本發(fā)明涉及一種基于晶閘管開關(guān)快速投切電路,適用于無功補償領(lǐng)域。
背景技術(shù):
能源對于國民經(jīng)濟的制約作用越來越明顯,隨著工業(yè)化的進程,大型電力設(shè)備的應(yīng)用逐漸增加,工業(yè)領(lǐng)域的電力需求卻不斷增加,無功損耗亦逐步增高,造成巨大的能源浪費。同時,信息化設(shè)備、高精度數(shù)控設(shè)備的日益增多,致使目前的電力供需矛盾不僅體現(xiàn)在用電負荷上,同時電能質(zhì)量的問題也越發(fā)尖銳。因此,世界范圍內(nèi),特別是在工業(yè)發(fā)達國家,電能質(zhì)量治理得到了廣泛關(guān)注。與此同時,電力系統(tǒng)的無功功率補償、諧波治理、電壓波動等電能質(zhì)量問題在我國也顯得異常突出,這些問題都與國家提出的科學(xué)發(fā)展觀觀點相違背,嚴重阻礙了節(jié)約型社會的發(fā)展進程。
無功補償是當前電能質(zhì)量治理最為突出、緊迫的問題。目前普遍采用的裝置主要為靜比無功補償器(Static Var Compensator-SVC)。它主要包括:晶閘管投切電容型無功補償器(Thyristor Switched Capacitor-TSC),晶閘管控制電抗型無功補償器(Thyristor Controlled Reactor-TCR),磁閥控制電抗型無功補償器(Magnetically Controlled Reactor-MCR),TSC型無功補償轉(zhuǎn)置,采用晶閘管開關(guān)器件分組投切電容器技術(shù)改變裝置的無功出力,相比于TCR, MCR方式的無功補償裝置具有損耗小、成本低、安裝維護方便、可靠性高、應(yīng)用范圍寬、技術(shù)成熟等特點,是目前無功補償領(lǐng)域的主力軍。按照電容分組投切開關(guān)的類型,TSC型的補償裝置可以分為:(1)機械開關(guān)(包括斷路器、接觸器、繼電器等)分組投切電容器,但機械開關(guān)存在投切涌流、投切時間長及開關(guān)投切次數(shù)少等弊端。(2)復(fù)合開關(guān)分組投切電容器,復(fù)合開關(guān)將電力電子無觸點開關(guān)與機械開關(guān)相結(jié)合,在機械開關(guān)的通斷過程中,先期導(dǎo)通電力電子無觸點開關(guān),在機械開關(guān)完成通斷動作后,再關(guān)斷,避免了機械開關(guān)的投切涌流,卻依然不能解決開關(guān)的投切次數(shù)較少、開關(guān)過程時間長、切投間隔時間久等問題。(3)采用電力電子無觸點開關(guān)投切,由于其能在每個周波內(nèi)無應(yīng)力打開、關(guān)斷,采用此開關(guān)的TSC型無功補償裝置可以做到系統(tǒng)無功補償?shù)目焖?、精確,使系統(tǒng)運行于較高的功率因數(shù)下,有效的解決電力傳輸中的線損、設(shè)備容量能力,改善用戶端的電壓降低等特點,逐漸成為目前電容分組投切型無功補償設(shè)備的性能最為優(yōu)越的開關(guān)器件。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供一種晶閘管開關(guān)快速投切電路,設(shè)計具有良好的通用性,不僅在晶閘管端電壓存在過零情況下能夠安全、準確的觸發(fā)晶閘管,當晶閘管端電壓偏離電壓零點時,依然能在晶閘管端電壓最小值時將其觸發(fā),從而保證了系統(tǒng)的無功響應(yīng)時間,避免了電容電壓的持續(xù)上升問題。晶閘管開關(guān)投切準確、可靠,投切過程不產(chǎn)生電流涌流,能夠避免由于電壓波動而導(dǎo)致的晶閘管端電壓過零點消失的復(fù)雜工況,提高系統(tǒng)功率因數(shù),節(jié)約能源。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
晶閘管開關(guān)快速投切電路由晶閘管端電壓的差分采樣電路、晶閘管驅(qū)動脈沖信號發(fā)生電路、晶閘管驅(qū)動脈沖信號隔離放大電路構(gòu)成。
