CN107091980B - 一种晶闸管维持电流测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶闸管维持电流测试装置，包括电压源电路、Cuk升降压型直流电压变换电路、测试电路以及控制电路；其中，所述电压源电路的输出端和Cuk升降压型直流电压变换电路的输入端相连接，Cuk升降压型直流电压变换电路的输出端和测试电路的输入端相连接，由Cuk升降压型直流电压变换电路为测试电路提供可自动调节的直流电压；本发明的晶闸管维持电流测试装置通过利用Cuk升降压型直流电压变换电路作为可控电压源，通过控制PWM调制波的占空比来实现输出电压Vo调节，实现晶闸管维持电流值自动且快速测试，测试精度可根据占空比增加值进行调节，可准确保持晶闸管关断前电流值。

Description

一种晶闸管维持电流测试装置
技术领域
本发明涉及晶闸管测试装置，具体涉及一种晶闸管维持电流测试装置。
背景技术
高压直流输电系统使用的晶闸管在使用一段时间后或更换备用晶闸管前都需对晶闸管的维持电流IH进行测试，检验其值是否满足工程要求。晶闸管维持电流是使晶闸管维持通态所必须的最小主电流。
目前常用的测试电路如图1所示，增加电压发生器G1输出电压至晶闸管开通电压规定值。闭合开关S，并增大门极电流使晶闸管触发。调整R1使通态电流足够大，以保证晶闸管安全开通。断开开关S，增大R1逐渐减小通态电流直至晶闸管被关断，紧接关断前在电流表A上测得的通态电流值即为维持电流。维持电流的最小值是当电流低于此值时，使给定型号的所有晶闸管都能转入断态的最大电流。
上述的测试方法需要手动不断调节可变电阻R1，耗费时间较长，特别是在测试晶闸管数量较多的情况下，需要耗费大量时间。手动调节可变电阻由于人为因素存在，调节精度不高。此外，晶闸管关断时间较快，测试人员难以快速读取关断瞬间电流值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够以较小的步长改变测试电流，在达到晶闸管维持电流值时，能够自动停止调节电流并使该电流值保持在电流表上的晶闸管维持电流测试装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种晶闸管维持电流测试装置，包括电压源电路、Cuk升降压型直流电压变换电路、测试电路以及控制电路；其中，所述电压源电路的输出端和Cuk升降压型直流电压变换电路的输入端相连接，Cuk升降压型直流电压变换电路的输出端和测试电路的输入端相连接，由Cuk升降压型直流电压变换电路为测试电路提供可自动调节的直流电压；
所述Cuk升降压型直流电压变换电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、二极管以及绝缘栅双极型晶体管；其中，第一电感、第一电容以及第二电感依次串联，绝缘栅双极型晶体管的集电极连接至第一电感和第一电容之间的连接点，绝缘栅双极型晶体管的发射极分别和二极管的阴极以及第二电容的阴极相连接，二极管的阳极连接至第一电容和第二电感之间的节点，第二电容的阳极和第二电感的另一端相连接，绝缘栅双极型晶体管的基极连接至控制电路的输出端，由控制电路来调整Cuk升降压型直流电压变换电路的输出电压范围；
所述测试电路包括电压发生器、电流继电器、被测晶闸管、电流表、第一常开开关以及第一按钮开关；所述电压发生器并联在被测晶闸管上，第一按钮开关连接于被测晶闸管和电压发生器之间；电流继电器的一端连接至被测晶闸管和电压发生器之间的节点，另一端和第二电容的阴极相连接；电流表的一端连接至第二电感和第二电容阳极之间的节点，另一端和被测晶闸管的阳极相连接；第一常开开关的一端连接至电流表和被测晶闸管阳极之间，另一端连接至第二电容阴极和电流继电器之间，第一常开开关的闭合由电流继电器所控制；被测晶闸管的阴极和控制电路的输出端相连接，由控制电路向被测晶闸管发送触发脉冲信号与否。
所述控制电路包括控制器和驱动模块；其中，所述驱动模块的输出端和栅双极型晶体管的基极相连接，输入端和控制器的输出端相连接，由控制器来调节绝缘栅双极型晶体管在一个周期T内的开通时间；控制器的另一输出端和被测晶闸管的阴极相连接，由控制器向被测晶闸管发送触发脉冲信号与否。
所述控制器的输入端分别与保持占空比信号发出端、启动并发晶闸管触发脉冲信号发出端以及复位信号发出端相连接，在控制器的输入端和保持占空比信号发出端之间设置有第二常开开关，第二常开开关的闭合由电流继电器所控制，在控制器的输入端和启动并发晶闸管触发脉冲信号发出端之间设置有第二按钮开关，在控制器的输入端和复位信号发出端之间设置有第三按钮开关；其中，所述第一按钮开关和第二按钮开关为联动开关，初始状态时，第一按钮开关断开，第二按钮开关闭合，按下第一按钮开关的同时，第二按钮开关断开。
