定正向电流(a)；vsr为硅堆工作电压(v)；m(和m2为相关系数，m(一般取值为2.5～5，m2一般取值为2～4。
32、所述的并接在高压硅堆上的阻容吸收支路中电容器的耐压值(单位为v)和电阻器的功率值(单位为w)可根据下述公式进行选取：
33、v$s＝v1+ (13)
34、prs＝0.75×(vsp·2πf cs)2×10-12×rs (14)
35、式中，vsp为硅堆反向峰压值(v)。
36、进一步的，所述高压硅堆若已采取阻容均压措施，可不必在高压硅堆上并接阻容吸收支路。
37、进一步的，所述的硒堆吸收支路由两组硒堆对接且并接在整流变压器的原边回路，每组硒堆由数片硒片组成，硒片的片数可根据所承受的耐压来选取，硒片面积可根据其所承受的反向功率来选取。
38、进一步的，所述的硒堆吸收支路的每组硒堆片数可根据下述公式进行选取：
39、
40、式中，v1为整流变压器的原边电压(v)；vcr为每片硒片的耐压值(v)；m为过电压倍数，一般取为1.2～1.5。
41、进一步的，所述的阀型避雷器并接在整流变压器原边回路，由非线性电阻片(碳化硅片)和火花间隙组成。
42、进一步的，所述阻容吸收支路、硒堆吸收支路和阀型变压器等保护措施可根据实际需求进行选取，器件的选择可经过一定的试验进一步进行确定。
43、有益效果：
44、本发明中，通过在硅整流二极管串联链中并联电阻或电容或同时并联电阻和电容等值均压或非等值均压，改善了高压硅堆中硅整流二极管串联链的电压分布，降低了电压分布不均匀系数，提高了电压利用率。
45、本发明中，通过串接在整流变压器原边回路中的快速熔断器和过流继电器在过流时切断电源，串接在整流变压器原边回路中的可控硅在过流时自动降低整流变压器的初级电压或直接截止，有效地降低负载电流，发挥了很好的短路和过载保护作用。
46、本发明中，通过并接在整流变压器副边回路的阻容吸收支路或硒堆吸收支路有效地吸收了整流变压器原边的合闸和拉闸产生的过电压即操作过电压；通过并接在整流变压器副边回路的阻容吸收支路有效地吸收了直流侧突然短路或闪络和突然短路产生的过电压即故障过电压；通过并接在高压硅堆上的阻容吸收支路或阻容均压措施有效地吸收了硅堆由正向导通转向反向阻断时由载流子储存效应产生的过电压即换相过电压；通过并接在整流变压器原边回路中的阀型避雷器有效地吸收雷电产生的过电压即大气过电压。通过上述措施，发挥了很好的过电压保护作用。
47、本发明有效地解决了高压硅堆中电压分布不均匀和过流过压保护问题，改善了高压硅堆中的反向电压分布，降低了电压不均匀系数，提高了电压利用率，又有效地解决了高压硅堆的过流过压保护问题，提高了高压硅堆的可靠性。
1.一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述整流装置主要由高压硅堆和电容或寄生分布电容等构成的整流电路、整流变压器、快速熔断器、过流继电器、两只反向并联的可控硅及其控制电路、阻容吸收支路、硒堆吸收支路和阀型避雷器等组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述高压硅堆由许多硅整流二极管串联而成，硅整流二极管优选用击穿时动态电阻很小，且能承受相当大的反向浪涌功率的高压雪崩型整流二极管。
3.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述高压硅堆采取一定的均压措施，均匀措施可为等值均压或非等值均压；等值均压为在硅整流二极管串联链所有硅整流二极管上并联等值的小电阻(即电阻均压)或大电容(即电容均压)或者同时并联等值的小电阻和大电容(即阻容均压)，非等值均压为在硅整流二极管串联链首末端数个硅整流二极管上并联一等值的小电阻或大电容或者同时并联一等值的小电阻或大电容，在其余硅整流二极管上并联另一等值的小电阻或大电容或同时并联另一等值的小电阻或大电容；在工频或低频整流时，优选用电阻均压措施，在高频或冲击负载时，优选用电容或阻容均压措施。
4.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述整流电路主要由高压硅堆和电容或寄生分布电容等或仅由高压硅堆组成，可为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路或倍压整流电路，其中倍压整流电路包括delen-greinacher倍压整流电路、villard倍压整流电路、简单倍压整流电路、信克尔倍压整流电路、科克罗夫特-瓦尔顿倍压整流电路、平衡式倍压整流电路、全波倍压整流电路和并列式倍压整流电路等。
5.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述的快速熔断器、过流继电器和两只反向并联的可控硅串接在整流变压器原边回路，其中快速熔断器根据实际工作时的原边电流值来选取，其熔断值要小于高压硅堆的i2t值(i为正弦半波电流有效值，t为电流流过的时间)；过流继电器的电流整定值为额定电流的1.2倍；可控硅由控制电路进行自动控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述的阻容吸收支路或并接在整流变压器原边回路或并接在整流变压器副边回路或并接在高压硅堆上，电容器的电容值和电阻器的电阻值可根据吸收的能量或经验公式来选取，电容器的耐压值和电阻器的功率可由经验公式来选取。
7.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述高压硅堆若已采取阻容均压措施，可不必在高压硅堆上并接阻容吸收支路。
8.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述的硒堆吸收支路由两组硒堆对接且并接在整流变压器的原边回路，每组硒堆由数片硒片组成，硒片的片数可根据所承受的耐压来选取，硒片面积可根据其所承受的反向功率来选取。
9.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述的阀型避雷器并接在整流变压器原边回路，由非线性电阻片(碳化硅片)和火花间隙组成。
10.根据权利要求1所述的一种基于高压硅堆的整流装置，其特征在于：所述阻容吸收支路、硒堆吸收支路和阀型变压器等保护措施可根据实际需求进行选取，器件的选择可经过一定的试验进一步进行确定。
