CN112542036A - 高压可控硅无线触发设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高压可控硅无线触发设备，包括晶闸管SCR的RC吸收回路、控制单元、第一无线通信单元、第二无线通信单元及高压取能触发单元。本发明以无线的方式解决了高压系统中晶闸管高压触发电路与弱电控制系统之间高低压电气隔离的问题，减少了调试和施工现场的布线工作，使系统更简洁高效，减少了高压配电室施工现场柜体的摆放位置限制。

Description

高压可控硅无线触发设备
技术领域
本发明涉及晶闸管触发技术领域，尤其涉及一种高压可控硅无线触发设备。
背景技术
目前，单只晶闸管耐压水平能达到9000V，但是对于电力系统来说，其耐压水平仍不能满足要求。为了满足晶闸管为主回路核心器件的静止变频器高电压要求，在装置中晶闸管一般都是串联使用的，为了保证串联晶闸管安全运行，其外围还有复杂的外围电路，构成晶闸管高位触发电路。由于处于高电压下，晶闸管触发信号的传输研究成为晶闸管可靠运行的关键。
高压同步静止变频应用于高压系统时，其触发信号的控制系统属于低压弱电系统，必须通过高低压电气隔离技术解决高低压电气隔离和电磁干扰问题，传统的触发设备由于电气隔离问题不能很好地应用于高压系统。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种高压可控硅无线触发设备，以解决传统高压可控硅触发设备中晶闸管高位触发电路与弱电控制系统电气隔离的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种高压可控硅无线触发设备，包括晶闸管SCR的RC吸收回路、控制单元、第一无线通信单元、第二无线通信单元及高压取能触发单元；
控制单元与第一无线通信单元通信连接并集成于同一电路板，第一无线通信单元与第二无线通信单元无线连接，控制单元用于通过第一无线通信单元将晶闸管触发信号发送给第二无线通信单元；
第二无线通信单元与高压取能触发单元通信连接并集成于同一电路板，高压取能触发单元还连接RC吸收回路，高压取能触发单元用于通过RC吸收回路将能量储存在电容中，在接收到第二无线通信单元发送的晶闸管触发信号后将储存在电容中的能量释放以触发晶闸管SCR。
可选的，第一无线通信单元及第二无线通信单元均为内嵌MCU的2.4G射频单元。
可选的，高压取能触发单元包括取能模块和触发模块；
取能模块分别连接RC吸收回路、触发模块，取能模块用于通过RC吸收回路将能量储存在电容中以对触发模块供电；
触发模块连接晶闸管SCR的门级，用于触发晶闸管SCR。
可选的，取能模块包括整流器DB、稳压二极管D1、晶闸管D2、电阻R2～R3及电容C2～C3；
晶闸管SCR的一端经RC吸收回路连接整流器DB的一交流输入端，整流器DB的另一交流输入端连接晶闸管SCR的另一端，整流器DB的直流输出端正极依次经稳压二极管D1、电阻R2接地，整流器DB的直流输出端正极还分别经晶闸管D2、电容C3接地，稳压二极管D1与电阻R2的公共端经电阻R2连接晶闸管D2的门级，稳压二极管D1与电阻R2的公共端还经电容C2接地，整流器DB的直流输出端负极接地，电容C3与触发模块并联。
可选的，触发模块包括变压器T1、三极管Q1及整流输出电路；
整流器DB的直流输出端正极依次经变压器T1的原边、三极管Q1接地，三极管Q1的基极连接第二无线通信单元，变压器T1的副边经整流输出电路连接晶闸管SCR的门级。
可选的，触发模块还包括三极管Q2、二极管D3及电容C4；
变压器T1原边远离整流器DB的一端依次经二极管D3的正极、二极管D3的负极、电容C4连接变压器T1原边的另一端，三极管Q2与二极管D3并联，三极管Q2的基极连接第二无线通信单元。
可选的，触发模块还包括电阻R4～R5，电阻R4接入三极管Q1与第二无线通信单元之间，电阻R5接入三极管Q2与第二无线通信单元之间。
本发明的高压可控硅无线触发设备相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)控制单元与第一无线通信单元位于低压弱电的电路板上，第二无线通信单元与高压取能触发单元位于高压电路板上，当控制单元选择导通某一晶闸管SCR时，将触发信号通过第一无线通信单元无线发送至第二无线通信单元，第二无线通信单元控制高压取能触发单元将储存在电容中的能量释放以触发晶闸管SCR，这样便以无线的方式解决了高压系统中晶闸管高压触发电路与弱电控制系统之间高低压电气隔离的问题，减少了调试和施工现场的布线工作，使系统更简洁高效，减少了高压配电室施工现场柜体的摆放位置限制；
