中心議題：

• 晶閘管整流器全關斷檢測電路的設計

解決方案：

• 采用直流傳感器的信號
• 利用管壓降過零檢測方法

本文提出並介紹了歐姆邏輯無環流檢測的一種方案——晶閘管整流器全關斷檢測,並與軟件檢測和電流互感器檢測進行比較分析,最終得出晶閘管全關斷檢測方案準確可行的結論。全關斷的輸出信號與上述兩種信號進行綜合利用,從而準確可靠地實現了歐姆的邏輯無環流控製。

1　引 言

中國環流器2號A(HL—2A)是中國第一個具有偏濾器位形的大型受控核聚變研究裝置
，其主機由德國ASDEX裝置主機主要部件經適當改造而成
，其磁場線圈所需的供電係統及其它的配套係統則完全由我院自行研製。

歐姆線圈(OH)在HL—2A中的作用是擊穿氣體、建立
、維持並加熱等離子體電流，因而為其供電的歐姆電源在裝置實驗中起著非常重要的作用。歐姆電源如圖1所示,有正負各兩組共計四組電源。


其中1號和3號整流櫃為正組，2號和4號整流櫃為負組，正組輸出電壓1600V，負組800V
，兩組的輸出電流都是30kA。

suizheshiyandeshenru，shiyanxuqiucanshudebuduantigao，jiuyaoqiushixianoumudianyuanzhengfuzudewuhuanliuyunxing。oumudianyuandeluojiwuhuanliuyunxingkefenweiyixiajigejieduan
，zhengzuzhengliujieduanweioumuxianquanchongci，kaishifangdianshizhengzuzhengliuqikuaisujinrunibianduan

，jiangqitijichuan、weichidenglizitidianliushangsheng，zaizhengzudianliuguolinghoujiangzhengzufengsuo
，jinjiezhefuzuyizhengliuzhuangtaitourugongzuo，jixutuidongdenglizitidianliushangshengbingweichipingding
，pingdingjieshuhoufuzuyinibianfangshikongzhidenglizitidianliuxiajiang，dianliuguolinghoufengsuofuzu，wanchengyicifangdian。duishiyanlaijiang
，yaoshixianluojiwuhuanliubingquebaozhuangzhideanquan，zuiguanjiandejishujiushioumudianliudeguolingjiance。

為了檢測歐姆的過零情況
，可靠地實現邏輯無環流控製
，對比實際情況，我們開發研製了晶閘管全關斷檢測電路板。

2　幾種關斷檢測方法的比較

要(yao)實(shi)現(xian)邏(luo)輯(ji)無(wu)環(huan)流(liu)的(de)準(zhun)確(que)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)，最(zui)關(guan)鍵(jian)的(de)是(shi)如(ru)何(he)準(zhun)確(que)判(pan)斷(duan)正(zheng)組(zu)整(zheng)流(liu)器(qi)的(de)全(quan)關(guan)斷(duan)時(shi)刻(ke)。因(yin)為(wei)如(ru)果(guo)判(pan)斷(duan)關(guan)斷(duan)提(ti)前(qian)，而(er)實(shi)際(ji)上(shang)正(zheng)組(zu)整(zheng)流(liu)器(qi)還(hai)沒(mei)有(you)全(quan)關(guan)斷(duan)
，這(zhe)時(shi)按(an)設(she)定(ding)的(de)邏(luo)輯(ji)程(cheng)序(xu)就(jiu)把(ba)負(fu)組(zu)整(zheng)流(liu)器(qi)開(kai)通(tong)，正(zheng)組(zu)整(zheng)流(liu)器(qi)和(he)負(fu)組(zu)整(zheng)流(liu)器(qi)之(zhi)間(jian)就(jiu)會(hui)形(xing)成(cheng)大(da)環(huan)流(liu)，則(ze)對(dui)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)的(de)安(an)全(quan)構(gou)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)危(wei)害(hai);如果判斷關斷延後
，正組整流器和負組整流器之間切換的死區時間過長，則影響裝置放電以至放電失敗。

全quan關guan斷duan檢jian測ce對dui電dian源yuan係xi統tong安an全quan和he裝zhuang置zhi放fang電dian的de穩wen定ding有you著zhe重zhong要yao的de影ying響xiang。通tong常chang采cai用yong檢jian測ce整zheng流liu器qi的de直zhi流liu輸shu出chu電dian流liu是shi否fou過guo零ling來lai判pan斷duan其qi是shi否fou關guan斷duan，習xi慣guan上shang就jiu叫jiao做zuo過guo零ling檢jian測ce，下xia麵mian是shi對dui幾ji種zhong檢jian測ce方fang法fa的de分fen析xi和he比bi較jiao。

