晶閘管在電力穩(wěn)壓器中的應(yīng)用

　　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(diào)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(yīng)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(guān)采用如晶閘管之類的器件，利用微電腦邏輯控制進行調(diào)壓。用無觸點控制取代伺服電機及炭刷進行調(diào)壓，從而延長使用壽命、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、檢測電路、控制電路、驅(qū)動及報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，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(dǎo)通組合來補償輸入電壓（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、維護簡單易行，充分利用微電腦功能強大的特點，設(shè)置了完善的自檢功能。 

　　晶閘管應(yīng)用中幾點值得注意的問題 

　　觸發(fā)驅(qū)動問題 

　　晶閘管作為開關(guān)器件，當(dāng)觸發(fā)脈沖的持續(xù)時間較短時，脈沖幅度必須相應(yīng)增加，同時脈沖寬度也取決于陽極電流達(dá)到擎住電流的時間。在本系統(tǒng)中，由于感性負(fù)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(dǎo)通狀態(tài)�？紤]負(fù)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(guān)器件，應(yīng)用過程中，影響關(guān)斷時間的因素有結(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)斷時間愈長；反壓越高，關(guān)斷時間愈短。 

　　在系統(tǒng)中，由于感性負(fù)載的存在，在換流時，電感兩端會產(chǎn)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(yīng)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(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，晶閘管就會誤導(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過大引起的誤導(dǎo)通和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。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(chǎn)生“環(huán)流”，造成晶閘管甚至變壓器的損壞。在電路設(shè)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(chǎn)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(zhuǎn)換時產(chǎn)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(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，同時還能吸收變壓器通斷時產(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。 

　　消除環(huán)流是該穩(wěn)壓器的一大關(guān)鍵問題，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(zhuǎn)換可靠。在正常工作時，經(jīng)常要改變補償電壓的大小，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的同時給S2觸發(fā)控制信號，實現(xiàn)晶閘管的轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)換的時機或者組合不當(dāng)就會形成環(huán)流，損壞晶閘管。在設(shè)計中采用了零點切換技術(shù)，即在電流過零時讓S1自然關(guān)斷，同時觸發(fā)S2使其導(dǎo)通。由此可見，在轉(zhuǎn)換過程中最關(guān)鍵的是準(zhǔn)確檢測電流過零信號。為此，采取軟、硬件結(jié)合及互鎖技術(shù)，確保過零信號的準(zhǔn)確無誤。實際運行表明：上述技術(shù)成功地解決了環(huán)流問題。 

　　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，否則晶閘管在陽極電流達(dá)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(dǎo)通。在關(guān)斷時，感性負(fù)載也會給晶閘管造成一些問題。 

　　在實際