(2)当晶闸管SCR两端电压反向时，电流经过整流器DB、电容C3、RC吸收回路继续向电容C3充电，这样在晶闸管SCR处于导通状态即两端电压反向时依旧可以从晶闸管两端SCR进行取能，增强了取能模块取能效果和带负载能力；
(3)触发模块通过控制三极管Q1的开断，使变压器原边导通、关断从而在副边感应出脉冲波形，将电能通过电磁感应原理输送到副边触发晶闸管门极，从而触发晶闸管器件，这样一方面将第二无线通信单元输出的低功率触发脉冲进行功率放大，来保证晶闸管在接收触发脉冲后正常导通，另一方面将触发模块与晶闸管主回路进行电位隔离隔离，防止由于不共地原因导致的晶闸管拒动问题，增加触了发有效性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的高压可控硅无线触发设备的结构框图；
图2为本发明的取能模块的电路图；
图3为本发明的触发模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例的高压可控硅无线触发设备包括晶闸管SCR的RC吸收回路、控制单元、第一无线通信单元、第二无线通信单元及高压取能触发单元。控制单元与第一无线通信单元通信连接并集成于同一电路板，第一无线通信单元与第二无线通信单元无线连接，控制单元用于通过第一无线通信单元将晶闸管触发信号发送给第二无线通信单元。第二无线通信单元与高压取能触发单元通信连接并集成于同一电路板，高压取能触发单元还连接RC吸收回路，高压取能触发单元用于通过RC吸收回路将能量储存在电容中，在接收到第二无线通信单元发送的晶闸管触发信号后将储存在电容中的能量释放以触发晶闸管SCR。优选第一无线通信单元及第二无线通信单元均为内嵌MCU的2.4G射频单元。
其中，如图2所示，RC吸收回路包括电阻R1和电容C1。本实施例中，控制单元与第一无线通信单元位于低压弱电的电路板上，第二无线通信单元与高压取能触发单元位于高压电路板上，当控制单元选择导通某一晶闸管SCR时，将触发信号通过第一无线通信单元无线发送至第二无线通信单元，第二无线通信单元控制高压取能触发单元将储存在电容中的能量释放以触发晶闸管SCR，这样便以无线的方式解决了高压系统中晶闸管高压触发电路与弱电控制系统之间高低压电气隔离的问题，减少了调试和施工现场的布线工作，使系统更简洁高效，减少了高压配电室施工现场柜体的摆放位置限制。
进一步的，本实施例的高压取能触发单元包括取能模块和触发模块。取能模块分别连接RC吸收回路、触发模块，取能模块用于通过RC吸收回路将能量储存在电容中以对触发模块供电。触发模块连接晶闸管SCR的门级，用于触发晶闸管SCR。
一般的，取能模块的具体电路可有多种，但传统取能电路只有在晶闸管的正向电压增加且晶闸管处于关断状态时取能，晶闸管导通后无法取能，属于半波取能方式，且当晶闸管导通角较小时，传统取能电路取能效果差，不能满足用电电路的电能需求，带负载能力弱。从而如图2所示，本实施例优选取能模块包括整流器DB、稳压二极管D1、晶闸管D2、电阻R2～R3及电容C2～C3。晶闸管SCR的一端经RC吸收回路连接整流器DB的一交流输入端，整流器DB的另一交流输入端连接晶闸管SCR的另一端，整流器DB的直流输出端正极依次经稳压二极管D1、电阻R2接地，整流器DB的直流输出端正极还分别经晶闸管D2、电容C3接地，稳压二极管D1与电阻R2的公共端经电阻R2连接晶闸管D2的门级，稳压二极管D1与电阻R2的公共端还经电容C2接地，整流器DB的直流输出端负极接地，电容C3与触发模块并联。
本实施例中，当图2中晶闸管SCR两端电压正向升高时，电流经过RC吸收回路获取电能，经整流器DB向储能电容C3充电，稳压二极管D1、电阻R2～R3、及电容C2组成电压限幅电路，当储能电容C3的电压达到击穿稳压二极管D1的击穿电压时，稳压二极管D1导通，对电容C2充电，晶闸管D2的门级承受正向电压，晶闸管D2导通，保持电容C3上的电位维持在稳压二极管D1的击穿电压不变。当晶闸管SCR两端电压反向时，电流经过整流器DB、电容C3、RC吸收回路继续向电容C3充电。这样本实施例在晶闸管SCR处于导通状态即两端电压反向时依旧可以从晶闸管两端SCR进行取能，增强了取能模块取能效果和带负载能力。
一般的，触发模块的具体电路也可有多种，但由于本实施例中的取能模块使用了整流器，当取能模块获取电能用于晶闸管触发时，会造成晶闸管触发电路与主电路不共地的情况出现，导致晶闸管触发电路无法使门极与阴极形成晶闸管触发必须的电位差，使得晶闸管出现拒动问题。从而如图3所示，本实施例优选触发模块包括变压器T1、三极管Q1及整流输出电路。整流器DB的直流输出端正极依次经变压器T1的原边、三极管Q1接地，三极管Q1的基极连接第二无线通信单元，变压器T1的副边经整流输出电路连接晶闸管SCR的门级。本实施例的触发模块通过控制三极管Q1的开断，使变压器原边导通、关断从而在副边感应出脉冲波形，将电能通过电磁感应原理输送到副边触发晶闸管门极，从而触发晶闸管器件，这样一方面将第二无线通信单元输出的低功率触发脉冲进行功率放大，来保证晶闸管在接收触发脉冲后正常导通，另一方面将触发模块与晶闸管主回路进行电位隔离隔离，防止由于不共地原因导致的晶闸管拒动问题，增加触了发有效性和可靠性。
