浅析晶闸管在电力稳压器中的应用

电力18讯：    目前流行的电力稳压器大多采用伺服电机带动炭刷移动调整电压。它具有整机效率高、输出波形好、电路简单等优点，但由于有炭刷和机械传动造成其工作寿命短、响应速度慢待等问题。用“无触点”取代“炭刷”是目前大功率电力稳压器的发展方向。所说的“无触点”是指主电路中的交流开关采用如晶闸管之类的器件，利用微电脑逻辑控制进行调压。用无触点控制取代伺服电机及炭刷进行调压，从而延长使用寿命、加快响应速度、提高可靠性。

　　系统基本原理

　　稳压器由主电路、8031单片机、检测电路、控制电路、驱动及报警接口电路等单元构成。如图1所示。

　　图中各电压相量有如下关系：

　　i=△+o

　　由图1可见，通过电脑控制的电压采样电路检测出需要补偿的电压△U，由控制系统改变双向晶闸管S1～S6的导通组合来补偿输入电压(Ui)或者负载变化，使稳压器的输出电压(Uo)保持稳定，从而达到稳压的目的。为使操作、维护简单易行，充分利用微电脑功能强大的特点，设置了完善的自检功能。

　　晶闸管应用中几点值得注意的问题

　　触发驱动问题

　　晶闸管作为开关器件，当触发脉冲的持续时间较短时，脉冲幅度必须相应增加，同时脉冲宽度也取决于阳极电流达到擎住电流的时间。在本系统中，由于感性负载的存在，阳极电流上升率低，若不施加宽脉冲触发，则晶闸管往往不能维持导通状态。考虑负载是强感性的情况，本系统采用高电平触发，其缺点是晶闸管损耗过大。

　　晶闸管阻断问题

　　晶闸管是一种开关器件，应用过程中，影响关断时间的因素有结温、通态电流及其下降率、反向恢复电流下降率、反向电压及正向dv/dt值等。其中以结温及反向电压影响最大，结温愈高，关断时间愈长;反压越高，关断时间愈短。

　　在系统中，由于感性负载的存在，在换流时，电感两端会产生很大的反电势。这个异常电压加在晶闸管两端，容易引起晶闸管损坏。为了防止这种情况，通常采用浪涌电压吸收电路。

　　dv/dtdi/dt效应问题

　　晶闸管的断态电压临界上升率dv/dt较大的时候，有可能在比它的正向转折电压低得很多的电压下导通。如果电路上的dv/dt超过器件允许的dv/dt值时，晶闸管就会误导通而失去阻断能力。在应用电路中，将晶闸管的门极通过电阻与阴极相连，从外部将位移电流旁路掉，以防止dv/dt引起的误导通。

　　di/dt过大容易造成晶闸管击穿，在电路中采用前沿陡的高电平触发以增大初始导通面积，从而改善di/dt容量。

　　由于dv/dt过大引起的误导通和di/dt过大引起的晶闸管击穿现象，其后果是十分严重的。通过原理电路可以看出，这种情况的出现会使变压器短路而产生“环流”，造成晶闸管甚至变压器的损坏。在电路设计中，采用可靠的晶闸管通断检测措施，避免这种现象的发生。

　　过电压、过电流保护措施

　　过电压的产生，主要有以下原因：

　　(1)变压器投入时的浪涌电压;

　　(2)变压器抽头转换时产生的浪涌电压;

　　(3)雷击侵入时的浪涌电压;

　　(4)直流回路断开时产生的浪涌电压。

　　在电路中，加入浪涌吸收器可以吸收变压器一次系统电磁转移而侵入的浪涌电压，同时还能吸收变压器通断时产生的磁能。为避免雷击侵入产生的浪涌电压，可采用半导体避雷器。

　　消除环流是该稳压器的一大关键问题，为了解决这一难题，我们采取了如下技术措施：

　　(1)确保晶闸管的触发信号可靠。利用软件滤波程序使输出触发控制信号每组只有一个有效，其次利用74LS273和研制的防环流逻辑电路(PAL16V8)，以确保即使单片机失控的情况下也不会出现误触发。另外，触发信号引线采用屏蔽线等措施，防止干扰。

　　(2)确保转换可靠。在正常工作时，经常要改变补偿电压的大小，即要调整晶闸管的导通组合，如：使S1导通换为S2导通，则必须在关断S1的同时给S2触发控制信号，实现晶闸管的转换。如果转换的时机或者组合不当就会形成环流，损坏晶闸管。在设计中采用了零点切换技术，即在电流过零时让S1自然关断，同时触发S2使其导通。由此可见，在转换过程中最关键的是准确检测电流过零信号。为此，采取软、硬件结合及互锁技术，确保过零信号的准确无误。实际运行表明：上述技术成功地解决了环流问题。

　　感性负载的影响

　　由于感性负载的存在，应考虑加大触发脉冲宽度，否则晶闸管在阳极电流达到擎住电流之前，触发信号减弱，可能会造成晶闸管不能正常导通。在关断时，感性负载也会给晶闸管造成一些问题。

　　在实际系统中，采用高电平触发，以确保晶闸管可靠导通。为保证晶闸管转换过程中不产生关断失败现象，采用可靠的互锁技术，以确保晶闸管不损坏。

　　过零开关技术

　　在调压过程中，通过过零检测技术来控制晶闸管门极触发信号，保证其过零时通断，避免调压过程中由于晶闸管开关对电网造成的污染。