- 晶閘管在電力穩(wěn)壓器中的應(yīng)用
- 利用微電腦邏輯控制進(jìn)行調(diào)壓
- 過(guò)零開(kāi)關(guān)技術(shù)
目前流行的電力穩(wěn)壓器大多采用伺服電機(jī)帶動(dòng)炭刷移動(dòng)調(diào)整電壓。它具有整機(jī)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(jī)械傳動(dòng)造成其工作壽命短、響應(yīng)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(wěn)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(diào)壓。用無(wú)觸點(diǎn)控制取代伺服電機(jī)及炭刷進(jìn)行調(diào)壓，從而延長(zhǎng)使用壽命、加快響應(yīng)速度、提高可靠性。
系統(tǒng)基本原理
穩(wěn)壓器由主電路、8031單片機(jī)、檢測(cè)電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及報(bào)警接口電路等單元構(gòu)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(cè)出需要補(bǔ)償?shù)碾妷骸鱑，由控制系統(tǒng)改變雙向晶閘管S1～S6的導(dǎo)通組合來(lái)補(bǔ)償輸入電壓（Ui）或者負(fù)載變化，使穩(wěn)壓器的輸出電壓（Uo）保持穩(wěn)定，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。為使操作、維護(hù)簡(jiǎn)單易行，充分利用微電腦功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，設(shè)置了完善的自檢功能。
晶閘管應(yīng)用中幾點(diǎn)值得注意的問(wèn)題
觸發(fā)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題
晶閘管作為開(kāi)關(guān)器件，當(dāng)觸發(fā)脈沖的持續(xù)時(shí)間較短時(shí)，脈沖幅度必須相應(yīng)增加，同時(shí)脈沖寬度也取決于陽(yáng)極電流達(dá)到擎住電流的時(shí)間。在本系統(tǒng)中，由于感性負(fù)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(dǎo)通狀態(tài)?？紤]負(fù)載是強(qiáng)感性的情況，本系統(tǒng)采用高電平觸發(fā)，其缺點(diǎn)是晶閘管損耗過(guò)大。
晶閘管阻斷問(wèn)題
晶閘管是一種開(kāi)關(guān)器件，應(yīng)用過(guò)程中，影響關(guān)斷時(shí)間的因素有結(jié)溫、通態(tài)電流及其下降率、反向恢復(fù)電流下降率、反向電壓及正向dv/dt值等。其中以結(jié)溫及反向電壓影響最大，結(jié)溫愈高，關(guān)斷時(shí)間愈長(zhǎng)；反壓越高，關(guān)斷時(shí)間愈短。
在系統(tǒng)中，由于感性負(fù)載的存在，在換流時(shí)，電感兩端會(huì)產(chǎn)生很大的反電勢(shì)。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。
dv/dtdi/dt效應(yīng)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(zhuǎn)折電壓低得很多的電壓下導(dǎo)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(dǎo)通而失去阻斷能力。在應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)通面積，從而改善di/dt容量。
由于dv/dt過(guò)大引起的誤導(dǎo)通和di/dt過(guò)大引起的晶閘管擊穿現(xiàn)象，其后果是十分嚴(yán)重的。通過(guò)原理電路可以看出，這種情況的出現(xiàn)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(shè)計(jì)中，采用可靠的晶閘管通斷檢測(cè)措施，避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。
過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)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(zhuǎn)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(tǒng)電磁轉(zhuǎn)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(dǎo)體避雷器。
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消除環(huán)流是該穩(wěn)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：
（1）確保晶閘管的觸發(fā)信號(hào)可靠。利用軟件濾波程序使輸出觸發(fā)控制信號(hào)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(jī)失控的情況下也不會(huì)出現(xiàn)誤觸發(fā)。另外，觸發(fā)信號(hào)引線采用屏蔽線等措施，防止干擾。
（2）確保轉(zhuǎn)換可靠。在正常工作時(shí)，經(jīng)常要改變補(bǔ)償電壓的大小，即要調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通組合，如：使S1導(dǎo)通換為S2導(dǎo)通，則必須在關(guān)斷S1的同時(shí)給S2觸發(fā)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)晶閘管的轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)換的時(shí)機(jī)或者組合不當(dāng)就會(huì)形成環(huán)流，損壞晶閘管。在設(shè)計(jì)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(dǎo)通。由此可見(jiàn)，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中最關(guān)鍵的是準(zhǔn)確檢測(cè)電流過(guò)零信號(hào)。為此，采取軟、硬件結(jié)合及互鎖技術(shù)，確保過(guò)零信號(hào)的準(zhǔn)確無(wú)誤。實(shí)際運(yùn)行表明：上述技術(shù)成功地解決了環(huán)流問(wèn)題。
感性負(fù)載的影響
由于感性負(fù)載的存在，應(yīng)考慮加大觸發(fā)脈沖寬度，否則晶閘管在陽(yáng)極電流達(dá)到擎住電流之前，觸發(fā)信號(hào)減弱，可能會(huì)造成晶閘管不能正常導(dǎo)通。在關(guān)斷時(shí)，感性負(fù)載也會(huì)給晶閘管造成一些問(wèn)題。
在實(shí)際系統(tǒng)中，采用高電平觸發(fā)，以確保晶閘管可靠導(dǎo)通。為保證晶閘管轉(zhuǎn)換過(guò)程中不產(chǎn)生關(guān)斷失敗現(xiàn)象，采用可靠的互鎖技術(shù)，以確保晶閘管不損壞。
過(guò)零開(kāi)關(guān)技術(shù)
在調(diào)壓過(guò)程中，通過(guò)過(guò)零檢測(cè)技術(shù)來(lái)控制晶閘管門(mén)極觸發(fā)信號(hào)，保證其過(guò)零時(shí)通斷，避免調(diào)壓過(guò)程中由于晶閘管開(kāi)關(guān)對(duì)電網(wǎng)造成的污染。
結(jié)語(yǔ)
由于采取一系列技術(shù)措施解決了晶閘管應(yīng)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
