電容器電流過零切除為什么會(huì)產(chǎn)生過電壓

電容器在切除之后會(huì)產(chǎn)生過電壓，對于這個(gè)問題普遍的解釋是由于切除過程中開關(guān)接點(diǎn)產(chǎn)生電弧重燃現(xiàn)象而導(dǎo)致電容器過電壓。由電弧重燃而導(dǎo)致過電壓需要由多種因素共同作用，包括接點(diǎn)斷開時(shí)間、系統(tǒng)電感、重燃時(shí)間等等因素，其作用機(jī)理分析十分復(fù)雜，因此我們在此不對其進(jìn)行討論。

使用晶閘管控制的電容器在切除之后同樣會(huì)產(chǎn)生過電壓，這種現(xiàn)象就不能用電弧重燃來解釋，因?yàn)榫чl管不會(huì)產(chǎn)生電弧重燃現(xiàn)象。晶閘管只有在電流過零時(shí)才能關(guān)斷，因此晶閘管控制的電容器一定是在電流過零的情況下切除的，所以我們就以晶閘管控制的電容器來對過電壓現(xiàn)象進(jìn)行討論。

對于晶閘管控制的單相電容器，在切除之后不會(huì)產(chǎn)生過電壓。由于電容器的電壓與電流有90度的相位差，因此電容器電流為零的時(shí)刻正好是電壓最高的時(shí)刻。因此我們可以確定：晶閘管控制的單相電容器在切除之后的電壓等于電源電壓的峰值，也就是電源電壓有效值的1.414倍，這個(gè)電壓處于電容器的耐壓范圍之內(nèi)。

對于晶閘管控制的三相電容器則情況完全不同。三相電容器的切除過程比單相電容器的切除過程要復(fù)雜得多，晶閘管控制的三相電力電容器在切除后會(huì)剩余異常的高電壓，可能會(huì)對電容器的安全構(gòu)成威脅。下面以圖1示出的結(jié)構(gòu)為例介紹一下三相三角形連接電容器的切除過程：設(shè)系統(tǒng)電壓有效值U=400V，并且在A相電壓接近正峰值時(shí)取消晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，于是晶閘管SCRA在A相電壓等于正峰值時(shí)（此時(shí)SCRA的電流為零）關(guān)斷，在這個(gè)瞬間:

UA=400×1.414÷1.732=327V

UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

根據(jù)上面三式，我們可以確定電容器上的電壓：

CAB電壓=327+163=490V　　A端為正

CCA電壓=327+163=490V　　A端為正

CBC電壓=0

在SCRA關(guān)斷之后，電路結(jié)構(gòu)變成電容器CAB和CCA串聯(lián)之后再與CBC并聯(lián)的形式。在線電壓UBC等于正峰值時(shí)（此時(shí)SCRB和SCRC的電流同時(shí)為零），SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷。從SCRA關(guān)斷到SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷的過程中，電容器CBC的電壓從0充電到線電壓峰值，B端為正。CAB和CCA串聯(lián)因此電流一致，而CAB的電流與電壓反向?qū)儆诜烹?，CCA的電流與電壓同向?qū)儆诶^續(xù)充電，CAB的放電電壓與CCA的充電電壓之和等于線電壓峰值，于是我們可以確定電容器上的電壓：

CAB電壓=490-566÷2=207V　　A 端為正

CCA電壓=490+566÷2=773V　　A 端為正

CBC電壓=400×1.414=566V　　B 端為正

對于耐壓400V的電力電容器，其正常承受的峰值電壓為566V，而CCA上的異常高電壓達(dá)到773V，為正常峰值的1.366倍。這個(gè)異常高電壓只能靠電容器內(nèi)部的放電電阻緩慢放電，會(huì)持續(xù)幾十秒鐘。

問題還不僅如此，在電容器CCA的異常剩余電壓沒有放電到小于線電壓峰值之前，因?yàn)闊o法滿足電壓過零投入的條件不可能再次投入運(yùn)行，也就是說，SCRA和SCRC不可能再次同時(shí)被觸發(fā)。但是，SCRA和SCRB則可以再次同時(shí)觸發(fā)，在SCRA和SCRB觸發(fā)之后，CCA的電壓會(huì)下降，然后SCRC可以觸發(fā)，使電容器重新正常投入運(yùn)行。在下一次切除時(shí)，異常高電壓會(huì)再次出現(xiàn)。對于頻繁投切的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置而言，頻繁的切除操作會(huì)使電容器經(jīng)常處于異常高電壓的狀態(tài)之下，會(huì)對電容器的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

通過以上分析，我們可以看出，晶閘管控制電容器雖然可以實(shí)現(xiàn)電流過零切除，但是卻會(huì)造成電容器中的異常剩余電壓，這個(gè)異常的剩余電壓遠(yuǎn)高于電容器的正常運(yùn)行峰值電壓，因此會(huì)對電容器造成損害，損害的程度如何不可預(yù)計(jì)。上面的分析過程是電容器三角形連接的情況，由于三角形連接具有與星形連接的等效性，因此可以確定：在電流過零切除星形連接的電容器時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象。下面以圖2示出的結(jié)構(gòu)為例介紹一下三相星形連接電容器的切除過程：設(shè)系統(tǒng)電壓有效值U=400V，并且在A相電壓接近正峰值時(shí)取消晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，于是晶閘管SCRA在A相電壓等于正峰值時(shí)（此時(shí)SCRA的電流為零）關(guān)斷，在這個(gè)瞬間:

UA=400×1.414÷1.732=327V

UB=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

UC=-400×1.414÷1.732÷2=-163V

根據(jù)上面三式，我們可以確定電容器上的電壓：

CAB電壓=327V　　A 端為正

CCA電壓=-163V　　B 端為負(fù)

CBC電壓=-163V　　C 端為負(fù)

在SCRA關(guān)斷之后，電路結(jié)構(gòu)變成電容器CB和CC串聯(lián)的形式。在線電壓UBC等于正峰值時(shí)（此時(shí)SCRB和SCRC的電流同時(shí)為零），SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷。從SCRA關(guān)斷到SCRB和SCRC同時(shí)關(guān)斷的過程中，電容器CA的電壓不變，CB和CC串聯(lián)因此電流一致，而CB的電流與電壓反向?qū)儆诜烹姡珻C的電流與電壓同向?qū)儆诶^續(xù)充電，CB的放電電壓與CC的充電電壓之和等于線電壓峰值，于是我們可以確定電容器上的電壓：

CA電壓=327V    A 端為正

CB電壓=-163+566÷2=120V    B 端為正

CC電壓=-163-566÷2=-446V    C 端為負(fù)

由于星接的電容器耐壓按有效值230V設(shè)計(jì)，其正常運(yùn)行的峰值電壓只有327V,可見這個(gè)異常的剩余電壓遠(yuǎn)高于電容器的正常運(yùn)行峰值電壓。