上述的晶闸管维持电流测试装置还包括晶闸管维持电流测试完毕提示回路，所述晶闸管维持电流测试完毕提示回路由依次连接直流电源、电阻、提示灯以及第三常开开关所组成，第三常开开关由电流继电器所控制。
在所述电流表和第二电感与第二电容阳极之间的节点之间连接有保护电阻。
所述电压源电路为六脉动整流桥电路。
所述控制器为可通过数字运算的芯片。
所述可通过数字运算的芯片为单片机或复杂可编程逻辑器。
所述第一按钮开关和第二按钮开关均为延时复位按钮开关。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明的晶闸管维持电流测试装置通过利用Cuk升降压型直流电压变换电路作为可控电压源，通过控制PWM调制波的占空比来实现输出电压Vo调节，实现晶闸管维持电流值自动且快速测试，测试精度可根据占空比增加值进行调节，可准确保持晶闸管关断前电流值。
附图说明
图1为现有技术的晶闸管测试电路图；
图2为本发明晶闸管维持电流测试装置的电路原理图；
图3为晶闸管维持电流测试完毕提示回路图；
图4为晶闸管维持电流及电流继电器整定值关系图；
图中：41、控制器；42、驱动模块；43、保持占空比信号发出端；44、启动并发晶闸管触发脉冲信号发出端；45、复位信号发出端；100、电压源电路；200、Cuk升降压型直流电压变换电路；300、测试电路；400、控制电路；500、晶闸管维持电流测试完毕提示回路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参阅图1所示，为本实施例的所提供的晶闸管维持电流测试装置的电路原理图，该测试装置主要包括电压源电路100、Cuk升降压型直流电压变换电路200、测试电路300以及控制电路400；其中，该电压源电路100的输出端和Cuk升降压型直流电压变换电路200的输入端相连接，以提供直流电压Vin，具体地，在本实施例中，该电压源电路100为六脉动整流桥电路，接入三相交流电源可提供质量较高的6脉动直流电压Vin；Cuk升降压型直流电压变换电路200的输出端和测试电路300的输入端相连接，由Cuk升降压型直流电压变换电路200为测试电路300提供可自动调节的直流电压。
具体地，该Cuk升降压型直流电压变换电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、二极管D以及绝缘栅双极型晶体管IGBT；其中，第一电感L1、第一电容C1以及第二电感L2依次串联，绝缘栅双极型晶体管IGBT的集电极连接至第一电感L1和第一电容C1之间的连接点，绝缘栅双极型晶体管IGBT的发射极分别和二极管D的阴极以及第二电容C2的阴极相连接，二极管D的阳极连接至第一电容C1和第二电感L2之间的节点，第二电容C2的阳极和第二电感L2的另一端相连接，绝缘栅双极型晶体管IGBT的基极连接至控制电路400的输出端，由控制电路400来调整Cuk升降压型直流电压变换电路200的输出电压范围；其中，Cuk升降压型直流电压变换电路200的输出电压和输入电压的关系为：Uo＝[α/(1-α)]Uin。α为占空比，其范围为0<α<1，当0<α<1/2时为降压，当1/2<α<1时为升压，也就是说，Cuk升降压型直流电压变换电路200的输出电压既可以低于输入电压，也可以高于输入电压。占空比α＝ton/(ton+toff)＝ton/T，即为绝缘栅双极型晶体管IGBT开通时间ton与周期之比。通过调节栅双极型晶体管IGBT在一个周期T内的开通时间，即可调节Cuk升降压型直流电压变换电路200的输出电压范围，也就是说，利用Cuk升降压型直流电压变换电路200作为可控电压源，通过控制绝缘制栅双极型晶体管IGBT输出的PWM(Pulse Width Modulation-脉冲宽度调制)波的占空比来实现输出电压Vo调节，从而无需人工手动调节输出电压Vo