所述晶閘管端電壓的差分采樣電路中的ESD為靜電保護芯片,其內(nèi)阻遠小于采樣電阻Rs及反饋電阻RF,電阻R1與RF阻值相同。采樣信號來自晶閘管的K1、K2端,電壓分別記為VK1,VK2。通過調(diào)整電阻Rs與RF的阻值,可得到幅度適合的采樣信號。VSAM經(jīng)過的窗口比較器與Vth、Vth+比較即可捕獲VSAM信號經(jīng)過2.5V的時刻,即晶閘管的端電壓過零時刻。由于過零點采樣在2V位置,比2.5V位置提前,因此需要采用由R5與C1構(gòu)成的RC延時電路,通過R5對C1充放電,并將電容C1的電壓與參考電壓VREF比較,將過零信號VSYN延遲至接近2.5V對應(yīng)的時刻。
所述晶閘管驅(qū)動脈沖信號發(fā)生電路中,UlA為斯密特觸發(fā)器,其與C1、R1構(gòu)成震蕩電路,產(chǎn)生高頻脈沖,U1C、U1D完成觸發(fā)脈沖與高頻信號的疊加,高頻信號的頻率需要與隔離變壓器的特性相匹配。SIG1、SIG2觸發(fā)信號內(nèi)包含的高頻脈沖相位相反,因此每個時刻,電源Vs的僅對其中一路變壓器進行驅(qū)動,采用驅(qū)動分時技術(shù)大大降低電路的功耗,減少MOSFET的發(fā)熱,同時使U2對每路電流的檢測更為方便。
所述觸發(fā)脈沖信號經(jīng)過隔離放大電路送至晶閘管的控制端,U2完成信號放大,其EN腳由外部輸入,表示是否需要在過零點打開晶閘管開關(guān),U3為雙路MOSFET芯片,負責對隔離變壓器的驅(qū)動。U2芯片的SEN端采樣MOSFET管的驅(qū)動電流,當出現(xiàn)過流時進行保護。
本發(fā)明的有益效果是:觸發(fā)電路在復(fù)雜工況下,能夠準確、快速的將晶閘管觸發(fā),觸發(fā)過程不產(chǎn)生電流涌流,穩(wěn)定可靠,比傳統(tǒng)的晶閘管觸發(fā)電路性能有明顯提高。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明的晶閘管端電壓的差分采樣電路。
圖2是本發(fā)明的晶閘管驅(qū)動脈沖信號發(fā)生電路。
圖3是本發(fā)明的晶閘管驅(qū)動脈沖信號隔離放大電路。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1,晶閘管端電壓的差分采樣電路中的ESD為靜電保護芯片,其內(nèi)阻遠小于采樣電阻Rs及反饋電阻RF,電阻R1與RF阻值相同。采樣信號來自晶閘管的K1、K2端,電壓分別記為VK1,VK2。通過調(diào)整電阻Rs與RF的阻值,可得到幅度適合的采樣信號。VSAM經(jīng)過的窗口比較器與Vth、Vth+比較即可捕獲VSAM信號經(jīng)過2.5V的時刻,即晶閘管的端電壓過零時刻。由于過零點采樣在2V位置,比2.5V位置提前,因此需要采用由R5與C1構(gòu)成的RC延時電路,通過R5對C1充放電,并將電容C1的電壓與參考電壓VREF比較,將過零信號VSYN延遲至接近2.5V對應(yīng)的時刻。
如圖2,晶閘管驅(qū)動脈沖信號發(fā)生電路中,UlA為斯密特觸發(fā)器,其與C1、R1構(gòu)成震蕩電路,產(chǎn)生高頻脈沖,U1C、U1D完成觸發(fā)脈沖與高頻信號的疊加,高頻信號的頻率需要與隔離變壓器的特性相匹配。SIG1、SIG2觸發(fā)信號內(nèi)包含的高頻脈沖相位相反,因此每個時刻,電源Vs的僅對其中一路變壓器進行驅(qū)動,采用驅(qū)動分時技術(shù)大大降低電路的功耗,減少MOSFET的發(fā)熱,同時使U2對每路電流的檢測更為方便。
如圖3,觸發(fā)脈沖信號經(jīng)過隔離放大電路送至晶閘管的控制端,U2完成信號放大,其EN腳由外部輸入,表示是否需要在過零點打開晶閘管開關(guān),U3為雙路MOSFET芯片,負責對隔離變壓器的驅(qū)動。U2芯片的SEN端采樣MOSFET管的驅(qū)動電流,當出現(xiàn)過流時進行保護。