CN1043998A - 晶闸管并联运行动态电流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种并联晶闸管动态电流控制方法，由于内部特性各不相同，晶闸管并联后会出现各晶闸管阳极电流不均现象，按本发明的方法，可以采用触发脉冲系统CF所发出的15°以上的宽脉冲或15°以上的脉冲申对并联晶闸管进行触发，在脉冲变压器的副边或原边的控制回路中串联一个可以改变脉冲幅值而不改变脉冲波形的电阻性可变阻抗，通过手动和自动改变此阻抗的值即可改变晶闸管的动态过程而达到均流的目的，均流系数可以达到0.9～1.0，从而显著地提高了晶闸管元件的运行效率。

Description

本发明涉及晶闸管并联运行电流的控制方法，特别是涉及晶闸管并联运行动态电流控制方法。

晶闸管并联后，并联桥臂中的元件处在完全相同的外界条件下，例如负载特性、阳极电压、冷却条件等。但它们的内部特性，例如伏安特性、开通特性、控制极特性等是各不相同的，由此使并联晶闸管的阳极电流出现不均现象，从而降低元件的运行效率。为了提高元件的运行效率，必须采用均流技术。

目前所采用的均流措施都是静态均流法，例如采用均流电抗器，挑选伏安特性相近的晶闸管元件组成桥臂等。但在实践中的效果并不理想。均流系数只能达到0.7～0.85。

由于没有令人满意的均流技术，所以在设计电路时总是设法避免晶闸管元件并联运行，在不得不并联的情况下，为了省去麻烦的均流电抗器，往往要从大量晶闸管元件中尽可能选择伏安特性相近的元件并联。但这种选择并非总是可能的。

为了解决上述问题，本发明提供一种晶闸管元件并联运行动态电流控制方法。

按照本发明，晶闸管并联运行的动态过程，在特定的条件下可以自由控制。这种控制的结果使静态电流大的元件有较长的时间处在动态过程中。在此过程中，该元件的电流几乎与阳极压降无直接关系。由于在此过程中流过元件的电流较小，迫使与它并联的元件流过较大的电流，一旦该元件结束动态过程，就恢复到较大电流的状态。由于桥臂负载不变，这时迫使与它并联的元件进入较小电流状态。在这种条件下，该元件的动态过程可以根据需要进行调节，它的小电流区间也可以人为控制，从而改变导通角范围内并联元件间的平均电流分配关系，调整了并联元件间的均流状态。

本发明的实质在于使静态电流大的元件在动态过程中流过的负载电流小，而静态电流小的元件在同一时间里流过较大的负载电流，使在导通角范围内并联元件的平均电流接近相等或完全相等。

按照本发明的方法，采用由触发脉冲系统CF发出的15°以上的宽脉冲或15°以上的脉冲串，对晶闸管进行触发，在脉冲变压器的原边或副边的控制回路中串联一个可以改变脉冲幅值而不改变脉冲波形的电阻性可变阻抗，通过手动或自动改变此电阻性可变阻抗的值，来改变晶闸管元件的动态过程，使并联的晶闸管元件进入均流状态。

按照本发明的方法，当需要将晶闸管并联运行时，不必要对元件进行严格的选择，就可以使均流系数达到0.9～1.0。

本发明的上述和其它目的、新颖的特性和各种优点可以通过下列附图中所给出的实施例子得到更详尽、更清楚的说明。这些最佳实施例的附图是：

图1为采用电位器控制两个并联晶闸管的动态电流的方法原理图。

图2为采用基极偏置电位可调的晶体管控制两个并联晶闸管动态电流的方法原理图。

图3为根据测量到的导通电流进行信息处理，自动改变控制极回路中的串联阻抗而进行自动调节两个并联晶闸管元件动态电流的方法原理图。

图4是多个晶闸管元件并联时的自动均流方法原理图。

如图1所示，在两个并联的晶闸管元件T₁、T₂的控制极分别串联一电位器W₁和W2，这两个电位器的另一端分别直接与脉冲触发系统CF相连接，通过改变电位器的阻值来改变脉冲触发系统CF向晶闸管馈送控制脉冲的电流值，从而改变晶闸管元件的动态过程，达到均流。