上述的测试电路300包括电压发生器G1、电流继电器KA、被测晶闸管T、电流表A、第一常开开关K1以及第一按钮开关S1；其中，电压发生器G1并联在被测晶闸管T上，第一按钮开关S1连接于被测晶闸管T和电压发生器G1之间；电流继电器KA的一端连接至被测晶闸管T和电压发生器G1之间的节点，另一端和第二电容C2的阴极相连接，该电流继电器KA为高精度的电流继电器，其整定值Iset远小于被测晶闸管维持电流IH，如图4所示，一旦达到维持电流IH，被测晶闸管电流Ith迅速降低，电流继电器KA动作；电流表A的一端连接至第二电感L2和第二电容C2阳极之间的节点，另一端和被测晶闸管T的阳极相连接；第一常开开关K1的一端连接至电流表A和被测晶闸管T阳极之间，另一端连接至第二电容C2阴极和电流继电器KA之间，第一常开开关K1的闭合由电流继电器KA所控制；被测晶闸管T的阴极和控制电路400的输出端相连接，由控制电路400向被测晶闸管T发送触发脉冲信号与否。另外，了保障测试电路300的安全性，电流表A和第二电感L2与第二电容C2阳极之间的节点之间连接有保护电阻R1。
本测试装置进行测试时，按下第一开关按钮S1，电压发生器G1给被测晶闸管T正向导通电压，控制电路400向被测晶闸管T发送触发脉冲信号，并通过绝缘栅双极型晶体管IGBT快速调节占空比，提高输出电压Vo，以快速提高被测晶闸管T通态电流，当第一开关按钮S1断开复位后，电压发生器G1不再给予被测晶闸管T正向导通电压，同时，控制电路400也不再向被测晶闸管T发触发脉冲信号，接着控制电路400以较小的步长△α减小占空比α，连续的减小输出电压Vo，降低流过被测晶闸管T的电流Ith，当待测晶闸管电流Ith达到维持电流IH，待测晶闸管T关断，电流继电器KA不再流过电流，电流继电器KA动作，第一常开开关K1闭合，与此同时，控制电路400控制绝缘栅双极型晶体管IGBT保持占空比，维持Cuk升降压型直流电压变换电路200的输出电压恒定，第一常开开关K1闭合后与第二电容C2、电流表A形成回路，电流表A上的值即为被测晶闸管T关断前的电流值，如此，由于输出电压保持恒定，即可准确地保持被测晶闸管T关断前的电流值，实现准确测量。
优选地，上述的控制电路400包括控制器41和驱动模块42；其中，该驱动模块42的输出端和绝缘栅双极型晶体管IGBT的基极相连接，输入端和控制器41的输出端相连接，由控制器41来调节绝缘栅双极型晶体管IGBT在一个周期T内的开通时间，即占空比；控制器41的另一输出端和被测晶闸管T的阴极相连接，由控制器41向被测晶闸管T发送触发脉冲信号与否。其中，该控制器41可以采用可通过数字运算的芯片，比如如单片机、CPLD(ComplexProgrammable Logic Device-复杂可编程逻辑器，)等来输出PWM(Pulse WidthModulation-脉冲宽度调制)波。
另外，为了更进一步地快速、准确地实现测量，控制器41的输入端分别与保持占空比信号发出端43、启动并发晶闸管触发脉冲信号发出端44以及复位信号发出端45相连接，在控制器41的输入端和保持占空比信号发出端43之间设置有第二常开开关K2，第二常开开关K2的闭合由电流继电器KA所控制，也就是说，当电流继电器KA动作时，第二常开开关K2闭合，给予控制器41一个保持占空比信号，以保持Cuk升降压型直流电压变换电路200输出电压恒定；在控制器41的输入端和启动并发晶闸管触发脉冲信号发出端44之间设置有第二按钮开关S2，在控制器41的输入端和复位信号发出端45之间设置有第三按钮开关S3；其中，该第一按钮开关S1和第二按钮开关S2为联动开关，初始状态时，第一按钮开关S1断开，第二按钮开关S2闭合，按下第一按钮开关S1的同时，第二按钮开关S2断开。当第二按钮开关S2闭合时，启动并发晶闸管触发脉冲信号则输送至控制器41，取反后，不向被测晶闸管T发送触发脉冲信号，而当第二按钮S2断开时，控制器41则向被测晶闸管T发送触发脉冲信号。其中，第一按钮开关S1以及第二按钮开关S2均带延时器，即延时复位，延时时间与控制器41快速将被测晶闸管电流Ith升至通态电流一致。
优选地，为了便于提示测试人及时地知道何时完成测试，上述的晶闸管维持电流测试装置还包括晶闸管维持电流测试完毕提示回路500，如图3所示，该晶闸管维持电流测试完毕提示回路500由依次连接的直流电源DC、电阻R2、提示灯Lamp1以及第三常开开关K3所组成，第三常开开关K3由电流继电器KA所控制，当第三常开开关K3闭合时，提示灯Lamp1亮起，提示提示测试人员测试完毕。
更为具体地，上述优选的晶闸管维持电流测试装置的维持电流测试过程如下：
(1)测试开始时，按下第一按钮开关S1,电压发生器G1给予被测晶闸管T正向导通电压；第二按钮S2断开，控制器41向被测晶闸管T发送触发脉冲信号，并通过栅双极型晶体管IGBT快速调节占空比，提高输出电压Vo，以快速提高被测晶闸管T通态电流，此时第一常开开关K1、第二常开开关K2、第三常开开关K3为断开状态。
