專利名稱：智能化晶閘管觸發(fā)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種智能化晶閘管觸發(fā)板，尤其是指一種用于三相電阻性或電感性負(fù)載、特別是適用于以三相變壓器為晶閘管負(fù)載且變壓器次級(jí)可能不平衡的晶閘管觸發(fā)板。晶閘管是一種重要的電力電子器件，廣泛應(yīng)用于變流技術(shù)中，而晶閘管的正常工作，又與門極觸發(fā)電路的性能密切相關(guān)。
現(xiàn)有的晶閘管觸發(fā)電路可以分為兩類1、以專用的晶閘管觸發(fā)集成電路為核心，經(jīng)過脈沖變壓輸出的觸發(fā)脈沖，脈沖寬度限于1ms以內(nèi)，直接應(yīng)用情況下僅適用于電阻性負(fù)載。如果用于電感性負(fù)載，必須加寬脈沖，這樣就增加了驅(qū)動(dòng)電路和晶閘管門極電路的功耗。例如用小功率晶閘管觸發(fā)大功率晶閘管等方法，都使得驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化。這種電路不具有檢測(cè)晶閘管導(dǎo)通角的功能、運(yùn)行和故障指示功能、缺相保護(hù)功能、限流和過流保護(hù)功能。
2、以微處理機(jī)為核心的直接數(shù)字觸發(fā)電路，這種電路不用說明書1中所述的專用晶閘管觸發(fā)集成電路，使整個(gè)觸發(fā)電路可能簡(jiǎn)化。但應(yīng)用于感性負(fù)載時(shí)，仍存在說明書1中所述的缺點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，達(dá)了使用寬度為1ms的窄脈沖，但能夠確保晶閘管在三相電阻性或電感性負(fù)載、特別是以三相變壓器為負(fù)載且變壓器次級(jí)可能不平衡的情況下，可靠地工作；并且增加了說明書1、2中所不具有的工作方式選擇功能、運(yùn)行和故障指示功能、缺相保護(hù)功能、限流和過流保護(hù)功能，使得本實(shí)用新型使用方便、保護(hù)功能完善、設(shè)備運(yùn)行安全。
本實(shí)用新型技術(shù)方案以微處理機(jī)核心，配置有多路模擬量和開關(guān)量輸入電路、開關(guān)量輸出電路；包括交流電源同步電路，能夠直接觸發(fā)300A晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)定導(dǎo)通角的輸入電路，工作方式選擇電路，運(yùn)行和故障指示電路，缺相保護(hù)電路，限流和過流保護(hù)電路，獨(dú)特的晶閘管導(dǎo)通檢測(cè)電路。同步信號(hào)取自三相交流電源的A相。8098運(yùn)行的導(dǎo)通角控制程序的總的原則是，根據(jù)導(dǎo)通角的設(shè)定值，以同步信號(hào)為基準(zhǔn)，決定發(fā)出A、B和C各相觸發(fā)脈沖的時(shí)間，從而達(dá)到對(duì)導(dǎo)通角設(shè)定值的要求。程序每20ms順序檢查三相電源缺相情況，主回路電流值，分別計(jì)算各相晶閘管正、負(fù)半周的導(dǎo)通角，判斷正負(fù)半周導(dǎo)通角是否接近以及是否有半周不導(dǎo)通情況，并給以相應(yīng)的處理，同時(shí)將反映運(yùn)行情況是否正常的信號(hào)送至LED指示，正常工作時(shí)LED不亮，異常時(shí)LED亮，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。程序?qū)?dǎo)通角的控制原則之一是，導(dǎo)通角增大時(shí)，必須分別考察各相已達(dá)到的導(dǎo)通角，如果因各相負(fù)載情況各異，某一相導(dǎo)通角已接近最大值，則該相導(dǎo)通角不再增大。程序?qū)?dǎo)通角控制的另一原則是，如果主回路電流已達(dá)設(shè)定值，則導(dǎo)通角不再增大；如果主回路電流超過設(shè)定值，則減小導(dǎo)通角；若減速小導(dǎo)通角而不能使主回路電流降至設(shè)定值以下，則判為設(shè)備故障，切斷所有晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。


圖1至圖7展示了本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
圖1為整個(gè)智能化觸發(fā)板硬件框圖；圖2為主機(jī)線路原理圖；圖3為同步信號(hào)電路圖；圖4為驅(qū)動(dòng)電路圖；圖5為導(dǎo)通角檢測(cè)電路圖；圖6為缺相保護(hù)電路圖；圖7為限流和過流保護(hù)電路圖。
智能化晶閘管觸發(fā)板是晶閘管三相交流調(diào)壓器的一個(gè)組成單元?？梢愿鶕?jù)交流調(diào)壓器整機(jī)特點(diǎn)，選擇不同的結(jié)構(gòu)形式。本實(shí)施例為一個(gè)120×245mm2的印刷電路板，制成兩組金手指，一組與標(biāo)準(zhǔn)44芯插座相配合，另一組與標(biāo)準(zhǔn)的30芯插座相配合。整個(gè)智能化觸發(fā)板硬件框圖如圖1所示，該板以微處理機(jī)主機(jī)為核心，配置有多路模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入電路和開關(guān)量輸出電路；包括同步電路，能夠直觸發(fā)300A晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)定導(dǎo)通角的模擬量輸入電路和串行通訊電平轉(zhuǎn)換電路，運(yùn)行和故障指示電路，缺相保護(hù)電路，限流和過流保護(hù)電路。
