CN2229729Y

CN2229729Y - 智能化晶闸管触发板

Info

Publication number: CN2229729Y
Application number: CN 95207179
Authority: CN
Inventors: 胡玉祥; 田成方; 李晋宏; 高廉荣; 邰克政; 李溯; 李宇成; 刘高军
Original assignee: North China University of Technology
Current assignee: North China University of Technology
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2005-04-05

Abstract

本实用新型涉及一种智能化晶闸管触发板，特征在于：该板以微处机主机为核心，配置有多路模拟量及开关量输入，多路开关量输出；具有能够直接触发300A晶闸管的驱动电路，控制导通角的输入电路，工作方式选择电路，运行和故障指示电路，缺相保护电路，限流和过流保护电路，独特的晶闸管导通角检测电路。该实用新型能在20ms内检测到反并联晶闸管中的一个导通而另一个不导通的故障并立即给以处理。

Description

智能化晶闸管触发板

本实用新型涉及一种智能化晶闸管触发板，尤其是指一种用于三相电阻性或电感性负载、特别是适用于以三相变压器为晶闸管负载且变压器次级可能不平衡的晶闸管触发板。晶闸管是一种重要的电力电子器件，广泛应用于变流技术中，而晶闸管的正常工作，又与门极触发电路的性能密切相关。

现有的晶闸管触发电路可以分为两类：

1、以专用的晶闸管触发集成电路为核心，经过脉冲变压输出的触发脉冲，脉冲宽度限于1ms以内，直接应用情况下仅适用于电阻性负载。如果用于电感性负载，必须加宽脉冲，这样就增加了驱动电路和晶闸管门极电路的功耗。例如用小功率晶闸管触发大功率晶闸管等方法，都使得驱动电路复杂化。这种电路不具有检测晶闸管导通角的功能、运行和故障指示功能、缺相保护功能、限流和过流保护功能。

2、以微处理机为核心的直接数字触发电路，这种电路不用说明书1中所述的专用晶闸管触发集成电路，使整个触发电路可能简化。但应用于感性负载时，仍存在说明书1中所述的缺点。

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，达了使用宽度为1ms的窄脉冲，但能够确保晶闸管在三相电阻性或电感性负载、特别是以三相变压器为负载且变压器次级可能不平衡的情况下，可靠地工作；并且增加了说明书1、2中所不具有的工作方式选择功能、运行和故障指示功能、缺相保护功能、限流和过流保护功能，使得本实用新型使用方便、保护功能完善、设备运行安全。

本实用新型技术方案以微处理机核心，配置有多路模拟量和开关量输入电路、开关量输出电路；包括交流电源同步电路，能够直接触发300A晶闸管的驱动电路，设定导通角的输入电路，工作方式选择电路，运行和故障指示电路，缺相保护电路，限流和过流保护电路，独特的晶闸管导通检测电路。同步信号取自三相交流电源的A相。8098运行的导通角控制程序的总的原则是，根据导通角的设定值，以同步信号为基准，决定发出A、B和C各相触发脉冲的时间，从而达到对导通角设定值的要求。程序每20ms顺序检查三相电源缺相情况，主回路电流值，分别计算各相晶闸管正、负半周的导通角，判断正负半周导通角是否接近以及是否有半周不导通情况，并给以相应的处理，同时将反映运行情况是否正常的信号送至LED指示，正常工作时LED不亮，异常时LED亮，发出报警信号。程序对导通角的控制原则之一是，导通角增大时，必须分别考察各相已达到的导通角，如果因各相负载情况各异，某一相导通角已接近最大值，则该相导通角不再增大。程序对导通角控制的另一原则是，如果主回路电流已达设定值，则导通角不再增大；如果主回路电流超过设定值，则减小导通角；若减速小导通角而不能使主回路电流降至设定值以下，则判为设备故障，切断所有晶闸管，并发出报警信号。

图1至图7展示了本实用新型的一个实施例，下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

图1为整个智能化触发板硬件框图；

图2为主机线路原理图；

图3为同步信号电路图；

图4为驱动电路图；

图5为导通角检测电路图；

图6为缺相保护电路图；

图7为限流和过流保护电路图。

智能化晶闸管触发板是晶闸管三相交流调压器的一个组成单元。可以根据交流调压器整机特点，选择不同的结构形式。本实施例为一个120×245mm²的印刷电路板，制成两组金手指，一组与标准44芯插座相配合，另一组与标准的30芯插座相配合。整个智能化触发板硬件框图如图1所示，该板以微处理机主机为核心，配置有多路模拟量输入电路、开关量输入电路和开关量输出电路；包括同步电路，能够直触发300A晶闸管的驱动电路，设定导通角的模拟量输入电路和串行通讯电平转换电路，运行和故障指示电路，缺相保护电路，限流和过流保护电路。

主机由单片微处理机8098、外部只读存贮器2764、译码及相应的控制电路组成，如图2所示。8098的地址线低8位与数据线共用，当8098的ALE信号负跳沿出现时，地址信息被74LS373锁存，作为低位地址A₀～A₇与8098的高位地址A₈～A₁₅共同形成64KB寻址能力。外部EPROM存储器用于存放程序和常数，选用了2764，其13位地址线为A₀～A₁₃，总容量为8KB，地址范围为2000H～3FFFH。工作方式选择电路由三态缓冲器74LS244和多位开关组成，74L5244的输出端接数据总线D₀～D₇，输入端接多位开关K，74LS244占地址4000H。R₁，R₂和光耦O₁构成电平转换电路，光耦输入端接上位机RS-232C串行接口的TXD和END端。多位开关K的K0位ON，8098的RXD端接收来自上位机的串行通讯数据，并将这个数据转变为相应的导通角；多位开关K的K0位OFF，程序将联接于8098模拟量输入端ACH4的0～5伏的控制电压，转变为相应的导通角。