本实施例中，为了提高变压器T1磁芯的使用效率，需要给变压器T1施加去磁电流，使磁芯达到负饱和点以获得最大的磁感应强度增量，因此需要假如加入复位电路。一般的，传统复位电路常采用直流复位电路，给磁芯外加一个复位绕组，与变压器主绕组隔离，复位绕组通一个与脉冲电流方向相反的直流电流，从而实现磁芯的复位，但直流复位电路需要额外的恒流源以及相应的高压隔离装置，在损耗巨额能量的同时还不利于系统的紧凑化设计。从而如图3所示，本实施例优选触发模块还包括三极管Q2、二极管D3及电容C4。变压器T1原边远离整流器DB的一端依次经二极管D3的正极、二极管D3的负极、电容C4连接变压器T1原边的另一端，三极管Q2与二极管D3并联，三极管Q2的基极连接第二无线通信单元。
本实施例中，变压器T1输出脉冲过后，储存在变压器T1励磁电感中的能量通过二极管D3返回到电容C4中，在下个周期脉冲触发前，导通三极管Q2，此时电容C4中的能量通过谐振转移到励磁电感中，因此在磁芯中形成一个去磁电感，从而实现磁芯的复位。在一个完整周期t0-t3内，三极管Q2在t0-t1期间导通，三极管Q1在t1-t2期间导通，其余时间开关都处于栅极电压截止状态。这样本实施例变压器T1的复位电路无需要额外的恒流源以及相应的高压隔离装置，降低了能量的同时，有利于系统的紧凑化设计。触发模块还包括电阻R4～R5，电阻R4接入三极管Q1与第二无线通信单元之间，电阻R5接入三极管Q2与第二无线通信单元之间。电阻R4～R5用于限流。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压可控硅无线触发设备，包括晶闸管SCR的RC吸收回路，其特征在于，还包括控制单元、第一无线通信单元、第二无线通信单元及高压取能触发单元；
控制单元与第一无线通信单元通信连接并集成于同一电路板，第一无线通信单元与第二无线通信单元无线连接，控制单元用于通过第一无线通信单元将晶闸管触发信号发送给第二无线通信单元；
第二无线通信单元与高压取能触发单元通信连接并集成于同一电路板，高压取能触发单元还连接RC吸收回路，高压取能触发单元用于通过RC吸收回路将能量储存在电容中，在接收到第二无线通信单元发送的晶闸管触发信号后将储存在电容中的能量释放以触发晶闸管SCR。
2.如权利要求1所述的高压可控硅无线触发设备，其特征在于，第一无线通信单元及第二无线通信单元均为内嵌MCU的2.4G射频单元。
3.如权利要求1所述的高压可控硅无线触发设备，其特征在于，高压取能触发单元包括取能模块和触发模块；
取能模块分别连接RC吸收回路、触发模块，取能模块用于通过RC吸收回路将能量储存在电容中以对触发模块供电；
触发模块连接晶闸管SCR的门级，用于触发晶闸管SCR。
4.如权利要求3所述的高压可控硅无线触发设备，其特征在于，取能模块包括整流器DB、稳压二极管D1、晶闸管D2、电阻R2～R3及电容C2～C3；
晶闸管SCR的一端经RC吸收回路连接整流器DB的一交流输入端，整流器DB的另一交流输入端连接晶闸管SCR的另一端，整流器DB的直流输出端正极依次经稳压二极管D1、电阻R2接地，整流器DB的直流输出端正极还分别经晶闸管D2、电容C3接地，稳压二极管D1与电阻R2的公共端经电阻R2连接晶闸管D2的门级，稳压二极管D1与电阻R2的公共端还经电容C2接地，整流器DB的直流输出端负极接地，电容C3与触发模块并联。
5.如权利要求4所述的高压可控硅无线触发设备，其特征在于，触发模块包括变压器T1、三极管Q1及整流输出电路；
整流器DB的直流输出端正极依次经变压器T1的原边、三极管Q1接地，三极管Q1的基极连接第二无线通信单元，变压器T1的副边经整流输出电路连接晶闸管SCR的门级。
6.如权利要求5所述的高压可控硅无线触发设备，其特征在于，触发模块还包括三极管Q2、二极管D3及电容C4；
变压器T1原边远离整流器DB的一端依次经二极管D3的正极、二极管D3的负极、电容C4连接变压器T1原边的另一端，三极管Q2与二极管D3并联，三极管Q2的基极连接第二无线通信单元。
7.如权利要求6所述的高压可控硅无线触发设备，其特征在于，触发模块还包括电阻R4～R5，电阻R4接入三极管Q1与第二无线通信单元之间，电阻R5接入三极管Q2与第二无线通信单元之间。
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