调整过程是这样进行的：先使两个电位器W₁、W₂的阻值均等于零：W₁＝W₂＝0，这时测量两个并联晶闸管T₁、T₂的阳极电流。根据测量结果，增加和阳极电流大的那个晶闸管元件的控制极串联电位器的阻值，同时测量两个晶闸管的电流值，当两个晶闸管的阳极电流平均值达到相等或接近相等时，就可以认为并联晶闸管元件已进入均流状态。

也可以把两个电位器W₁和W₂串联在脉冲触发系统中的脉冲变压器的原边，以便隔离高压，保证调整人员的人身安全。

图2是本发明的另一个实施方案。如图2所示，两个可变电位器W₁、W₂和电阻R₁组成的两个晶体管TR₁、TR₂的偏置电路，两个并联晶闸管T₁、T₂的控制极分别串联在这两个晶体管的发射极上，两个晶体管的集电极直接与脉冲触发系统CF的脉冲变压器的副边相连接。通过改变偏置电路中的电位器W₁、W₂的阻值来分别改变相应的晶体管TR₁和TR₂的工作状态，从而达到控制晶闸管动态过程的目的。

图2所示的另一个晶体管TR_V用于控制偏置电源V₊。偏置电源的负极与并联晶闸管阴极连线V_O点相连接。脉冲触发系统CF中的脉冲变压器的一个二次绕组B用于同步控制偏置电源V₊投入的时间。当有触发脉冲从触发系统CF向晶闸管馈送时，晶体管TRv便会同时得到基极控制电压而饱和，这时偏置电源V₊向晶体管TR₁和TR₂的偏置电路提供电流，使这两个晶体管进入到需要的工作状态。

调节两个电位器W₁、W₂，使两个晶体管TR₁和TR₂刚刚进入饱和状态，然后测量两个晶闸管T₁、T₂的阳极电流，调整阳极电流大的那个晶闸管元件对应的晶体管偏置电路，改变相应的电位器阻值，使晶体管进入放大工作状态，该晶闸管的阳极电流平均值随之减小，直到两个晶闸管元件的阳极电流平均值达到相等或接近相等时，调整结束。

在这种实施方案中，也可以将晶体管TR₁、TR₂串联在触发系统CF的脉冲变压器的原边。

图3所示的实施方案可用于自动调整两个晶闸管元件的阳极电流，使它们进入最佳均流状态。如图3所示，这里采用两个控制通道，每个控制通道都由相互连接的采样部分和放大部分（也即信息处理部分）所组成，第一控制通道的采样部分由连接在晶闸管阴极的电流互感器CT₁、整流部分及两个反相放大器F₁₁、F₁₂及其电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄等相互连接而成，其中的整流部分由二极管D₁₁、D₁₂，电阻R₁₁、电容C₁相互连接而成;放大部分由信息处理积分器F₁₃和可变阻抗两部分所组成，其中可变阻抗偏流电位器W₁、输入电阻R₁₅及晶体管TR₁和二极管D₁₃、电阻R₁₆所组成。第二个通道构成的方式和第一个通道完全一样。其采样部分由电流互感器CT₂、整流部分及放大器F₂₁、F₂₂及其电阻R₂₂、R₂₃、R₂₄等相互连接而成，其中的整流部分由二极管D₂₁、D₂₂，电阻R₂₁、电容C₂相互连接而成;放大部分由信息处理积分器F₂₃和可变阻抗两部分连接成，其中可变阻抗由偏流电位器W₂、输入电阻R₂₅及晶体管TR₂和二极管D₂₃、电阻R₂₆所组成。

两个并联的晶闸管的控制极分别串联在两个晶体管的发射极上，晶体管的集电极直接接向触发系统CF的输出脉冲上（即连接在副边）。

两个电容器C₁、C₂分别存放着T₁、T₂阳极电流的信息，放大器F₁₁、F₂₁的输出端输出与相应电容器上反相的阳极电流信息，另外两个放大器F₁₂、F₂₂则输出同相信息。

