基于晶閘管整流器全關(guān)斷檢測電路的設(shè)計

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(guān)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(guān)斷檢測方案準(zhǔn)確可行的結(jié)論。全關(guān)斷的輸出信號與上述兩種信號進行綜合利用,從而準(zhǔn)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(dāng)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(jié)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(guān)鍵的技術(shù)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(guān)斷檢測電路板。

　　2 幾種關(guān)斷檢測方法的比較

　　要實現(xiàn)邏輯無環(huán)流的準(zhǔn)確穩(wěn)定運行，最關(guān)鍵的是如何準(zhǔn)確判斷正組整流器的全關(guān)斷時刻。因為如果判斷關(guān)斷提前，而實際上正組整流器還沒有全關(guān)斷，這時按設(shè)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(shè)備的安全構(gòu)成嚴(yán)重危害;如果判斷關(guān)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(guān)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(guān)斷，習(xí)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(yù)先設(shè)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(yán)重，容易造成誤判，而且過零檢測程序與復(fù)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(dāng)過零信號反轉(zhuǎn)時，實際上還有一定電流，整流器并沒有真正關(guān)斷，且處于續(xù)流狀態(tài)。如果放電正常，通過軟件延時適當(dāng)時間，可以控制在正組整流器真正關(guān)斷時再開通負組整流器，其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(jié)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(yù)先設(shè)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(yán)重，容易造成誤判，而且過零檢測程序與復(fù)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(dāng)過零信號反轉(zhuǎn)時，實際上還有一定電流，整流器并沒有真正關(guān)斷，且處于續(xù)流狀態(tài)。如果放電正常，通過軟件延時適當(dāng)時間，可以控制在正組整流器真正關(guān)斷時再開通負組整流器，其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(jié)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。