晶閘管在電力穩壓器中的應用

摘要：在所研制的新型無(wú)觸點(diǎn)電力穩壓器中，采用晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件。文中介紹該系統基本工作原理，詳細分析晶閘管在使用過(guò)程中存在的一些問(wèn)題及解決方法。

Abstract： Use the thyristor as switch devices in researched and produced new type contactless power stabilized voltage supply.The paper introduced this systematic fundament of the work,analyed in detail some problems in operation and their solutions.

關(guān)鍵詞：穩壓器晶閘管使用問(wèn)題Keywords:Stabilized voltage supply， Thyristor， Problems in operation

1引言

　　目前流行的電力穩壓器大多采用伺服電機帶動(dòng)炭刷移動(dòng)調整電壓。它具有整機效率高、輸出波形好、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于有炭刷和機械傳動(dòng)造成其工作壽命短、響應速度慢待等問(wèn)題。用“無(wú)觸點(diǎn)”取代“炭刷”是目前大功率電力穩壓器的發(fā)展方向。所說(shuō)的“無(wú)觸點(diǎn)”是指主電路中的交流開(kāi)關(guān)采用如晶閘管之類(lèi)的器件，利用微電腦邏輯控制進(jìn)行調壓。用無(wú)觸點(diǎn)控制取代伺服電機及炭刷進(jìn)行調壓，從而延長(cháng)使用壽命、加快響應速度、提高可靠性。

2系統基本原理

　　穩壓器由主電路、8031單片機、檢測電路、控制電路、驅動(dòng)及報警接口電路等單元構成。如圖1所示。

圖中各電壓相量有如下關(guān)系：

i=△＋o

　　由圖1可見(jiàn)，通過(guò)電腦控制的電壓采樣電路檢測出需要補償的電壓△U，由控制系統改變雙向晶閘管S1～S6的導通組合來(lái)補償輸入電壓（Ui）或者負載變化，使穩壓器的輸出電壓（Uo）保持穩定，從而達到穩壓的目的。為使操作、維護簡(jiǎn)單易行，充分利用微電腦功能強大的特點(diǎn)，設置了完善的自檢功能。

3晶閘管應用中幾點(diǎn)值得注意的問(wèn)題

3.1觸發(fā)驅動(dòng)問(wèn)題

　　晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件，當觸發(fā)脈沖的持續時(shí)間較短時(shí)，脈沖幅度必須相應增加，同時(shí)脈沖寬度也取決于陽(yáng)極電流達到擎住電流的時(shí)間。在本系統中，由于感性負載的存在，陽(yáng)極電流上升率低，若不施加寬脈沖觸發(fā)，則晶閘管往往不能維持導通狀態(tài)?？紤]負載是強感性的情況，本系統采用高電平觸發(fā)，其缺點(diǎn)是晶閘管損耗過(guò)大。

3.2晶閘管阻斷問(wèn)題

　　晶閘管是一種開(kāi)關(guān)器件，應用過(guò)程中，影響關(guān)斷時(shí)間的因素有結溫、通態(tài)電流及其下降率、反向恢復電流下降率、反向電壓及正向dv/dt值等。其中以結溫及反向電壓影響最大，結溫愈高，關(guān)斷時(shí)間愈長(cháng)；反壓越高，關(guān)斷時(shí)間愈短。

在系統中，由于感性負載的存在，在換流時(shí)，電感兩端會(huì )產(chǎn)生很大的反電勢。這個(gè)異常電壓加在晶閘管兩端，容易引起晶閘管損壞。為了防止這種情況，通常采用浪涌電壓吸收電路。

