《電子技術應用》
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基于晶閘管整流器全關斷檢測電路的設計
摘要: 本文提出并介紹了歐姆邏輯無環(huán)流檢測的一種方案--晶閘管整流器全關斷檢測,并與軟件檢測和電流互感器檢測進行比較分析,最終得出晶閘管全關斷檢測方案準確可行的結論。全關斷的輸出信號與上述兩種信號進行綜合利用,從而準確可靠地實現(xiàn)了歐姆的邏輯無環(huán)流控制。
Abstract:
Key words :

 

本文提出并介紹了歐姆邏輯無環(huán)流檢測的一種方案--晶閘管整流器全關斷檢測,并與軟件檢測和電流互感器檢測進行比較分析,最終得出晶閘管全關斷檢測方案準確可行的結論。全關斷的輸出信號與上述兩種信號進行綜合利用,從而準確可靠地實現(xiàn)了歐姆的邏輯無環(huán)流控制。

  1 引言

  中國環(huán)流器2號A(HL—2A)是中國第一個具有偏濾器位形的大型受控核聚變研究裝置,其主機由德國ASDEX裝置主機主要部件經(jīng)適當改造而成,其磁場線圈所需的供電系統(tǒng)及其它的配套系統(tǒng)則完全由我院自行研制。

  歐姆線圈(OH)在HL—2A中的作用是擊穿氣體、建立、維持并加熱等離子體電流,因而為其供電的歐姆電源在裝置實驗中起著非常重要的作用。歐姆電源如圖1所示,有正負各兩組共計四組電源。

  圖1 歐姆電源示意圖

  其中1號和3號整流柜為正組,2號和4號整流柜為負組,正組輸出電壓1600V,負組800V,兩組的輸出電流都是30kA。

  隨著實驗的深入,實驗需求參數(shù)的不斷提高,就要求實現(xiàn)歐姆電源正負組的無環(huán)流運行。歐姆電源的邏輯無環(huán)流運行可分為以下幾個階段,正組整流階段為歐姆線圈充磁,開始放電時正組整流器快速進入逆變段,將氣體擊穿、維持等離子體電流上升,在正組電流過零后將正組封鎖,緊接著負組以整流狀態(tài)投入工作,繼續(xù)推動等離子體電流上升并維持平頂,平頂結束后負組以逆變方式控制等離子體電流下降,電流過零后封鎖負組,完成一次放電。對實驗來講,要實現(xiàn)邏輯無環(huán)流并確保裝置的安全,最關鍵的技術就是歐姆電流的過零檢測

  為了檢測歐姆的過零情況,可靠地實現(xiàn)邏輯無環(huán)流控制,對比實際情況,我們開發(fā)研制了晶閘管全關斷檢測電路板。

  2 幾種關斷檢測方法的比較

  要實現(xiàn)邏輯無環(huán)流的準確穩(wěn)定運行,最關鍵的是如何準確判斷正組整流器的全關斷時刻。因為如果判斷關斷提前,而實際上正組整流器還沒有全關斷,這時按設定的邏輯程序就把負組整流器開通,正組整流器和負組整流器之間就會形成大環(huán)流,則對電源設備的安全構成嚴重危害;如果判斷關斷延后,正組整流器和負組整流器之間切換的死區(qū)時間過長,則影響裝置放電以至放電失敗。

  全關斷檢測對電源系統(tǒng)安全和裝置放電的穩(wěn)定有著重要的影響。通常采用檢測整流器的直流輸出電流是否過零來判斷其是否關斷,習慣上就叫做過零檢測,下面是對幾種檢測方法的分析和比較。

  2.1 軟件過零檢測方法

  采用直流傳感器的信號,經(jīng)過采集板卡送入計算機,預先設置一個比較值,通過程序來比較,在檢測到電流值小于這個值的時候,則認為過零,由于大電流傳感器測量精度的局限性和現(xiàn)場干擾嚴重,容易造成誤判,而且過零檢測程序與復雜的裝置放電控制程序編在一起,只檢測第一次過零,在電流出現(xiàn)波動時,它不能判斷再過零,如圖2所示。

  圖2 軟件檢測過零時電流出現(xiàn)波動時過零判斷示意圖

  其中Utk2-OH為軟件檢測過零信號,I-OH為歐姆電源電流,因為互感器測量方向接反,所以歐姆電流顯示為負(下同)。當過零信號反轉時,實際上還有一定電流,整流器并沒有真正關斷,且處于續(xù)流狀態(tài)。如果放電正常,通過軟件延時適當時間,可以控制在正組整流器真正關斷時再開通負組整流器,其轉換死區(qū)時間的長短取決于傳感器的測量精度和程序速度。但如果放電不正常,正好在過零信號反轉,軟件延時時,等離子體電流破裂,其能量耦合到歐姆原邊,正組電流增加,續(xù)流時間增長,軟件又只檢測出一個過零點,如果在軟件延時(固定值)結束后開通負組整流器,此時正組整流器還在續(xù)流,將產(chǎn)生環(huán)流。

  采用直流傳感器的信號,經(jīng)過采集板卡送入計算機,預先設置一個比較值,通過程序來比較,在檢測到電流值小于這個值的時候,則認為過零,由于大電流傳感器測量精度的局限性和現(xiàn)場干擾嚴重,容易造成誤判,而且過零檢測程序與復雜的裝置放電控制程序編在一起,只檢測第一次過零,在電流出現(xiàn)波動時,它不能判斷再過零,如圖2所示。其中Utk2-OH為軟件檢測過零信號,I-OH為歐姆電源電流,因為互感器測量方向接反,所以歐姆電流顯示為負(下同)。

  當過零信號反轉時,實際上還有一定電流,整流器并沒有真正關斷,且處于續(xù)流狀態(tài)。如果放電正常,通過軟件延時適當時間,可以控制在正組整流器真正關斷時再開通負組整流器,其轉換死區(qū)時間的長短取決于傳感器的測量精度和程序速度。但如果放電不正常,正好在過零信號反轉,軟件延時時,等離子體電流破裂,其能量耦合到歐姆原邊,正組電流增加,續(xù)流時間增長,軟件又只檢測出一個過零點,如果在軟件延時(固定值)結束后開通負組整流器,此時正組整流器還在續(xù)流,將產(chǎn)生環(huán)流。

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