CN109581176B - 一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法 - Google Patents

一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，通过在被测试晶闸管AK极外加试验交流电源，串联限流电阻搭建小电流试验回路。当施加于晶闸管AK极的试验交流电源达到正向电压峰值时，静止变频启动系统阀控装置脉冲触发回路导通被测试晶闸管，理论上被测试晶闸管应导通1/4个周期，通过检测被测试晶闸管的导通时间，判定被测试晶闸管及其脉冲触发回路是否工作正常。本发明可准确定位异常晶闸管元件位置。

Description

一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法
技术领域
本发明涉及一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，属于同步电机性能检测技术领域。
背景技术
静止变频启动系统是大型同步电机的最佳启动方式，广泛应用于燃机、调相机、抽水蓄能机组以及大型泵站。目前，主流静止变频器容量范围从2MW～30MW不等。
晶闸管是静止变频启动系统的核心元件，应用于静止变频启动系统三相全控整流桥电路或三相全控逆变桥电路中。在电压等级较高的应用场合，通常将晶闸管阀组串联分压，以期达到更高的输出电压。一套静止变频设备中，最简单的6-6拓扑结构形式静止变频设备至少需要使用12个晶闸管元件。当拓扑结构改变或涉及晶闸管串联使用的应用场合，晶闸管及其脉冲触发回路更为复杂。
静止变频启动系统一般采用电磁触发方式或者光电触发方式。采用光电触发方式时，在晶闸管两端外加试验电源要高于自取能装置的最低电压阈值，满足自取能装置可靠工作条件。晶闸管及其脉冲触发回路作为静止变频启动系统中的关键，将直接影响静止变频启动系统性能。晶闸管及其脉冲触发回路的异常将直接导致电机启动失败。当晶闸管回路或脉冲出发回路发生故障时，传统的试验方法无法直接判断出故障点位置，准确找出故障点则须更改试验回路主接线对晶闸管逐一进行试验，工作重复效率低。
随着静止变频器广泛的使用，尤其是各领域国产化大型静止变频器的推广，迫切需要一种能广泛适用于各种拓扑结构的晶闸管及其触发回路、准确找出故障晶闸管位置和可靠判别触发回路的测试方法。
发明内容
针对现有大型同步电机静止变频启动系统一次主回路不同的晶闸管组串压接方式，本发明在不改变原系统一次主回路和晶闸管脉冲触发回路接线的条件下，提供一种广泛适用于各种拓扑结构的晶闸管及其脉冲触发回路测试方法。通过在被测试晶闸管两端外加试验交流电源，在晶闸管AK极达到正向电压峰值时，导通晶闸管，通过检测晶闸管的导通时间，来判定晶闸管及其脉冲触发回路工作是否正常。
为达到上述目的，本发明提供一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，包括以下步骤：
1)搭建测试回路，所述测试回路包括试验交流电源、限流电阻Rlim、旁路开关、外接线端子和被测试晶闸管阀组；所述试验交流电源、限流电阻Rlim、旁路开关与被测试晶闸管阀组构成串联回路；所述外接线端子布置在旁路开关两端，用于被测试晶闸管阀组外接线，同时用于监测被测试晶闸管AK端电压波形；
2)设置静止变频启动系统脉冲基准信号与试验电源同步；
3)设置旁路开关的开断组合状态，形成只有一个晶闸管导通的测试回路；
4)设置静止变频启动系统脉冲触发角，观测所导通的晶闸管AK端电压波形；
5)设置裕度系数，检测晶闸管的导通时间，判定导通时间Ton≤δ(1/4)T时，晶闸管及其触发回路工作异常；判定晶闸管导通时间δ(1/4)T≤Ton≤(1/4)T时，晶闸管及其触发回路工作正常；其中，δ为裕度系数，T为试验电源周期，Ton为晶闸管导通时间；
6)重复步骤3)至步骤5)，依次完成所有晶闸管及其脉冲触发回路的测试。
前述的被测试晶闸管阀组由六个晶闸管组成不同的拓扑结构：
a、六个晶闸管串联，且晶闸管导通时，均为正向导通，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试；
b、六个晶闸管串联，且晶闸管导通时，均为反向导通，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试；
c、六个晶闸管构成三相全控整流桥结构，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试；
d、六个晶闸管构成三相全控逆变桥结构，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行三相全控逆变桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试。
前述的试验交流电源采用AC380V线电源。
前述的限流电阻Rlim选取100Ω。
前述的进行单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，以及进行单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述六个晶闸管的导通对应的旁路开关的开断组合状态如下：