2.1 軟件過零檢測方法

采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)，經(jing)過(guo)采(cai)集(ji)板(ban)卡(ka)送(song)入(ru)計(ji)算(suan)機(ji)，預(yu)先(xian)設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)值(zhi)，通(tong)過(guo)程(cheng)序(xu)來(lai)比(bi)較(jiao)
，在(zai)檢(jian)測(ce)到(dao)電(dian)流(liu)值(zhi)小(xiao)於(yu)這(zhe)個(ge)值(zhi)的(de)時(shi)候(hou)

，則(ze)認(ren)為(wei)過(guo)零(ling)，由(you)於(yu)大(da)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)和(he)現(xian)場(chang)幹(gan)擾(rao)嚴(yan)重(zhong)，容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)誤(wu)判(pan)，而(er)且(qie)過(guo)零(ling)檢(jian)測(ce)程(cheng)序(xu)與(yu)複(fu)雜(za)的(de)裝(zhuang)置(zhi)放(fang)電(dian)控(kong)製(zhi)程(cheng)序(xu)編(bian)在(zai)一(yi)起(qi)，隻(zhi)檢(jian)測(ce)第(di)一(yi)次(ci)過(guo)零(ling)，在(zai)電(dian)流(liu)出(chu)現(xian)波(bo)動(dong)時(shi)，它(ta)不(bu)能(neng)判(pan)斷(duan)再(zai)過(guo)零(ling)

，如(ru)圖(tu)2所示。

其中Utk2-OH為軟件檢測過零信號，I-OH為歐姆電源電流
，因為互感器測量方向接反，所以歐姆電流顯示為負(下同)。dangguolingxinhaofanzhuanshi，shijishanghaiyouyidingdianliu
，zhengliuqibingmeiyouzhenzhengguanduan，qiechuyuxuliuzhuangtai。ruguofangdianzhengchang，tongguoruanjianyanshishidangshijian，keyikongzhizaizhengzuzhengliuqizhenzhengguanduanshizaikaitongfuzuzhengliuqi，qizhuanhuansiqushijiandechangduanqujueyuchuanganqideceliangjingduhechengxusudu。danruguofangdianbuzhengchang，zhenghaozaiguolingxinhaofanzhuan
，ruanjianyanshishi
，denglizitidianliupolie，qinengliangouhedaooumuyuanbian，zhengzudianliuzengjia，xuliushijianzengchang，ruanjianyouzhijiancechuyigeguolingdian，ruguozairuanjianyanshi(固定值)結束後開通負組整流器，此時正組整流器還在續流，將產生環流。

采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)
，經(jing)過(guo)采(cai)集(ji)板(ban)卡(ka)送(song)入(ru)計(ji)算(suan)機(ji)
，預(yu)先(xian)設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)值(zhi)，通(tong)過(guo)程(cheng)序(xu)來(lai)比(bi)較(jiao)，在(zai)檢(jian)測(ce)到(dao)電(dian)流(liu)值(zhi)小(xiao)於(yu)這(zhe)個(ge)值(zhi)的(de)時(shi)候(hou)
，則(ze)認(ren)為(wei)過(guo)零(ling)，由(you)於(yu)大(da)電(dian)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)和(he)現(xian)場(chang)幹(gan)擾(rao)嚴(yan)重(zhong)，容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)誤(wu)判(pan)，而(er)且(qie)過(guo)零(ling)檢(jian)測(ce)程(cheng)序(xu)與(yu)複(fu)雜(za)的(de)裝(zhuang)置(zhi)放(fang)電(dian)控(kong)製(zhi)程(cheng)序(xu)編(bian)在(zai)一(yi)起(qi)，隻(zhi)檢(jian)測(ce)第(di)一(yi)次(ci)過(guo)零(ling)，在(zai)電(dian)流(liu)出(chu)現(xian)波(bo)動(dong)時(shi)
，它(ta)不(bu)能(neng)判(pan)斷(duan)再(zai)過(guo)零(ling)，如(ru)圖(tu)2所示。其中Utk2-OH為軟件檢測過零信號，I-OH為歐姆電源電流，因為互感器測量方向接反，所以歐姆電流顯示為負(下同)。

dangguolingxinhaofanzhuanshi，shijishanghaiyouyidingdianliu，zhengliuqibingmeiyouzhenzhengguanduan，qiechuyuxuliuzhuangtai。ruguofangdianzhengchang，tongguoruanjianyanshishidangshijian