同步电路如图3所示。同步信号取自三相电源的A相，由同步变压器引出的AC15V正弦交流信号，经R₇、R₁₁和C₁₅组成的T型滤波电路滤除干扰脉冲，然后加到比较器LM339的输入端6、7，输出端1产生周期为20ms、占空比50％的方波，作为同步信号接至高速输入端HSI.O，方波的上升沿和下降沿即为A相电源的过零时刻。由于A、B和C三相之间有固定的120°相位差，B、C相的硬件同步信号电路不用，由程序以延迟方式确定B、C相的交流过零点。LM339输入端6、7之间的二极管是用以保护LM339，防止输入电压过高。

图4为驱动电路。8098的高速输出HSO.0～HSO.2，分别输出触发A、B和C相晶闸管的宽度为1ms的脉冲。PWM输出周期为64μs、占空比为50％的方波。下面以A相为例进一步说明。来自PWM和HSO.0的两个信号送入74LS08的输入端12和13，PWM信号调制HSO.0的输出，成为持续时间为1ms的脉冲串。集成电路75491是推动级，脉冲串经75491增强后由13脚输出，接至中功率管BU407的基极，BU407工作在饱合/截止的脉冲工作状态。BU407的集电极供电电压达24伏，经脉冲变压器耦合至晶闸管门极，能够可靠地触发容量为300A的晶闸管。B、C相的驱动电路与A相一致。

导通角检测电路如图5所示。下面以A相为例说明。晶闸管的阴极和阳极上接有电压取样电阻R₂₃和R₂₄，741型运放U₇和R₂₃、R₂₅、R₂₄、R₂₂组成了典型的差动放大电路，U₇输入端的二极管起保护作用。741型运放U₈起整形放大作用，输出幅值为±5伏的方波，这个方波的波形随导通角而变，代表了晶闸管的导通情况。这个方波经R₁₉限流后加到光耦U₁₅的a、b端，光耦输出端接LM339的输入端10、11，经LM339整形后，方波信号送到8098的高速输入端HSI.1。加入HSI.1的方波信号的上升沿和下降沿对8098是“事件”，能够引起程序的中断，8098响应这个中断后，经计算确定出导通角的大小，判断晶闸管的导通情况。B相、C相导通角检测电路及原理与A相相同。

缺相保护电路如图6所示。U_A、U_B和U_C接自三相电源，E为电源的零线，R_A、R_B和R_C阻值相同，在三相完全平衡的情况下，M点到E的电压为0伏，但如果平衡情况稍差，则M点有一不大的交流电压V_s。然而如果缺少某一相，则M点电压立即跃至较高的数值(如果M点不接负载为110伏)，这个电压经由D_A、R_M、C_M组成的整流滤波电路后，加至光耦的输入端。光耦的输出端接有电位器，电位器的输出接8098的模拟量输入端ACH5。调整电位器可以改变这个缺相检测电路的灵敏度，使之对V_s不起作用。程序每20ms检查一次模拟量输入端ACH5，判断是否缺相，如有缺相，则立即切断全部晶闸管，保护设备安全。

图7为限流和过保护电路。由R₅₁、R₅₀、C₁₆、C₁₇及D₉～D₁₄组成三相全波整流和滤波电路。主回路电流信号经电流互感器送至三相全波整流电路的输入端I_A、I_B和I_C，整流滤波后的直流电压信号加至光耦的输入端，光耦的输出端接限流值设置电位器。电位器输出接8098的模拟量输入端ACH7。程序运行中每隔20ms检查一次ACH7的直流电压，如判断主回路的电流值达到设置的限流值，则程序不再增加导通角。如果程序减小了导通角，但主回路的电流值仍不减小，则说明有故障，程序立即切断所有的晶闸管，并发出报警信号。

Claims

1、一种智能化晶闸管触发板，其特征在于：该板以微处理机主机为核心，配置有多路模拟量输入电路、开关量输入电路和开关量输出电路；该板包括同步电路，能够直接触发300A晶闸管的驱动电路，设定导通角的输入电路，工作方式选择电路，运行和故障指示电路，缺相保护电路，限流和过流保护电路，独特的晶闸管导通角检测电路；微处理机主机由单片微处理机8098、外部只读存储器2764、译码及相应的控制电路连接而成，其中模拟量输入联接于8098的A/D输入端，开关量输入联接于8098的高速输入端HSI，开关量输出联接到9098的高速输出端HSO，工作方式选择电路联接于处理机的数据总线和控制总线上。

2、根据权利要求1所述的智能化晶闸管触发板，其特征在于：设定导通角的信号来源有两个，一个是联接于8098的模拟量输入端ACH4，接受0～5伏的控制电压，由程序转变为不同的导通角控制量；另一个是由串行通讯口RXD接收来自上位机的串行通讯数据，并将这个数据由程序转变为相应的导通角，作方式选择开关K的K0位决定设定导通数据来源。

3、根据权利要求1所述的智能化晶闸管触发板，其特征在于：晶闸管导通角检测电路共3组，都是由电阻分压电路、两级运放构成的整形电路、光电耦合器和滤波电路组成，信号联接至HSI.1、HSI.2和HSI.3。

4、根据权利要求1所述的智能化晶闸管触发板，其特征在于：缺相保护电路由缺相检测电路、灵敏度调整电位器及光电耦合器组成，缺相信号联接到8098的模拟量输入口ACH5。

5、根据权利要求1所述的智能化晶闸管触发板，其特征在于：限流和过流保护电路由主回路电流检测电路、电流值设定电位器及光电耦器组成，电流信号联接到8098的模拟量输入口ACH7。