新型電力穩(wěn)壓器中幾個問題的討論

　　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。

　　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)動及報(bào)警接口電路等單元構(gòu)成。

　　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。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)時間較小時，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，在換流過程中，電感兩端會產(chǎn)生很高的反電動勢，這個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）雷電侵入時的浪涌電壓；

　�。�4）直流回路斷路時產(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)生的變壓器磁能。為避免雷電侵入時產(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。

[$page]　　(2)確保換向可靠。在正常工作時，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。如果換向的時機(jī)或者組合不當(dāng)就會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。