高壓軟起動器觸發系統的研究

【摘要】高壓軟起動裝置能可靠安全地運行，其隔離技術已成為重要的研究技術。晶閘管組件完成開關動作，實際就是提供一個具有一定寬度的門極觸發脈沖去觸發各個晶閘管單元使之導通。由于觸發控制信號由處于低壓側的控制系統發出，而各個晶閘管單元處于高壓電位下，為了在觸發信號有效接收發送的同時保證低壓側的控制系統不受高壓側系統裝置運行情況的影響，觸發系統與主電路電位隔離是極其重要的。本文分別介紹三種適用于高壓隔離下的觸發系統，并分析其異同。

【關鍵詞】零序注入法；載波調制；電壓空間矢量；三電平逆變器

1.引言

軟起動裝置的觸發系統主要分為三類：電磁觸發系統、直接光觸發系統和間接光纖觸發系統。下文將對三類觸發系統的原理和優劣一一進行分析對比，得到適合高壓軟起動裝置的觸發系統。

2.電磁觸發系統

電磁觸發系統通過脈沖變壓器把低電位的能量送到位于高壓側的晶閘管驅動板。通過這種方式能夠保證高低壓電位隔離，同時滿足觸發功率的要求。這種觸發方式簡單，有很多優點，在低壓晶閘管觸發領域應用很廣泛，直接把低電位的能量送到高電位的晶閘管驅動板，因而晶閘管驅動板的工作電源不受裝置主回路工作狀態的影響，其可靠性較高。但是，應用在高壓領域，該方法存在如下不足：

（1）脈沖變壓器回路中的漏感將使觸發脈沖上升沿陡度大大下降，特別是當電壓等級較高時，為了保證脈沖變壓器具有足夠的絕緣能力，原、副邊的漏抗將大大增大，進一步造成觸發脈沖前沿陡度下降，這對晶閘管串聯閥組的同時觸發是極為不利的。

（2）脈沖變壓器原、副邊的分布電容形成了高頻干擾通道，換相或雷電沖擊時，容易引起誤觸發，因而其抗干擾能力差。

（3）在電壓等級很高時，電磁觸發方式很難準確地將監測信號傳遞到低電位，因而難以實現晶閘管的在線監測。

3.光觸發系統

脈沖變壓器隔離電壓通常只有幾百伏或幾千伏左右，若要制作更高耐壓的脈沖變壓器，技術上比較困難。因此需要尋求一種新的方法，來彌補這種不足。

光纖的隔離電壓幾乎沒有限制，只要選擇合適的光纖種類和光纖長度，可以制作出任何電壓等級的觸發裝置。所以，光纖觸發系統是在高壓領域觸發晶閘管的首選。

在晶閘管光纖觸發系統中，分別存在兩種觸發方式：直接光觸發系統和間接光觸發系統。

3.1 直接光觸發系統

直接光纖觸發系統是將輸入的電觸發脈沖信號通過電—光轉換為光脈沖，直接觸發高電位的光控晶閘管。光控晶閘管元件可以直接用一定波長、一定能量強度的光脈沖觸發導通，電觸發脈沖轉變為光脈沖后，經過光纖傳遞直接作用于晶閘管元件門極，觸發可靠性優異。雖然直接光觸發系統是發展趨勢，由于光控晶閘管國內基本無定型產品，而國外產品價格昂貴，限制了其大范圍的使用。

3.2 間接光觸發系統

光纖觸發方法是將低位觸發脈沖信號送到高位，經處理后耦合到晶閘管門極。低電位的的觸發脈沖信號首先經過電-光轉換為光脈沖信號；光脈沖信號通過低功耗光纖傳輸到安裝在晶閘管組件上的光-電脈沖轉換器；光-電脈沖轉換器輸出的脈沖再經過功率放大最后拖加到晶閘管單元的門極上，使晶閘管單元觸發導通。整個觸發信號傳輸過程實際上是一個電-光再到光-電信號轉換過程。具體信號的光纖收發電路如圖1所示。

這種間接光觸發的突出優點是：高、低壓之間沒有直接的電的聯系，解決了高壓隔離問題，觸發信號在傳輸途中不會受到電磁干擾，極大限度地減少了脈沖受電磁干擾的機會，可以保證觸發波形的強度、陡度一致性等。

4.間接光纖觸發系統工作分析

4.1 光纖發送電路

其功能是將電脈沖信號轉化為光脈沖信號。主要由光源和驅動電路構成。由于在觸發系統中光纖通信系統主要用于克服電磁干擾和實現高低壓電隔離，可選用適合中低速率和短距離傳輸的發光二極管（LED）作為光源。

4.2 光纖接收電路

其功能是將低電位中觸發脈沖經光纖發送電路轉換的光脈沖轉變為電脈沖，它主要由光檢測器和前置放大器構成，如圖3所示。

4.3 耦合取能電路

為了減小晶閘管開通和關斷過程中的過電壓，晶閘管都配有阻容吸收電路。當晶閘管處于關斷時，通過RC進行電壓耦合取能，為觸發電路提供電源。當晶閘管導通時，通過電流變壓器來代替，進行電流耦合取能。但是，耦合取能電路得到的電壓紋波比較大，需要進行一定的處理才能供后續電路使用。

5.結論

高壓軟起動中晶閘管閥高低壓光纖通信隔離技術，不僅能實現電隔離，也能防止電磁干擾。這種方案性能可靠，成本也低，能廣泛應用于晶閘管的各種場合，有極大的推廣價值。

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