新型电力稳压器中几个问题的讨论

2006-05-07 15:49:47来源: 电源技术应用

在新型无触点补偿式电力稳压器中,采用双向晶闸管作为开关器件。本文介绍该系统的基本工作原理,并分析存在的一些问题及其解决方法。

稳压器  晶闸管  变压器

1 引言

目前市场上的电力稳压器大多是采用伺服电机带动炭刷调整输出电压。它具有整机效率高、输出波形好及电路简单等优点,但由于有炭刷和机械传动造成其工作寿命短、响应速度慢。用“无触点”取代“炭刷”是目前大功率电力稳压器的发展方向。这里所说的“无触点”是指采用如双向晶闸管之类的功率器件代替炭刷,利用微电脑实现逻辑控制通过补偿变压器进行调压,从而达到延长使用寿命、加快响应速度、提高可靠性的目的。

2 系统基本原理

稳压器主要由主电路、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。图中各电压有如下关系:

    由图1可知,微电脑通过电压采样电路检测并计算出需要补偿的电压△U,由驱动系统改变双向晶闸管导通组合来补偿输入电压(Ui),使稳压器的输出电压(Uo)保持稳定,从而达到稳压的目的(工作原理见参考文献1)。为使操作简单易行,充分利用微电脑的功能,设置了完善的自检系统。

3 几个问题的讨论

3.1 变压器的投入问题

与文献2相比,变压器投入造成合闸饱和所形成的浪涌电流较大。为减小铁心体积,一般变压器的工作磁感应强度Bm选在B-H曲线接近拐点处,合闸瞬间最坏情况是磁感应强度最大为2Bm+Br(剩磁),显然变压器将出现饱和,造成晶闸管损坏和电压波形的畸变。为防止合闸瞬间饱和,可选择Bm≤Bs/3。

3.2 触发驱动问题

晶闸管作为电流控制器件,当触发脉冲的持续时间较小时,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,阳极电流上升率较低,若不施加较强的宽脉冲触发,则晶闸管往往不能维持导通状态。考虑负载是感性的,本系统采用电平触发,其缺点是晶闸管损耗较大。

3.3 晶闸管阻断问题

晶闸管是一种雪崩式器件,这种器件的导通是由于在中间集电结上载流子的成倍增加引起的,在应用过程中,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,在换流过程中,电感两端会产生很高的反电动势,这个异常电压加在晶闸管两端,容易引起晶闸管损坏。为防止这种情况,通常应采用浪涌电压吸收电路。

3.4 dv/dt、di/dt效应问题

晶闸管的断态电压上升率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,采用前沿陡峻的强电平触发以增大初始导通面积,进而改善di/dt容量。

由于dv/dt较大引起的误触发和di/dt过大引起的晶闸管击穿现象,其后果是十分严重的。从图1可以看出,这种情况的出现会导致直通现象,造成晶闸管的损坏甚至损坏变压器。在电路设计中,采用可靠的晶闸管通断检测及限流措施,可以避免这种故障的发生。

3.5 过电压及过电流保护措施

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)雷电侵入时的浪涌电压;

(4)直流回路断路时产生的浪涌电压。

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变压器磁能。为避免雷电侵入时产生的浪涌电压,可采用半导体避雷器。

在系统中,为避免误触发引起的直通现象,可以采用如下技术措施:

(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信号每组只有一个有效,再利用74LS273和防环流逻辑电路(PAL16V8),以确保即使在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及其它抗干扰措施,以防止误触发现象的产生。

(2)确保换向可靠。在正常工作时,往往要改变补偿电压的大小,即调整晶闸管的导通组合。如果换向的时机或者组合不当就会形成直通而损坏晶闸管。在设计中采用过零点切换技术,最关键的是准确检测晶闸管的工作状态。为此,采取软、硬件结合和互锁技术,确保开关工作准确无误。实际运行结果表明上述技术是可行的。

3.6 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,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,采用电平触发,以确保晶闸管可靠导通。

3.7 过零开关技术

在调压过程中,通过过零检测而产生的信号来控制晶闸管门极触发信号,保证其过零通断,从而避免了在调压过程中,由于晶闸管通断对电网造成的污染。

由于采用了上述一系列措施,使这种电源在技术上是十分成熟的。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2104.html
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