新型電力穩(wěn)壓器中幾個(gè)問題的討論

新型電力穩(wěn)壓器中幾個(gè)問題的討論

摘要：在新型無觸點(diǎn)補(bǔ)償式電力穩(wěn)壓器中，采用雙向晶閘管作為開關(guān)器件。本文介紹該系統(tǒng)的基本工作原理，并分析存在的一些問題及其解決方法。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓器晶閘管變壓器

The problems of new type power supply

Abstract: Thyristor is used as swithing device in the non? contact power supply.This paper introduces the operation principles of this system,and analyzes in detail the existing problems and methods of solving the problems

Keywords: Voltage regulator, Thyristor, Transformer

中圖法分類號：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：0219?2713(2000)12－631－02

　　1引言

目前市場上的電力穩(wěn)壓器大多是采用伺服電機(jī)帶動(dòng)炭刷調(diào)整輸出電壓。它具有整機(jī)效率高、輸出波形好及電路簡單等優(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。用“無觸點(diǎn)”取代“炭刷”是目前大功率電力穩(wěn)壓器的發(fā)展方向。這里所說的“無觸點(diǎn)”是指采用如雙向晶閘管之類的功率器件代替炭刷，利用微電腦實(shí)現(xiàn)邏輯控制通過補(bǔ)償變壓器進(jìn)行調(diào)壓，從而達(dá)到延長使用壽命、加快響應(yīng)速度、提高可靠性的目的。

圖1穩(wěn)壓原理圖

2系統(tǒng)基本原理

穩(wěn)壓器主要由主電路、單片機(jī)、檢測電路、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。

圖中各電壓有如下關(guān)系：由圖1可知，微電腦通過電壓采樣電路檢測并計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)碾妷骸鱑，由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改變雙向晶閘管導(dǎo)通組合來補(bǔ)償輸入電壓（Ui），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（工作原理見參考文獻(xiàn)1）。為使操作簡單易行，充分利用微電腦的功能，設(shè)置了完善的自檢系統(tǒng)。

3幾個(gè)問題的討論

3.1變壓器的投入問題

與文獻(xiàn)2相比，變壓器投入造成合閘飽和所形成的浪涌電流較大。為減小鐵心體積，一般變壓器的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm選在B－H曲線接近拐點(diǎn)處，合閘瞬間最壞情況是磁感應(yīng)強(qiáng)度最大為2Bm＋Br（剩磁），顯然變壓器將出現(xiàn)飽和，造成晶閘管損壞和電壓波形的畸變。為防止合閘瞬間飽和，可選擇Bm≤Bs/3。

3.2觸發(fā)驅(qū)動(dòng)問題

晶閘管作為電流控制器件，當(dāng)觸發(fā)脈沖的持續(xù)時(shí)間較小時(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，陽極電流上升率較低，若不施加較強(qiáng)的寬脈沖觸發(fā)，則晶閘管往往不能維持導(dǎo)通狀態(tài)?？紤]負(fù)載是感性的，本系統(tǒng)采用電平觸發(fā)，其缺點(diǎn)是晶閘管損耗較大。

3.3晶閘管阻斷問題

晶閘管是一種雪崩式器件，這種器件的導(dǎo)通是由于在中間集電結(jié)上載流子的成倍增加引起的，在應(yīng)用過程中，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；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，在換流過程中，電感兩端會(huì)產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢，這個(gè)異常電壓加在晶閘管兩端，容易引起晶閘管損壞。為防止這種情況，通常應(yīng)采用浪涌電壓吸收電路。

3.4dv/dt、di/dt效應(yīng)問題

晶閘管的斷態(tài)電壓上升率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(dǎo)通。

di/dt過大容易造成晶閘管擊穿，在電路中，采用前沿陡峻的強(qiáng)電平觸發(fā)以增大初始導(dǎo)通面積，進(jìn)而改善di/dt容量。

由于dv/dt較大引起的誤觸發(fā)和di/dt過大引起的晶閘管擊穿現(xiàn)象，其后果是十分嚴(yán)重的。從圖1可以看出，這種情況的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致直通現(xiàn)象，造成晶閘管的損壞甚至損壞變壓器。在電路設(shè)計(jì)中，采用可靠的晶閘管通斷檢測及限流措施，可以避免這種故障的發(fā)生。

3.5過電壓及過電流保護(hù)措施

過電壓的產(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）雷電侵入時(shí)的浪涌電壓；

（4）直流回路斷路時(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)生的變壓器磁能。為避免雷電侵入時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，可采用半導(dǎo)體避雷器。

在系統(tǒng)中，為避免誤觸發(fā)引起的直通現(xiàn)象，可以采用如下技術(shù)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)信號每組只有一個(gè)有效，再利用74LS273和防環(huán)流邏輯電路（PAL16V8），以確保即使在單片機(jī)失控的情況下也不會(huì)出現(xiàn)誤觸發(fā)。另外，觸發(fā)信號引線采用屏蔽線及其它抗干擾措施，以防止誤觸發(fā)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

(2)確保換向可靠。在正常工作時(shí)，往往要改變補(bǔ)償電壓的大小，即調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通組合。如果換向的時(shí)機(jī)或者組合不當(dāng)就會(huì)形成直通而損壞晶閘管。在設(shè)計(jì)中采用過零點(diǎn)切換技術(shù)，最關(guān)鍵的是準(zhǔn)確檢測晶閘管的工作狀態(tài)。為此，采取軟、硬件結(jié)合和互鎖技術(shù)，確保開關(guān)工作準(zhǔn)確無誤。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明上述技術(shù)是可行的。

3.6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，否則晶閘管在陽極電流達(dá)到擎住電流之前，觸發(fā)信號減弱，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題。

在實(shí)際系統(tǒng)中，采用電平觸發(fā)，以確保晶閘管可靠導(dǎo)通。

3.7過零開關(guān)技術(shù)

在調(diào)壓過程中，通過過零檢測而產(chǎn)生的信號來控制晶閘管門極觸發(fā)信號，保證其過零通斷，從而避免了在調(diào)壓過程中，由于晶閘管通斷對電網(wǎng)造成的污染。

由于采用了上述一系列措施，使這種電源在技術(shù)上是十分成熟的。

參考文獻(xiàn)

1張乃國.用“無觸點(diǎn)”取代“炭刷”——試論大功率交流穩(wěn)壓電源的改革.電源技術(shù)應(yīng)用，1999（3）40～42

2嚴(yán)振華，周銘等.一種新型電腦控制的電力穩(wěn)壓電源.電力電子技術(shù)，1998（4）

3沈耀忠，任志純.半導(dǎo)體開關(guān)元件原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，1996

4陳治明主編.電力電子器件基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992