Figure BDA0001894655380000021
前述的进行单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，以及进行单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述静止变频启动系统脉冲触发角按照所测试的支臂的晶闸管两端电压达到峰值时导通晶闸管设置。
前述的进行三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述六个晶闸管的导通对应的旁路开关的开断组合状态，以及所述静止变频启动系统脉冲触发角设置如下：
Figure BDA0001894655380000031
前述的进行三相全控逆变桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述六个晶闸管的导通对应的旁路开关的开断组合状态，以及所述静止变频启动系统脉冲触发角设置如下：
Figure BDA0001894655380000032
前述的裕度系数设置为：0.8≤δ≤1。
本发明的有益效果在于：
(1)试验电源UAC与静止变频启动系统脉冲基准信号同步，被测试晶闸管触发脉冲由静止变频启动系统设置触发角α实现，测试过程中不改变晶闸管一次主回路连接方式、不改变被测试晶闸管脉冲触发回路。
(2)旁路开关P1、…、P6的不同开断组合方式可以实现对晶闸管阀组中任一晶闸管元件的测试，每次测试时，回路中有且仅有被测试晶闸管元件被导通，测试结果可准确定位异常晶闸管元件位置。
(3)裕度系数δ的整定可实现静止变频启动系统中晶闸管元件及其脉冲触发回路测试结果的正确性与可靠性。
附图说明
图1是本发明的晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试回路拓扑图；
图2是本发明中单臂正向串联晶闸管阀组循环测试拓扑图；
图3是本发明中单臂反向串联晶闸管阀组循环测试拓扑图；
图4是本发明中三相全控整流桥晶闸管阀组循环测试拓扑图；
图5是本发明中三相全控逆变桥晶闸管阀组循环测试拓扑图；
图6是本发明中单臂正向串联晶闸管阀组循环测试波形或三相全控整流桥晶闸管阀组循环测试波形；
图7是本发明中单臂反向串联晶闸管阀组循环测试波形或三相全控逆变桥晶闸管阀组循环测试波形。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
本发明提供一种应用于静止变频启动系统的晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试电路，参见图1，包含AC380V线电源、限流电阻Rlim、被测试晶闸管阀组、旁路开关P1、…、P6以及外接线端子T1、…、T7。其中，AC380V线电源、限流电阻Rlim、旁路开关与被测试晶闸管阀组构成串联电路。外接线端子T1、…、T7布置在旁路开关P1、…、P6两端，用于被测试晶闸管阀组外接线，同时用于监测被测试晶闸管AK端电压波形。
参见图2至图5，本发明的被测试晶闸管阀组由六个晶闸管组成不同的拓扑结构，可进行单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，以及三相全控逆变桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，测试电路具体如下：
参见图2，单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试的测试回路，由AC380V线电源、限流电阻Rlim，旁路开关与被测试晶闸管阀组构成串联电路，其中，六个晶闸管串联，且晶闸管导通时，均为正向导通。每个晶闸管由一个旁路开关控制，旁路开关两端设外接线端子，用于监测晶闸管的AK端电压波形。
该测试拓扑回路应用于单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，旁路开关开断组合状态如表1所示，每次测试回路中仅有一个晶闸管导通。该支臂在静止变频启动系统实际一次主回路中可对应于三相全控整流桥+A支臂、+B支臂或+C支臂。在对+A支臂晶闸管进行测试时，系统脉冲触发角应按照+A支臂晶闸管两端电压达到峰值时导通晶闸管设置。相应地，在对+B支臂或+C支臂晶闸管进行测试时，系统脉冲触发角应分别按照+B支臂或+C支臂晶闸管两端电压达到峰值时导通晶闸管设置。
Figure BDA0001894655380000051
参见图6，为单臂正向串联晶闸管阀组循环测试波形图。UAC为试验电源，一般为AC380V，相应地，该试验电压源适用于弱电脉冲触发回路和自取能光电脉冲触发回路，满足静止变频启动系统自取能光电脉冲触发回路电压阈值。设置静止变频启动系统脉冲触发角α，在被测试晶闸管AK端电压达到峰值时，系统发出触发脉冲，导通晶闸管，被测试晶闸管AK端电压接近于0，导通时间Ton，接近(1/4)T。相应地，检测晶闸管导通时间Ton≤δ(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作异常；检测晶闸管导通时间δ(1/4)T≤Ton≤(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作正常，δ为裕度系数，本发明中，设置裕度系数0.8≤δ≤1。