主機(jī)由單片微處理機(jī)8098、外部只讀存貯器2764、譯碼及相應(yīng)的控制電路組成，如圖2所示。8098的地址線低8位與數(shù)據(jù)線共用，當(dāng)8098的ALE信號(hào)負(fù)跳沿出現(xiàn)時(shí)，地址信息被74LS373鎖存，作為低位地址A0～A7與8098的高位地址A8～A15共同形成64KB尋址能力。外部EPROM存儲(chǔ)器用于存放程序和常數(shù)，選用了2764，其13位地址線為A0～A13，總?cè)萘繛?KB，地址范圍為2000H～3FFFH。工作方式選擇電路由三態(tài)緩沖器74LS244和多位開關(guān)組成，74L5244的輸出端接數(shù)據(jù)總線D0～D7，輸入端接多位開關(guān)K，74LS244占地址4000H。R1，R2和光耦O1構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路，光耦輸入端接上位機(jī)RS-232C串行接口的TXD和END端。多位開關(guān)K的K0位ON，8098的RXD端接收來自上位機(jī)的串行通訊數(shù)據(jù)，并將這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的導(dǎo)通角；多位開關(guān)K的K0位OFF，程序?qū)⒙?lián)接于8098模擬量輸入端ACH4的0～5伏的控制電壓，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的導(dǎo)通角。
同步電路如圖3所示。同步信號(hào)取自三相電源的A相，由同步變壓器引出的AC15V正弦交流信號(hào)，經(jīng)R7、R11和C15組成的T型濾波電路濾除干擾脈沖，然后加到比較器LM339的輸入端6、7，輸出端1產(chǎn)生周期為20ms、占空比50％的方波，作為同步信號(hào)接至高速輸入端HSI.O，方波的上升沿和下降沿即為A相電源的過零時(shí)刻。由于A、B和C三相之間有固定的120°相位差，B、C相的硬件同步信號(hào)電路不用，由程序以延遲方式確定B、C相的交流過零點(diǎn)。LM339輸入端6、7之間的二極管是用以保護(hù)LM339，防止輸入電壓過高。
圖4為驅(qū)動(dòng)電路。8098的高速輸出HSO.0～HSO.2，分別輸出觸發(fā)A、B和C相晶閘管的寬度為1ms的脈沖。PWM輸出周期為64μs、占空比為50％的方波。下面以A相為例進(jìn)一步說明。來自PWM和HSO.0的兩個(gè)信號(hào)送入74LS08的輸入端12和13，PWM信號(hào)調(diào)制HSO.0的輸出，成為持續(xù)時(shí)間為1ms的脈沖串。集成電路75491是推動(dòng)級(jí)，脈沖串經(jīng)75491增強(qiáng)后由13腳輸出，接至中功率管BU407的基極，BU407工作在飽合/截止的脈沖工作狀態(tài)。BU407的集電極供電電壓達(dá)24伏，經(jīng)脈沖變壓器耦合至晶閘管門極，能夠可靠地觸發(fā)容量為300A的晶閘管。B、C相的驅(qū)動(dòng)電路與A相一致。
導(dǎo)通角檢測(cè)電路如圖5所示。下面以A相為例說明。晶閘管的陰極和陽極上接有電壓取樣電阻R23和R24，741型運(yùn)放U7和R23、R25、R24、R22組成了典型的差動(dòng)放大電路，U7輸入端的二極管起保護(hù)作用。741型運(yùn)放U8起整形放大作用，輸出幅值為±5伏的方波，這個(gè)方波的波形隨導(dǎo)通角而變，代表了晶閘管的導(dǎo)通情況。這個(gè)方波經(jīng)R19限流后加到光耦U15的a、b端，光耦輸出端接LM339的輸入端10、11，經(jīng)LM339整形后，方波信號(hào)送到8098的高速輸入端HSI.1。加入HSI.1的方波信號(hào)的上升沿和下降沿對(duì)8098是“事件”，能夠引起程序的中斷，8098響應(yīng)這個(gè)中斷后，經(jīng)計(jì)算確定出導(dǎo)通角的大小，判斷晶閘管的導(dǎo)通情況。B相、C相導(dǎo)通角檢測(cè)電路及原理與A相相同。
缺相保護(hù)電路如圖6所示。UA、UB和UC接自三相電源，E為電源的零線，RA、RB和RC阻值相同，在三相完全平衡的情況下，M點(diǎn)到E的電壓為0伏，但如果平衡情況稍差，則M點(diǎn)有一不大的交流電壓Vs。然而如果缺少某一相，則M點(diǎn)電壓立即躍至較高的數(shù)值(如果M點(diǎn)不接負(fù)載為110伏)，這個(gè)電壓經(jīng)由DA、RM、CM組成的整流濾波電路后，加至光耦的輸入端。光耦的輸出端接有電位器，電位器的輸出接8098的模擬量輸入端ACH5。調(diào)整電位器可以改變這個(gè)缺相檢測(cè)電路的靈敏度，使之對(duì)Vs不起作用。程序每20ms檢查一次模擬量輸入端ACH5，判斷是否缺相，如有缺相，則立即切斷全部晶閘管，保護(hù)設(shè)備安全。
