光纖通訊技術在晶閘管觸發系統中的應用

吳亮

（山西大同大學物理與電子科學學院，山西大同037009）

隨著科學技術的不斷發展，世界上一些西方國家一直在對晶閘管觸發系統進行研究和發展，并試圖對能源短缺問題從根本上予以解決。作為我國非常重視的研究方向，其中的試驗裝置早在上世紀就被批準立項。其中高功率電源系統在這種變試驗裝置中包括一系列具有很高技術含量的組件系統。其中非常重要的子系統就是極向場電源系統，向相互耦合的12組極向場超導線圈供電的就是12組晶閘管變流器，從而對等離子體的平衡、加熱以及產生進行實時的控制。本文針對光纖通訊技術在晶閘管觸發系統中的應用進行了分析和探討，希望對大家有所幫助。

1 晶閘管觸發系統的現狀分析

2 EAST變流器簡介

變流器主回路在進行對整流線路進行并聯時采用的是三相橋式同逆流方式。其中的原理就是利用兩個相同的器件來作為反并聯連接，按照一定的規律從結構上將它們組合在一起，從而實現了兩組同相反極性的構成，要保證引線最大限度的與配置相靠近，在隨便一個時間段其通過的電流都具有各種相反的性質，在兩種不同器件的外部使它們所產生的一些磁性相互抵消[2]。從而使其中的許多線路電抗有效的減少，同時還可以使臂間、相間阻抗的對稱性增加。

3 觸發方案的比較

極向場電源晶閘管具有相當多的數量，其中有數百個晶閘管在運行的過程中發揮作用，在這種情況下，出現的電磁干擾強度非常高。在不斷地受到強電磁干擾的條件當中，晶閘管觸發系統中的觸發脈沖就會因為強干擾的影響，而出現晶閘管誤觸發或不觸發以及脈沖品質變差的現象[1]。晶閘管整流器常常處于高壓狀態下，電壓高達數千伏。作為一種低壓弱電系統，觸發控制系統要想使自身能夠正常安全的運行，必須要對其他的相關的元件采取相應的隔離措施。當前數千伏電壓的隔離問題能夠以光耦隔離方式和變壓器隔離方式而予以解決，然而在進行更高等級電壓隔離時就相對來說比較困難了，與此同時，長距離運輸過程中觸發系統的抗干擾問題也無法得以解決。為了使脈沖傳輸受干擾問題以及低壓電路高壓隔離問題得到有效的解決，就采取了晶閘管光纖觸發方案[2]。

3.1 直接電觸方式

材料變壓器隔離也就是所謂的直接電觸方式，在其中的相關元件將低電位觸發脈沖信號隔離之后，再輸送到其他的元件當中。由于這種方式是采用是一種比較落后的傳統方式，所以具有十分強大的電磁干擾，與此同時，在設計和制造其中一些高端元件時，在技術方面具有相當大的難度，很難解決干擾和隔離問題。

3.2 直接光觸發方式

將觸發脈沖信號向需要的信號種類進行轉化以后，就會引起其中的光控晶閘管的直接觸發。這種情況主要是在光纖中進行所有的過程，所以不會受到其中一些不利因素的影響，與此同時，由于光纖的優良的絕緣特性使得以前很多難以解決的問題得到了有效的解決。然而光控晶閘管在價格上有些使人難以接受，所以直到現在，仍然很難對這種方式予以采用。

3.3 間接光觸發方式

首先是光耦隔離觸發，經過光耦合器將觸發脈沖傳送到高位脈沖將電路放大，然而在電壓持續升高的時候，就會出現難以勝任的現象。光耦隔離觸發在進行脈沖傳送時仍然采用全電路的方式，所以無法解決脈沖傳輸會受到干擾的問題；其次是光纖隔離觸發，這種觸發方式采用的是光纖通訊技術，也就是通過電光轉換器將其中的信號傳送到光纖，然后再經過光纖向其他的元件傳輸并進行放大，知道最后由某高端元件將電信號輸出，經過一系列的調整之后，向相應的元件極輸送[3]。這種方式使一些舊有的問題得到了有效的解決，與此同時，因為在進行脈沖傳輸時采用的是光線，所以電磁干擾在傳輸過程中不會使光受到干擾，這樣就使信號受其他因素干擾的機會得到了極大限度的減少。