参见图3，单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试的测试回路，由AC380V线电源、限流电阻Rlim、旁路开关与被测试晶闸管阀组构成串联电路，其中，六个晶闸管串联，且晶闸管导通时，均为反向导通。每个晶闸管由一个旁路开关控制，旁路开关两端设外接线端子，用于监测晶闸管的AK端电压波形。
该测试回路应用于单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，旁路开关开断组合状态如表1所示，每次测试回路中仅有一个晶闸管导通。该支臂在静止变频启动系统实际一次主回路中可对应于三相全控整流桥-A支臂、-B支臂或-C支臂。在对-A支臂晶闸管进行测试时，系统脉冲触发角应按照-A支臂晶闸管两端电压达到峰值时导通晶闸管设置。相应地，在对-B支臂或-C支臂晶闸管进行测试时，系统脉冲触发角应分别按照-B支臂或-C支臂晶闸管两端电压达到峰值时导通晶闸管设置。
参见图7，为单臂反向串联晶闸管阀组循环测试波形图。UAC为试验电源，一般为AC380V，相应地，该试验电压源适用于弱电脉冲触发回路和自取能光电脉冲触发回路，满足静止变频启动系统自取能光电脉冲触发回路电压阈值。设置静止变频启动系统脉冲触发角α，在被测试晶闸管AK端电压达到峰值时，系统发出触发脉冲，导通晶闸管，被测试晶闸管AK端电压接近于0，导通时间Ton，接近(1/4)T。相应地，检测晶闸管导通时间小于Ton≤δ(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作异常；δ(1/4)T≤Ton≤(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作正常。
参见图4，三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试的测试回路，由AC380V线电源、限流电阻Rlim、旁路开关和被测试晶闸管阀组构成，其中，六个晶闸管构成三相全控整流桥结构。每个晶闸管由一个旁路开关控制，旁路开关两端设外接线端子，用于监测晶闸管的AK端电压波形。
该测试回路应用于三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，旁路开关开断组合状态如表2所示，每次测试回路中仅有一个晶闸管导通。
Figure BDA0001894655380000061
参见图6，为三相全控整流桥晶闸管阀组循环测试波形图。UAC为试验电源，一般为AC380V，相应地，该试验电压源适用于弱电脉冲触发回路和自取能光电脉冲触发回路，满足静止变频启动系统自取能光电脉冲触发回路电压阈值。设置静止变频启动系统脉冲触发角α，如表2所示。在被测试晶闸管AK端电压达到峰值时，系统发出触发脉冲，导通晶闸管，被测试晶闸管AK端电压接近于0，导通时间Ton，接近(1/4)T。相应地，检测晶闸管导通时间Ton≤δ(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作异常；检测晶闸管导通时间δ(1/4)T≤Ton≤(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作正常。
参见图5，三相全控逆变桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试的测试回路，由AC380V线电源、限流电阻Rlim、旁路开关和被测试晶闸管阀组构成，其中，六个晶闸管构成全控逆变桥结构。每个晶闸管由一个旁路开关控制，旁路开关两端设外接线端子，用于监测晶闸管的AK端电压波形。
该测试回路应用于三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，旁路开关开断组合状态如表3所示，每次测试回路中仅有一个晶闸管导通。
Figure BDA0001894655380000071
参见图7，为三相全控逆变桥晶闸管阀组循环测试波形图。UAC为试验电源，一般为AC380V，相应地，该试验电压源适用于弱电脉冲触发回路和自取能光电脉冲触发回路，满足静止变频启动系统自取能光电脉冲触发回路电压阈值。设置静止变频启动系统脉冲触发角α，如表3所示。在被测试晶闸管AK端电压达到峰值时，系统发出触发脉冲，导通晶闸管，被测试晶闸管AK端电压接近于0，导通时间Ton，接近(1/4)T。相应地，检测晶闸管导通时间Ton≤δ(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作异常；检测晶闸管导通时间δ(1/4)T≤Ton≤(1/4)T时，判定晶闸管及其脉冲触发回路工作正常。
以进行三相全控整流桥晶闸管SCR1及其脉冲触发回路测试为例，测试过程包括以下步骤：
1)静止变频启动系统脉冲基准信号与试验电源UAC同步，试验电源UAC一般为AC380V线电源，搭建试验回路如图3所示，限流电阻Rlim一般选取100Ω。
2)旁路开关P1断开，P2、…、P6闭合，形成只有晶闸管SCR1导通的测试回路，即形成由电源A端→SCR1→Rlim→电源C端的试验回路。
3)设置静止变频启动系统脉冲触发角α为270°，观测晶闸管SCR1的外接线端子T1和T2两端波形如图6所示。