圖7為限流和過保護(hù)電路。由R51、R50、C16、C17及D9～D14組成三相全波整流和濾波電路。主回路電流信號(hào)經(jīng)電流互感器送至三相全波整流電路的輸入端IA、IB和IC，整流濾波后的直流電壓信號(hào)加至光耦的輸入端，光耦的輸出端接限流值設(shè)置電位器。電位器輸出接8098的模擬量輸入端ACH7。程序運(yùn)行中每隔20ms檢查一次ACH7的直流電壓，如判斷主回路的電流值達(dá)到設(shè)置的限流值，則程序不再增加導(dǎo)通角。如果程序減小了導(dǎo)通角，但主回路的電流值仍不減小，則說明有故障，程序立即切斷所有的晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種智能化晶閘管觸發(fā)板，其特征在于該板以微處理機(jī)主機(jī)為核心，配置有多路模擬量輸入電路、開關(guān)量輸入電路和開關(guān)量輸出電路；該板包括同步電路，能夠直接觸發(fā)300A晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)定導(dǎo)通角的輸入電路，工作方式選擇電路，運(yùn)行和故障指示電路，缺相保護(hù)電路，限流和過流保護(hù)電路，獨(dú)特的晶閘管導(dǎo)通角檢測(cè)電路；微處理機(jī)主機(jī)由單片微處理機(jī)8098、外部只讀存儲(chǔ)器2764、譯碼及相應(yīng)的控制電路連接而成，其中模擬量輸入聯(lián)接于8098的A/D輸入端，開關(guān)量輸入聯(lián)接于8098的高速輸入端HSI，開關(guān)量輸出聯(lián)接到9098的高速輸出端HSO，工作方式選擇電路聯(lián)接于處理機(jī)的數(shù)據(jù)總線和控制總線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化晶閘管觸發(fā)板，其特征在于設(shè)定導(dǎo)通角的信號(hào)來源有兩個(gè)，一個(gè)是聯(lián)接于8098的模擬量輸入端ACH4，接受0～5伏的控制電壓，由程序轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌膶?dǎo)通角控制量；另一個(gè)是由串行通訊口RXD接收來自上位機(jī)的串行通訊數(shù)據(jù)，并將這個(gè)數(shù)據(jù)由程序轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的導(dǎo)通角，作方式選擇開關(guān)K的K0位決定設(shè)定導(dǎo)通數(shù)據(jù)來源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化晶閘管觸發(fā)板，其特征在于晶閘管導(dǎo)通角檢測(cè)電路共3組，都是由電阻分壓電路、兩級(jí)運(yùn)放構(gòu)成的整形電路、光電耦合器和濾波電路組成，信號(hào)聯(lián)接至HSI.1、HSI.2和HSI.3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化晶閘管觸發(fā)板，其特征在于缺相保護(hù)電路由缺相檢測(cè)電路、靈敏度調(diào)整電位器及光電耦合器組成，缺相信號(hào)聯(lián)接到8098的模擬量輸入口ACH5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化晶閘管觸發(fā)板，其特征在于限流和過流保護(hù)電路由主回路電流檢測(cè)電路、電流值設(shè)定電位器及光電耦器組成，電流信號(hào)聯(lián)接到8098的模擬量輸入口ACH7。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種智能化晶閘管觸發(fā)板，特征在于該板以微處機(jī)主機(jī)為核心，配置有多路模擬量及開關(guān)量輸入，多路開關(guān)量輸出；具有能夠直接觸發(fā)300A晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路，控制導(dǎo)通角的輸入電路，工作方式選擇電路，運(yùn)行和故障指示電路，缺相保護(hù)電路，限流和過流保護(hù)電路，獨(dú)特的晶閘管導(dǎo)通角檢測(cè)電路。該實(shí)用新型能在20ms內(nèi)檢測(cè)到反并聯(lián)晶閘管中的一個(gè)導(dǎo)通而另一個(gè)不導(dǎo)通的故障并立即給以處理。
文檔編號(hào)H02H7/122GK2229729SQ95207179
公開日1996年6月19日 申請(qǐng)日期1995年4月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月5日
發(fā)明者胡玉祥, 田成方, 李晉宏, 高廉榮, 邰克政, 李溯, 李宇成, 劉高軍 申請(qǐng)人:北方工業(yè)大學(xué)