在初始时刻，两个并联的晶闸管T₁、T₂均无阳极电流，因此各个放大器F₁₁～F₂₃的输出均应为零。调整两个电位器W₁、W₂，使两个晶体管TR₁、TR₂刚刚进入饱和区。

晶闸管变流设备投入运行后，第一通道在电容器C₁上采样到晶闸管T₁的阳极电流信息，该信息经F₁₁、F₁₂两次反相放大，与电容器C₁上的信息同相，同幅值，然后与第二通道电容器C₂采样到的晶闸管T₂阳极电流信息经反相放大器F₂₁放大后的信息进行相加，其差值送到信息处理积分器F₁₃进行积分。当输入端差值为零时，F₁₃输出为零变化;当输入端差值为正时，F₁₃输出为负上升;输入端差值为负时，F₁₃输出为正上升。

第二个通道积分器F₂₃的输入、输出过程与第一个通道的情况相类似。

当晶闸管T₁的阳极电流大于另一晶闸管T₂的阳极电流时，第一个通道积分器F₁₃的输入差值为正，其输出为负上升。这个负输出抵消了由电位器W₁确定的正向偏置电流，使构成可变阻抗的晶体管TR₁的基极电流减少，从而晶体管TR₁退出饱和区，进入放大工作状态。这样的变化使晶体管TR₁的发射极电流减少，从而晶闸管T₁的触发电流减小，结果使晶闸管T₁阳极电流平均值降低。晶闸管T₁的阳极电流降低以后，使电容器C₁上的采样值减小。这样的变化直到积分器F₁₃输入端为零时才结束。F₁₃的输入端从正差值变到零差值，自动调节过程结束。这时F₁₃的输出自动稳定在某一个负输出电平上。

同时，第二个通道的积分器F₂₃的输入为负差值，使其输出为正上升，这个正向的输出加强了W₂的正向偏置电流，使晶体管TR₂进入深饱和区，因此晶闸管T₂的触发电流不变。

上述自动调节过程结束时，晶闸管T₁和T₂自动由不均流状态进入到均流状态。

图3中的晶体管TR_V和绕组B也是用来控制偏置电源V₊的，其连接方法和作用原理与图2所示的实施方案完全相同。

这样的自动调节系统也可以配置在脉冲变压器原边，效果相同。

图4是本发明的最完整实施方案，为多个晶闸管并联运行时的均流自动控制系统，设此系统并联了n个晶闸管T₁，T₂，…T_n，相应地设置n个控制通道，每个控制通道均由采样部分cy和放大部分FD组成，图4中的采样部分cy₂，…，cy_n的结构和功能与cy₁完全一样，放大部分FD₂，…，FD_n的结构和功能与FD₁完全一样。

第i（1≤i≤n）个通道的采样部分由电流互感器CT_i整流部分、放大器F_i1、F_i2及其电阻R_i2、R_i3、R_i4等组成，其中整流部分由二极管D_i1、D_i2，电阻R_i1，电容C_i，相互连接而成。放大部分由信息处理积分器F_i3和可变阻抗两部分连接成，其中可变阻抗由偏流电位器W_i，输入电阻R_i5及晶体管TR_i和二极管D_i3、电阻R_i6组成。

第i（1≤i≤n）个并联的晶闸管T_i的控制极串联在第i个晶体管TR_i的发射极上，晶体管的集电极直接接向脉冲触发器CF的输出脉冲（即副边）。

如图4所示，在多晶闸管并联的动态均流装置中，除了上述n个控制通道外，还设有一个1/n放大器F_1/n。此放大器的输入端为各晶闸管元件电流的反相信息，输出为各元件阳极电流之和的1/n信息，即各元件阳极电流的算术平均值，也即每个元件的理想输出电流值，如果晶闸管T_i（1≤i≤n）的阳极电流恰好等于此算术平均值，则F_i3的输入和输出均为零。当T_i的阳极电流小于该算术平均值时，则放大器F_i3的输入为负，输出为正，使相应的晶体管TR_i加深饱和度;当T_i的阳极电流大于该算术平均值时，则放大器F_i3的输入为正，输出为负，输出的负电压抵消偏移电位器W_i的偏移电流值，使TR_i进入放大状态，降低由脉冲触发器CF送来的脉冲幅值，从而改变晶闸管T_i的导通状态，减少阳极电流值，直至此值达到上述算术平均值，即达到均流状态。

