高壓軟起動器觸發(fā)系統(tǒng)的研究

【摘要】高壓軟起動裝置能可靠安全地運行，其隔離技術(shù)已成為重要的研究技術(shù)。晶閘管組件完成開關(guān)動作，實際就是提供一個具有一定寬度的門極觸發(fā)脈沖去觸發(fā)各個晶閘管單元使之導(dǎo)通。由于觸發(fā)控制信號由處于低壓側(cè)的控制系統(tǒng)發(fā)出，而各個晶閘管單元處于高壓電位下，為了在觸發(fā)信號有效接收發(fā)送的同時保證低壓側(cè)的控制系統(tǒng)不受高壓側(cè)系統(tǒng)裝置運行情況的影響，觸發(fā)系統(tǒng)與主電路電位隔離是極其重要的。本文分別介紹三種適用于高壓隔離下的觸發(fā)系統(tǒng)，并分析其異同。

【關(guān)鍵詞】零序注入法；載波調(diào)制；電壓空間矢量；三電平逆變器

1.引言

軟起動裝置的觸發(fā)系統(tǒng)主要分為三類：電磁觸發(fā)系統(tǒng)、直接光觸發(fā)系統(tǒng)和間接光纖觸發(fā)系統(tǒng)。下文將對三類觸發(fā)系統(tǒng)的原理和優(yōu)劣一一進(jìn)行分析對比，得到適合高壓軟起動裝置的觸發(fā)系統(tǒng)。

2.電磁觸發(fā)系統(tǒng)

電磁觸發(fā)系統(tǒng)通過脈沖變壓器把低電位的能量送到位于高壓側(cè)的晶閘管驅(qū)動板。通過這種方式能夠保證高低壓電位隔離，同時滿足觸發(fā)功率的要求。這種觸發(fā)方式簡單，有很多優(yōu)點，在低壓晶閘管觸發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛，直接把低電位的能量送到高電位的晶閘管驅(qū)動板，因而晶閘管驅(qū)動板的工作電源不受裝置主回路工作狀態(tài)的影響，其可靠性較高。但是，應(yīng)用在高壓領(lǐng)域，該方法存在如下不足：

（1）脈沖變壓器回路中的漏感將使觸發(fā)脈沖上升沿陡度大大下降，特別是當(dāng)電壓等級較高時，為了保證脈沖變壓器具有足夠的絕緣能力，原、副邊的漏抗將大大增大，進(jìn)一步造成觸發(fā)脈沖前沿陡度下降，這對晶閘管串聯(lián)閥組的同時觸發(fā)是極為不利的。

（2）脈沖變壓器原、副邊的分布電容形成了高頻干擾通道，換相或雷電沖擊時，容易引起誤觸發(fā)，因而其抗干擾能力差。

（3）在電壓等級很高時，電磁觸發(fā)方式很難準(zhǔn)確地將監(jiān)測信號傳遞到低電位，因而難以實現(xiàn)晶閘管的在線監(jiān)測。

3.光觸發(fā)系統(tǒng)

脈沖變壓器隔離電壓通常只有幾百伏或幾千伏左右，若要制作更高耐壓的脈沖變壓器，技術(shù)上比較困難。因此需要尋求一種新的方法，來彌補這種不足。

光纖的隔離電壓幾乎沒有限制，只要選擇合適的光纖種類和光纖長度，可以制作出任何電壓等級的觸發(fā)裝置。所以，光纖觸發(fā)系統(tǒng)是在高壓領(lǐng)域觸發(fā)晶閘管的首選。

在晶閘管光纖觸發(fā)系統(tǒng)中，分別存在兩種觸發(fā)方式：直接光觸發(fā)系統(tǒng)和間接光觸發(fā)系統(tǒng)。

3.1 直接光觸發(fā)系統(tǒng)

直接光纖觸發(fā)系統(tǒng)是將輸入的電觸發(fā)脈沖信號通過電—光轉(zhuǎn)換為光脈沖，直接觸發(fā)高電位的光控晶閘管。光控晶閘管元件可以直接用一定波長、一定能量強度的光脈沖觸發(fā)導(dǎo)通，電觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)楣饷}沖后，經(jīng)過光纖傳遞直接作用于晶閘管元件門極，觸發(fā)可靠性優(yōu)異。雖然直接光觸發(fā)系統(tǒng)是發(fā)展趨勢，由于光控晶閘管國內(nèi)基本無定型產(chǎn)品，而國外產(chǎn)品價格昂貴，限制了其大范圍的使用。

3.2 間接光觸發(fā)系統(tǒng)

光纖觸發(fā)方法是將低位觸發(fā)脈沖信號送到高位，經(jīng)處理后耦合到晶閘管門極。低電位的的觸發(fā)脈沖信號首先經(jīng)過電-光轉(zhuǎn)換為光脈沖信號；光脈沖信號通過低功耗光纖傳輸?shù)桨惭b在晶閘管組件上的光-電脈沖轉(zhuǎn)換器；光-電脈沖轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖再經(jīng)過功率放大最后拖加到晶閘管單元的門極上，使晶閘管單元觸發(fā)導(dǎo)通。整個觸發(fā)信號傳輸過程實際上是一個電-光再到光-電信號轉(zhuǎn)換過程。具體信號的光纖收發(fā)電路如圖1所示。

這種間接光觸發(fā)的突出優(yōu)點是：高、低壓之間沒有直接的電的聯(lián)系，解決了高壓隔離問題，觸發(fā)信號在傳輸途中不會受到電磁干擾，極大限度地減少了脈沖受電磁干擾的機會，可以保證觸發(fā)波形的強度、陡度一致性等。

4.間接光纖觸發(fā)系統(tǒng)工作分析

4.1 光纖發(fā)送電路

其功能是將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為光脈沖信號。主要由光源和驅(qū)動電路構(gòu)成。由于在觸發(fā)系統(tǒng)中光纖通信系統(tǒng)主要用于克服電磁干擾和實現(xiàn)高低壓電隔離，可選用適合中低速率和短距離傳輸?shù)陌l(fā)光二極管（LED）作為光源。

4.2 光纖接收電路

其功能是將低電位中觸發(fā)脈沖經(jīng)光纖發(fā)送電路轉(zhuǎn)換的光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖，它主要由光檢測器和前置放大器構(gòu)成，如圖3所示。

4.3 耦合取能電路

為了減小晶閘管開通和關(guān)斷過程中的過電壓，晶閘管都配有阻容吸收電路。當(dāng)晶閘管處于關(guān)斷時，通過RC進(jìn)行電壓耦合取能，為觸發(fā)電路提供電源。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通時，通過電流變壓器來代替，進(jìn)行電流耦合取能。但是，耦合取能電路得到的電壓紋波比較大，需要進(jìn)行一定的處理才能供后續(xù)電路使用。

5.結(jié)論

高壓軟起動中晶閘管閥高低壓光纖通信隔離技術(shù)，不僅能實現(xiàn)電隔離，也能防止電磁干擾。這種方案性能可靠，成本也低，能廣泛應(yīng)用于晶閘管的各種場合，有極大的推廣價值。

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