基于晶閘管整流器全關(guān)斷檢測電路的設計

本文提出并介紹了歐姆邏輯無(wú)環(huán)流檢測的一種方案--晶閘管整流器全關(guān)斷檢測,并與軟件檢測和電流互感器檢測進(jìn)行比較分析,最終得出晶閘管全關(guān)斷檢測方案準確可行的結論。全關(guān)斷的輸出信號與上述兩種信號進(jìn)行綜合利用,從而準確可靠地實(shí)現了歐姆的邏輯無(wú)環(huán)流控制。

　　1 引言

　　中國環(huán)流器2號A(HL—2A)是中國第一個(gè)具有偏濾器位形的大型受控核聚變研究裝置，其主機由德國ASDEX裝置主機主要部件經(jīng)適當改造而成，其磁場(chǎng)線(xiàn)圈所需的供電系統及其它的配套系統則完全由我院自行研制。

　　歐姆線(xiàn)圈(OH)在HL—2A中的作用是擊穿氣體、建立、維持并加熱等離子體電流，因而為其供電的歐姆電源在裝置實(shí)驗中起著(zhù)非常重要的作用。歐姆電源如圖1所示,有正負各兩組共計四組電源。

　　圖1 歐姆電源示意圖

　　其中1號和3號整流柜為正組，2號和4號整流柜為負組，正組輸出電壓1600V，負組800V，兩組的輸出電流都是30kA。

　　隨著(zhù)實(shí)驗的深入，實(shí)驗需求參數的不斷提高，就要求實(shí)現歐姆電源正負組的無(wú)環(huán)流運行。歐姆電源的邏輯無(wú)環(huán)流運行可分為以下幾個(gè)階段，正組整流階段為歐姆線(xiàn)圈充磁，開(kāi)始放電時(shí)正組整流器快速進(jìn)入逆變段，將氣體擊穿、維持等離子體電流上升，在正組電流過(guò)零后將正組封鎖，緊接著(zhù)負組以整流狀態(tài)投入工作，繼續推動(dòng)等離子體電流上升并維持平頂，平頂結束后負組以逆變方式控制等離子體電流下降，電流過(guò)零后封鎖負組，完成一次放電。對實(shí)驗來(lái)講，要實(shí)現邏輯無(wú)環(huán)流并確保裝置的安全，最關(guān)鍵的技術(shù)就是歐姆電流的過(guò)零檢測。

　　為了檢測歐姆的過(guò)零情況，可靠地實(shí)現邏輯無(wú)環(huán)流控制，對比實(shí)際情況，我們開(kāi)發(fā)研制了晶閘管全關(guān)斷檢測電路板。

　　2 幾種關(guān)斷檢測方法的比較

　　要實(shí)現邏輯無(wú)環(huán)流的準確穩定運行，最關(guān)鍵的是如何準確判斷正組整流器的全關(guān)斷時(shí)刻。因為如果判斷關(guān)斷提前，而實(shí)際上正組整流器還沒(méi)有全關(guān)斷，這時(shí)按設定的邏輯程序就把負組整流器開(kāi)通，正組整流器和負組整流器之間就會(huì )形成大環(huán)流，則對電源設備的安全構成嚴重危害;如果判斷關(guān)斷延后，正組整流器和負組整流器之間切換的死區時(shí)間過(guò)長(cháng)，則影響裝置放電以至放電失敗。

　　全關(guān)斷檢測對電源系統安全和裝置放電的穩定有著(zhù)重要的影響。通常采用檢測整流器的直流輸出電流是否過(guò)零來(lái)判斷其是否關(guān)斷，習慣上就叫做過(guò)零檢測，下面是對幾種檢測方法的分析和比較。

　　2.1 軟件過(guò)零檢測方法

　　采用直流傳感器的信號，經(jīng)過(guò)采集板卡送入計算機，預先設置一個(gè)比較值，通過(guò)程序來(lái)比較，在檢測到電流值小于這個(gè)值的時(shí)候，則認為過(guò)零，由于大電流傳感器測量精度的局限性和現場(chǎng)干擾嚴重，容易造成誤判，而且過(guò)零檢測程序與復雜的裝置放電控制程序編在一起，只檢測第一次過(guò)零，在電流出現波動(dòng)時(shí)，它不能判斷再過(guò)零，如圖2所示。

　　圖2 軟件檢測過(guò)零時(shí)電流出現波動(dòng)時(shí)過(guò)零判斷示意圖

　　其中Utk2-OH為軟件檢測過(guò)零信號，I-OH為歐姆電源電流，因為互感器測量方向接反，所以歐姆電流顯示為負(下同)。當過(guò)零信號反轉時(shí)，實(shí)際上還有一定電流，整流器并沒(méi)有真正關(guān)斷，且處于續流狀態(tài)。如果放電正常，通過(guò)軟件延時(shí)適當時(shí)間，可以控制在正組整流器真正關(guān)斷時(shí)再開(kāi)通負組整流器，其轉換死區時(shí)間的長(cháng)短取決于傳感器的測量精度和程序速度。但如果放電不正常，正好在過(guò)零信號反轉，軟件延時(shí)時(shí)，等離子體電流破裂，其能量耦合到歐姆原邊，正組電流增加，續流時(shí)間增長(cháng)，軟件又只檢測出一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，如果在軟件延時(shí)(固定值)結束后開(kāi)通負組整流器，此時(shí)正組整流器還在續流，將產(chǎn)生環(huán)流。

　　采用直流傳感器的信號，經(jīng)過(guò)采集板卡送入計算機，預先設置一個(gè)比較值，通過(guò)程序來(lái)比較，在檢測到電流值小于這個(gè)值的時(shí)候，則認為過(guò)零，由于大電流傳感器測量精度的局限性和現場(chǎng)干擾嚴重，容易造成誤判，而且過(guò)零檢測程序與復雜的裝置放電控制程序編在一起，只檢測第一次過(guò)零，在電流出現波動(dòng)時(shí)，它不能判斷再過(guò)零，如圖2所示。其中Utk2-OH為軟件檢測過(guò)零信號，I-OH為歐姆電源電流，因為互感器測量方向接反，所以歐姆電流顯示為負(下同)。

　　當過(guò)零信號反轉時(shí)，實(shí)際上還有一定電流，整流器并沒(méi)有真正關(guān)斷，且處于續流狀態(tài)。如果放電正常，通過(guò)軟件延時(shí)適當時(shí)間，可以控制在正組整流器真正關(guān)斷時(shí)再開(kāi)通負組整流器，其轉換死區時(shí)間的長(cháng)短取決于傳感器的測量精度和程序速度。但如果放電不正常，正好在過(guò)零信號反轉，軟件延時(shí)時(shí)，等離子體電流破裂，其能量耦合到歐姆原邊，正組電流增加，續流時(shí)間增長(cháng)，軟件又只檢測出一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，如果在軟件延時(shí)(固定值)結束后開(kāi)通負組整流器，此時(shí)正組整流器還在續流，將產(chǎn)生環(huán)流。