在图4中所示的实施方案中设有控制偏置电源V₊的晶体管TRv，此偏置电源的负极与并联晶闸管阴极连线V_O点相连。脉冲触发器CF的脉冲变压器的一个二次绕组B用于同步控制偏置电源V₊投入的时间。当有触发脉冲从CF馈送到晶闸管时，晶体管TR_V便会同时得到基极控制电压而饱和，这时偏置电源V₊向各个晶体管TR_i的偏置电路提供电流，使各个晶体管进入到需要的工作状态。

如图4所示，n个电容器C₁，C₂，…，C_n分别存放着n个晶闸管T₁，T₂，…，T_n的阳极电流信息，n个放大器F₁₁，F₂₁，…，F_n1的输出端输出与相应电容器上反相的阳极电流信息，另外n个放大器F₁₂，F₂₂，…，F_n2则输出同相信息。

在初始时刻，这n个并联的晶闸管T₁，T₂，…，T_n均无阳极电流，因此各个放大器F₁₁，…，F_n3的输出均应为零。调整n个电位器W₁，W₂，…，W_n分别使n个晶体管TR₁，TR₂，…，TR_n刚刚进入饱和状态，以后的调节过程将自动进行。

与两个晶闸管并联的情形一样，晶闸管变流设备投入运行后，第1个通道电容器C_i上采样到晶闸管T_i的阳极电流信息，该信息经过F_i1、F_i2两次反相放大，与电容器C_i上的信息同相，同幅值，然后与1/n放大器F_1/n的输出，即各晶闸管元件的阳极电流信息经反相放大器放大后的信息的算术平均值进行比较，其差值送到信息处理积分器F_i3进行积分，当输入端差值为零时F_i3输出端为零变化;当输入端差值为正时，F_i3输出为负上升;输入端差值为负时，F_i3输出为正上升。

当晶闸管T_i的阳极电流大于各晶闸管的阳极电流的算术平均值时，则此通道积分器F_i3的输入差值为正，其输出为负上升，这个负输出抵消了由电位器W_i确定的正向偏置电流，使构成可变阻抗的晶体管TR_i的基极电流减小，从而晶体管TR_i退出饱和区，进入放大工作状态。这样的变化使晶体管TR_i的发射电流减小，从而晶闸管T_i的触发电流减小，使晶闸管T_i的阳极电流平均值降低。在晶闸管T_i的阳极电流降低后，使电容器C_i上的采样值减小。这样的变化一直进行到积分器F_i3输入端为零时才结束。F_i3的输入端的输入值从正差值变到零差值，此通道的自动调节过程结束，各晶闸管进入均流状态。

这样的自动调节装置也可以配置在脉冲变压器原边，效果相同。

Claims (5)

1、一种在由并联晶闸管和脉冲触发系统CF所组成的电路中的晶闸管并联运行动态电流控制方法，其特征在于采用由触发脉冲系统CF发出的15°以上的宽脉冲或15°以上的脉冲串对并联晶闸管进行触发，在脉冲变压器的副边或原边的控制回路中串联一个可以改变脉冲幅值而不改变脉冲波形的电阻性可变阻抗，通过手动或自动改变此阻抗的值来改变触发系统CF向晶闸管馈送控制脉冲的电流值，从而改变晶闸管元件的动态过程而使晶闸管元件进入均流状态。

2、一种权利要求1所述的晶闸管并联运行动态电流控制方法，其特征在于在两个并联的晶闸管T₁、T₂的控制极分别串联一个电位器W₁、W₂，这两个电位器的另一端直接与脉冲触发系统CF相连接，通过手动改变电位器W₁、W₂的阻值来改变晶闸管元件的动态过程而使晶闸管元件达到均流。