3.3dv/dtdi/dt效應問(wèn)題

　　晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率dv/dt較大的時(shí)候，有可能在比它的正向轉折電壓低得很多的電壓下導通。如果電路上的dv/dt超過(guò)器件允許的dv/dt值時(shí)，晶閘管就會(huì )誤導通而失去阻斷能力。在應用電路中，將晶閘管的門(mén)極通過(guò)電阻與陰極相連，從外部將位移電流旁路掉，以防止dv/dt引起的誤導通。

di/dt過(guò)大容易造成晶閘管擊穿，在電路中采用前沿陡的高電平觸發(fā)以增大初始導通面積，從而改善di/dt容量。

由于dv/dt過(guò)大引起的誤導通和di/dt過(guò)大引起的晶閘管擊穿現象，其后果是十分嚴重的。通過(guò)原理電路可以看出，這種情況的出現會(huì )使變壓器短路而產(chǎn)生“環(huán)流”，造成晶閘管甚至變壓器的損壞。在電路設計中，采用可靠的晶閘管通斷檢測措施，避免這種現象的發(fā)生。

3.4過(guò)電壓、過(guò)電流保護措施

　　過(guò)電壓的產(chǎn)生，主要有以下原因：

（1）變壓器投入時(shí)的浪涌電壓；

（2）變壓器抽頭轉換時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓；

（3）雷擊侵入時(shí)的浪涌電壓；

（4）直流回路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓。

　　在電路中，加入浪涌吸收器可以吸收變壓器一次系統電磁轉移而侵入的浪涌電壓，同時(shí)還能吸收變壓器通斷時(shí)產(chǎn)生的磁能。為避免雷擊侵入產(chǎn)生的浪涌電壓，可采用半導體避雷器。

　　消除環(huán)流是該穩壓器的一大關(guān)鍵問(wèn)題，為了解決這一難題，我們采取了如下技術(shù)措施：

　?。?）確保晶閘管的觸發(fā)信號可靠。利用軟件濾波程序使輸出觸發(fā)控制信號每組只有一個(gè)有效，其次利用74LS273和研制的防環(huán)流邏輯電路（PAL16V8），以確保即使單片機失控的情況下也不會(huì )出現誤觸發(fā)。另外，觸發(fā)信號引線(xiàn)采用屏蔽線(xiàn)等措施，防止干擾。

　?。?）確保轉換可靠。在正常工作時(shí)，經(jīng)常要改變補償電壓的大小，即要調整晶閘管的導通組合，如：使S1導通換為S2導通，則必須在關(guān)斷S1的同時(shí)給S2觸發(fā)控制信號，實(shí)現晶閘管的轉換。如果轉換的時(shí)機或者組合不當就會(huì )形成環(huán)流，損壞晶閘管。在設計中采用了零點(diǎn)切換技術(shù)，即在電流過(guò)零時(shí)讓S1自然關(guān)斷，同時(shí)觸發(fā)S2使其導通。由此可見(jiàn)，在轉換過(guò)程中最關(guān)鍵的是準確檢測電流過(guò)零信號。為此，采取軟、硬件結合及互鎖技術(shù)，確保過(guò)零信號的準確無(wú)誤。實(shí)際運行表明：上述技術(shù)成功地解決了環(huán)流問(wèn)題。

3.5感性負載的影響

　　由于感性負載的存在，應考慮加大觸發(fā)脈沖寬度，否則晶閘管在陽(yáng)極電流達到擎住電流之前，觸發(fā)信號減弱，可能會(huì )造成晶閘管不能正常導通。在關(guān)斷時(shí)，感性負載也會(huì )給晶閘管造成一些問(wèn)題。

　　在實(shí)際系統中，采用高電平觸發(fā)，以確保晶閘管可靠導通。為保證晶閘管轉換過(guò)程中不產(chǎn)生關(guān)斷失敗現象，采用可靠的互鎖技術(shù)，以確保晶閘管不損壞。

3.6過(guò)零開(kāi)關(guān)技術(shù)

　　在調壓過(guò)程中，通過(guò)過(guò)零檢測技術(shù)來(lái)控制晶閘管門(mén)極觸發(fā)信號，保證其過(guò)零時(shí)通斷，避免調壓過(guò)程中由于晶閘管開(kāi)關(guān)對電網(wǎng)造成的污染。

4結語(yǔ)

　　由于采取一系列技術(shù)措施解決了晶閘管應用過(guò)程中存在的問(wèn)題，使這種電源在技術(shù)上十分成熟。我們研制的這種電源已于