4 晶閘管光纖觸發方案簡介

因為光控晶閘管具有很高的成本，所以為了使脈沖傳輸受干擾問題以及電路高壓隔離問題得到解決，同時還為了使成本的問題得到兼顧，就可以利用間接光觸發方案中的最后一種方案——光纖觸發隔離。

光纖通訊方式就是將光導纖維作為傳輸媒介，將光波作為載波的一種通訊方式。這種通訊方式具有很多優點：具有很寬的傳輸頻帶、較大的傳輸容量、較低的損耗、重量輕、線徑細以及不受電磁干擾等優點[4]。與此同時，光纖制造材料具備的絕緣性也十分高，幾乎不受隔離電壓等級的限制。

由一組整流器在EAST極向場電源中輸出1kV電壓以及15kA電流，是采用多晶閘管作為并聯結構的，同時還是采取的兩組整流橋反并聯運行的方式。每個橋臂在每組整流器中都是由3個晶閘管通過并聯的方式而構成的，同一路觸發脈沖由每6個晶閘管成一組共同接收。由于三相六路觸發脈沖是由Alpha板產生的，所以需要按照3×2路的形式對6路脈沖中的每路脈沖進行劃分。在電路中將觸發脈沖先一分為二，隨后在光路中利用光分路器將其一分為三，這種方案具有成本低、光纖發送器最少以及線路簡單的特點。

由于LED源光纖收發器具有低功耗的特點，所以應該選擇作為光發送器。光接收HFBR-2412與光發送HFBR-1414這兩個模塊進行配合使用。在這里，其性能指標為：5MBd為通訊速率的最大值；-40～+85℃是其正常工作的溫度范圍[5]；越大的發送器電流就會產生相對來說比較遠的傳輸距離，2km是其最大的純屬距離，光線采用的是71.5/325型號。

作為一種先進的技術應用，光分路器采用的技術比較高，具有一定的優勢。光纖傳輸的中的一路光纖信號可以通過區中的一種儀器被分成非常多的光纖信號。相對于原先的光信號而言，再被分開之后的每路光纖信號知識光強度旅游衰減，其他特性在所傳輸的信號中保持不變。這樣在光路中就可以按照比例分配傳輸信號。

5 結語

在很多晶閘管系統當中都已經科學合理的采用了光纖觸發系統。由于光纖觸發方式采用了很多先進的技術，所以在傳輸過程中觸發脈沖不會受到電磁干擾的影響，從而將觸發系統抗干擾的能力提高了；在供電時利用光纖材料的耦合取能方式和高絕緣特性，可以使觸發控制電路隔離高壓問題得到有效的解決。相對于光控晶閘管的使用而言，成本低是晶閘管光纖觸發方式的最大特點。相對于舊有的傳統方法和技術來講，晶閘管光纖觸發方式在很多方面都實現了很大的提高。所以，由于晶閘管光纖觸發方法具有一系列可喜的優點，肯定會更多的運用在很多方面的技術中。

[1]王燕,王喜寶,盧云鵬.BESIII觸發系統MDC子系統光纖發送插件設計[J].核電子學與探測技術,2008(1):13-16.

[2]De Lorenz A,Bettini P,Peruzzo S,et al.Thyristor Making Switch System for Plasma Startup Control in RFX[J].Fusion Engineering,18th Symposium[C].2011(10):421-424.

[3]王亞瓊,盧正偉,王軍.光觸發晶閘管換流閥技術及其應用[J].電力自動化設備（應用技術版）,2011(4):72-75.

[4]蔣燕,陳華忠,張逸帆.用于TCR的晶閘管光電觸發與檢測系統[J].中國新技術新產品,2012(9):52-54.