4)假定裕度系数δ＝0.8时，检测晶闸管SCR1导通时间Ton≤0.2T时，判定晶闸管SCR1及其触发回路工作异常；检测晶闸管SCR1导通时间0.2T＜Ton≤0.25T时，判定晶闸管SCR1及其触发回路工作正常。
该拓扑结构中的其他晶闸管及其脉冲触发回路测试均可参照以上步骤进行。
相应的，单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试、单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试以及三相全控逆变桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试均可参照以上步骤进行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)搭建测试回路，所述测试回路包括试验交流电源、限流电阻Rlim、旁路开关、外接线端子和被测试晶闸管阀组；所述试验交流电源、限流电阻Rlim、旁路开关与被测试晶闸管阀组构成串联回路；所述外接线端子布置在旁路开关两端，用于被测试晶闸管阀组外接线，同时用于监测被测试晶闸管AK端电压波形；
所述被测试晶闸管阀组由六个晶闸管组成不同的拓扑结构：
a、六个晶闸管串联，且晶闸管导通时，均为正向导通，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试；
b、六个晶闸管串联，且晶闸管导通时，均为反向导通，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试；
c、六个晶闸管构成三相全控整流桥结构，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试；
d、六个晶闸管构成三相全控逆变桥结构，每个晶闸管由一个旁路开关控制，此时，进行三相全控逆变桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试；
2)设置静止变频启动系统脉冲基准信号与试验电源同步；
3)设置旁路开关的开断组合状态，形成只有一个晶闸管导通的测试回路；
4)设置静止变频启动系统脉冲触发角，观测所导通的晶闸管AK端电压波形；
5)设置裕度系数，检测晶闸管的导通时间，判定导通时间Ton≤δ(1/4)T时，晶闸管及其触发回路工作异常；判定晶闸管导通时间δ(1/4)T≤Ton≤(1/4)T时，晶闸管及其触发回路工作正常；其中，δ为裕度系数，T为试验电源周期，Ton为晶闸管导通时间；
6)重复步骤3)至步骤5)，依次完成所有晶闸管及其脉冲触发回路的测试。
2.根据权利要求1所述的一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，所述试验交流电源采用AC380V线电源。
3.根据权利要求1所述的一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，所述限流电阻Rlim选取100Ω。
4.根据权利要求1所述的一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，所述进行单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，以及进行单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述六个晶闸管的导通对应的旁路开关的开断组合状态如下：
Figure FDA0002598026950000021
5.根据权利要求4所述的一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，所述进行单臂正向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试，以及进行单臂反向串联晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述静止变频启动系统脉冲触发角按照所测试的支臂的晶闸管两端电压达到峰值时导通晶闸管设置。
6.根据权利要求1所述的一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，所述进行三相全控整流桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述六个晶闸管的导通对应的旁路开关的开断组合状态，以及所述静止变频启动系统脉冲触发角设置如下：
Figure FDA0002598026950000022
7.根据权利要求1所述的一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，所述进行三相全控逆变桥晶闸管及其脉冲触发回路循环测试时，所述六个晶闸管的导通对应的旁路开关的开断组合状态，以及所述静止变频启动系统脉冲触发角设置如下：
Figure FDA0002598026950000031
8.根据权利要求1所述的一种晶闸管及其脉冲触发回路小电流测试方法，其特征在于，所述裕度系数设置为：0.8≤δ≤1。
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