- 晶閘管在電力穩(wěn)壓器中的應用
- 利用微電腦邏輯控制進行調壓
- 過零開關技術
目前流行的電力穩(wěn)壓器大多采用伺服電機帶動炭刷移動調整電壓。它具有整機效率高、輸出波形好、電路簡單等優(yōu)點，但由于有炭刷和機械傳動造成其工作壽命短、響應速度慢待等問題。用“無觸點”取代“炭刷”是目前大功率電力穩(wěn)壓器的發(fā)展方向。所說的“無觸點”是指主電路中的交流開關采用如晶閘管之類的器件，利用微電腦邏輯控制進行調壓。用無觸點控制取代伺服電機及炭刷進行調壓，從而延長使用壽命、加快響應速度、提高可靠性。
系統(tǒng)基本原理
穩(wěn)壓器由主電路、8031單片機、檢測電路、控制電路、驅動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系：
i=△＋o
由圖1可見，通過電腦控制的電壓采樣電路檢測出需要補償?shù)碾妷骸鱑，由控制系統(tǒng)改變雙向晶閘管S1～S6的導通組合來補償輸入電壓（Ui）或者負載變化，使穩(wěn)壓器的輸出電壓（Uo）保持穩(wěn)定，從而達到穩(wěn)壓的目的。為使操作、維護簡單易行，充分利用微電腦功能強大的特點，設置了完善的自檢功能。
晶閘管應用中幾點值得注意的問題
觸發(fā)驅動問題
晶閘管作為開關器件，當觸發(fā)脈沖的持續(xù)時間較短時，脈沖幅度必須相應增加，同時脈沖寬度也取決于陽極電流達到擎住電流的時間。在本系統(tǒng)中，由于感性負載的存在，陽極電流上升率低，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(tǒng)采用高電平觸發(fā)，其缺點是晶閘管損耗過大。
晶閘管阻斷問題
晶閘管是一種開關器件，應用過程中，影響關斷時間的因素有結溫、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，關斷時間愈長；反壓越高，關斷時間愈短。
在系統(tǒng)中，由于感性負載的存在，在換流時，電感兩端會產生很大的反電勢。這個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效應問題
晶閘管的斷態(tài)電壓臨界上升率dv/dt較大的時候，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超過器件允許的dv/dt值時，晶閘管就會誤導通而失去阻斷能力。在應用電路中，將晶閘管的門極通過電阻與陰極相連，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過大引起的誤導通和di/dt過大引起的晶閘管擊穿現(xiàn)象，其后果是十分嚴重的。通過原理電路可以看出，這種情況的出現(xiàn)會使變壓器短路而產生“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(xiàn)象的發(fā)生。
過電壓、過電流保護措施
過電壓的產生，主要有以下原因：
（1）變壓器投入時的浪涌電壓；
（2）變壓器抽頭轉換時產生的浪涌電壓；
（3）雷擊侵入時的浪涌電壓；
（4）直流回路斷開時產生的浪涌電壓。
在電路中，加入浪涌吸收器可以吸收變壓器一次系統(tǒng)電磁轉移而侵入的浪涌電壓，同時還能吸收變壓器通斷時產生的磁能。為避免雷擊侵入產生的浪涌電壓，可采用半導體避雷器。
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消除環(huán)流是該穩(wěn)壓器的一大關鍵問題，為了解決這一難題，我們采取了如下技術措施：
（1）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出現(xiàn)誤觸發(fā)。另外，觸發(fā)信號引線采用屏蔽線等措施，防止干擾。
（2）確保轉換可靠。在正常工作時，經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，則必須在關斷S1的同時給S2觸發(fā)控制信號，實現(xiàn)晶閘管的轉換。如果轉換的時機或者組合不當就會形成環(huán)流，損壞晶閘管。在設計中采用了零點切換技術，即在電流過零時讓S1自然關斷，同時觸發(fā)S2使其導通。由此可見，在轉換過程中最關鍵的是準確檢測電流過零信號。為此，采取軟、硬件結合及互鎖技術，確保過零信號的準確無誤。實際運行表明：上述技術成功地解決了環(huán)流問題。
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，否則晶閘管在陽極電流達到擎住電流之前，觸發(fā)信號減弱，可能會造成晶閘管不能正常導通。在關斷時，感性負載也會給晶閘管造成一些問題。
在實際系統(tǒng)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程中不產生關斷失敗現(xiàn)象，采用可靠的互鎖技術，以確保晶閘管不損壞。
過零開關技術
在調壓過程中，通過過零檢測技術來控制晶閘管門極觸發(fā)信號，保證其過零時通斷，避免調壓過程中由于晶閘管開關對電網造成的污染。
結語
由于采取一系列技術措施解決了晶閘管應用過程中存在的問題，使這種電源在技術上十分成熟。我們研制的這種電源已于