(2)第一按钮S1、第二按钮S2复位后，电压发生器G1不再给予被测晶闸管T正向导通电压，控制器41也不再向被测晶闸管T发送触发脉冲信号，接着控制器41以较小的步长△α减小占空比α，连续的减小输出电压Vo，降低流过被测晶闸管的电流Ith。
(3)当被测晶闸管电流Ith达到维持电流IH，被测晶闸管T关断，电流继电器KA不再流过电流，电流继电器KA动作，第二常开开关K2动作闭合，控制器41控制绝缘栅双极型晶体管IGBT保持占空比，维持Cuk升降压型直流电压变换电路200的输出电压恒定；第二常开开关K1闭合，维持被测晶闸管T关断前电流；第三常开开关K3闭合，提示测试人员达到被测晶闸管维持电流。
(4)测试人员读取电流表A的数据后，按下第三按钮开关S3，控制器41复位，不向栅双极型晶体管IGBT发送信号，即占空比α为0，输出电压Vo为0，完成测试。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种晶闸管维持电流测试装置，其特征在于，包括电压源电路、Cuk升降压型直流电压变换电路、测试电路以及控制电路；其中，所述电压源电路的输出端和Cuk升降压型直流电压变换电路的输入端相连接，Cuk升降压型直流电压变换电路的输出端和测试电路的输入端相连接，由Cuk升降压型直流电压变换电路为测试电路提供可自动调节的直流电压；
所述Cuk升降压型直流电压变换电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、二极管以及绝缘栅双极型晶体管；其中，第一电感、第一电容以及第二电感依次串联，绝缘栅双极型晶体管的集电极连接至第一电感和第一电容之间的连接点，绝缘栅双极型晶体管的发射极分别和二极管的阴极以及第二电容的阴极相连接，二极管的阳极连接至第一电容和第二电感之间的节点，第二电容的阳极和第二电感的另一端相连接，绝缘栅双极型晶体管的基极连接至控制电路的输出端，由控制电路来调整Cuk升降压型直流电压变换电路的输出电压范围；
所述测试电路包括电压发生器、电流继电器、被测晶闸管、电流表、第一常开开关以及第一按钮开关；所述电压发生器并联在被测晶闸管上，第一按钮开关连接于被测晶闸管和电压发生器之间；电流继电器的一端连接至被测晶闸管和电压发生器之间的节点，另一端和第二电容的阴极相连接；电流表的一端连接至第二电感和第二电容阳极之间的节点，另一端和被测晶闸管的阳极相连接；第一常开开关的一端连接至电流表和被测晶闸管阳极之间，另一端连接至第二电容阴极和电流继电器之间，第一常开开关的闭合由电流继电器所控制；被测晶闸管的阴极和控制电路的输出端相连接，由控制电路向被测晶闸管发送触发脉冲信号与否；
还包括晶闸管维持电流测试完毕提示回路，所述晶闸管维持电流测试完毕提示回路由依次连接的直流电源、电阻、提示灯以及第三常开开关所组成，第三常开开关的闭合由电流继电器所控制；
在所述电流表和第二电感与第二电容阳极之间的节点之间连接有保护电阻；
所述电压源电路为六脉动整流桥电路。
2.如权利要求1所述的晶闸管维持电流测试装置，其特征在于，所述控制电路包括控制器和驱动模块；其中，所述驱动模块的输出端和绝缘栅双极型晶体管的基极相连接，输入端和控制器的输出端相连接，由控制器来调节绝缘栅双极型晶体管在一个周期T内的开通时间；控制器的另一输出端和被测晶闸管的阴极相连接，由控制器向被测晶闸管发送触发脉冲信号与否。
3.如权利要求2所述的晶闸管维持电流测试装置，其特征在于，所述控制器的输入端分别与保持占空比信号发出端、启动并发晶闸管触发脉冲信号发出端以及复位信号发出端相连接，在控制器的输入端和保持占空比信号发出端之间设置有第二常开开关，第二常开开关的闭合由电流继电器所控制，在控制器的输入端和启动并发晶闸管触发脉冲信号发出端之间设置有第二按钮开关，在控制器的输入端和复位信号发出端之间设置有第三按钮开关；其中，所述第一按钮开关和第二按钮开关为联动开关，初始状态时，第一按钮开关断开，第二按钮开关闭合，按下第一按钮开关的同时，第二按钮开关断开。
4.如权利要求2所述的晶闸管维持电流测试装置，其特征在于，所述控制器为可通过数字运算的芯片。
5.如权利要求4所述的晶闸管维持电流测试装置，其特征在于，所述可通过数字运算的芯片为单片机或复杂可编程逻辑器。
6.如权利要求3所述的晶闸管维持电流测试装置，其特征在于，所述第一按钮开关和第二按钮开关均为延时复位按钮开关。
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