3、一种权利要求1所述的晶闸管并联运行动态电流控制方法，其特征在于两个可变电位器W₁、W₂和两个电阻R₁、R₂分别组成两个晶体管TR₁、TR₂的偏置电路，两个晶闸管T₁、T₂的控制极分别串联在所说的两个晶体管TR₁、TR₂的发射极上，所说的晶体管的集电极直接连接到脉冲触发系统CF的脉冲变压器的副边或原边，通过手动改变所说的偏置电路中的电位器W₁、W₂的阻值来分别改变相应的晶体管TR₁、TR₂的工作状态;用另一个晶体管TR_V来控制偏置电源，此偏置电源的负极与并联晶闸管的阴极连线V_O点相连接;用所说的脉冲触发系统CF中的脉冲变压器的一个二次绕组B来同步控制偏置电源V₊投入的时间;当所说的两个晶闸管元件的阳极电流达到相等或接近相等时，调节过程结束。

4、一种权利要求1所述的控制方法，其特征在于两个并联运行的晶闸管元件各有一个控制通道，每个控制通道都由相互连接的采样部分和放大部分所组成;第一个控制通道的采样部分由连接在晶闸管阴极的电流互感器CT₁，整流部分和两个倒相放大器F₁₁、F₁₂及其三个电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄等相互连接而成;所说的整流部分由两个二极管D₁₁、D₁₂，电阻R₁₁，电容C₁相互连接而成;所说的放大部分由信息处理积分器F₁₃和可变阻抗两部分组成，此可变阻抗由偏流电位器W₁、输入电阻R₁₅及晶体管TR₁和二极管D₁₃，电阻R₁₆所组成;第二个控制通道的采样部分由连接在晶闸管阴极的电流互感器CT₂，整流部分和两个倒相放大器F₂₁、F₂₂及其三个电阻R₂₂、R₂₃、R₂₄等相互连接而成;所说的整流部分由两个二极管D₂₁、D₂₂，电阻R₂₁，电容C₂相互连接而成;放大部分由信息处理积分器F₂₃和可变阻抗两部分连接成，此可变阻抗由偏流电位器W₂，输入电阻R₂₅及晶体管TR₂和二极管D₂₃，电阻R₂₆所组成;所说的并联晶闸管的控制极分别串联在两个晶体管TR₁、TR₂的发射极上，此晶体管的集电极直接接向触发系统CF的副边输出端，用另一个晶体管TR_V来控制偏置电源V₊，此偏置电源的负极与并联晶闸管的阳极连线V_O点相连，用所说的脉冲触发系统CF中的脉冲变压器的一个二次绕组B来同步控制偏置电源V₊投入的时间;调整所说的偏流电位器W₁、W₂，使两个晶体管TR₁、TR₂刚刚进入饱和区，以后的调节过程将自动进行。

5、一种权利要求1所述的晶闸管并联运行动态电流控制方法，其特征在于用n个控制通道自动控制n个并联晶闸管T₁，T₂，…，T_n的动态电流，每个控制通道均由采样部分CY和放大部分FD组成;第i（1≤i≤n）个通道的采样部分由连接在晶闸管阴极的电流互感器CT_i，整流部分由两个放大器F_i1，F_i2及其三个电阻R_i2、R_i3、R_i4等组成，所说的整流部分由两个二极管D_i1、D_i2，电阻R_i1，电容C_i相互连接而成;所说的放大部分由信息处理积分器F_i3和可变阻抗两部分连接成，此可变阻抗由偏流电位器W_i，输入电阻R_i5及晶体管TR_i和二极管D_i3，电阻R_i6相互连接而成;晶闸管T_i的控制极串联在晶体管TR_i的发射极上，此晶体管的集电极直接接向脉冲触发器CF上;1/n放大器F_1/n的输入端为所说的各晶闸管元件电流的反相信息，输出为各元件阳极电流之和的1/n信息，分别连接各信息处理积分器F_i3，用另外一个晶体管TR_v来控制偏置电源V₊，此偏置电源的负极与并联晶闸管的阴极连线V_O点连接;脉冲触发器CF的脉冲变压器的一个二次绕组B用于同步控制偏置电源V₊投入的时间;调整各个电位器W_i，分别使相应的晶闸管TR_i刚刚进入饱和状态，以后的调节过程将自动进行。

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