，keyikongzhizaizhengzuzhengliuqizhenzhengguanduanshizaikaitongfuzuzhengliuqi，qizhuanhuansiqushijiandechangduanqujueyuchuanganqideceliangjingduhechengxusudu。danruguofangdianbuzhengchang
，zhenghaozaiguolingxinhaofanzhuan，ruanjianyanshishi
，denglizitidianliupolie
，qinengliangouhedaooumuyuanbian

，zhengzudianliuzengjia，xuliushijianzengchang
，ruanjianyouzhijiancechuyigeguolingdian，ruguozairuanjianyanshi(固定值)結束後開通負組整流器，此時正組整流器還在續流，將產生環流。
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2.2　硬件過零檢測方法

此ci方fang法fa用yong硬ying件jian來lai實shi現xian，采cai用yong霍huo爾er元yuan件jian測ce得de歐ou姆mu整zheng流liu器qi正zheng組zu總zong電dian流liu信xin號hao來lai作zuo為wei輸shu入ru信xin號hao

，在zai正zheng常chang工gong作zuo的de時shi候hou也ye可ke以yi準zhun確que檢jian測ce出chu關guan斷duan時shi刻ke
，但dan是shi在zai電dian源yuan出chu現xian某mou些xie異yi常chang情qing況kuang時shi

，如ru逆ni變bian失shi敗bai或huo電dian流liu不bu為wei零ling時shi提ti前qian封feng鎖suo，電dian流liu又you恰qia好hao是shi在zai零ling點dian附fu近jin，則ze該gai檢jian測ce方fang法fa會hui多duo次ci顯xian示shi過guo零ling情qing況kuang。而er此ci方fang法fa檢jian測ce出chu第di一yi次ci過guo零ling信xin號hao時shi，實shi際ji上shang整zheng流liu器qi不bu一yi定ding是shi全quan關guan斷duan的de，隻zhi是shi因yin為wei電dian源yuan某mou兩liang相xiang的de電dian壓ya通tong過guo某mou一yi對dui晶jing閘zha管guan加jia到daoOH線圈上

，在一直流激磁電流的基礎上，不斷地對其激磁消磁， OH線圈能量並通過回路電阻消耗，直到OH線圈的直流電流衰減到零，整流器真正關斷。如圖3所示。


其中V-OH為歐姆電源電壓，Utk1-OH為硬件檢測過零信號。

2.3管壓降過零檢測方法

鑒jian於yu以yi上shang兩liang種zhong方fang法fa各ge自zi的de缺que陷xian，現xian在zai采cai用yong一yi種zhong新xin的de檢jian測ce方fang法fa
，通tong過guo檢jian測ce晶jing閘zha管guan兩liang端duan的de管guan壓ya降jiang來lai判pan斷duan是shi否fou完wan全quan關guan斷duan。這zhe是shi一yi種zhong直zhi接jie有you效xiao的de方fang法fa，如ru果guo所suo有you的de管guan子zi都dou關guan斷duan，則ze負fu載zai中zhong沒mei有you電dian流liu，管guan壓ya降jiang為wei幾ji百bai伏fu
，如ru果guo還hai有you管guan子zi導dao通tong

，則ze負fu載zai中zhong還hai有you電dian流liu
，管guan壓ya降jiang則ze為wei幾ji伏fu，通tong過guo對dui管guan壓ya降jiang的de檢jian測ce來lai判pan斷duan是shi否fou全quan關guan斷duan，即ji可ke判pan斷duan是shi否fou有you負fu載zai電dian流liu。針zhen對dui這zhe種zhong特te點dian，設she計ji了le晶jing閘zha管guan全quan關guan斷duan檢jian測ce電dian路lu。

為了可靠判斷晶閘管關斷，取相電壓的15度時為判斷的時刻=700×0.25=175V
，即當管子兩端電壓高於175V時
，判斷管子為關斷狀態;當管子兩端電壓小於175V時，判斷管子為導通狀態，如圖4。


(a)分別是A、B
、C三相電壓，(b)、(c)
、(d)分別是共陰極組的三個晶閘管的狀態信號，它包括正向電壓和反向電壓，中間有30度的低電平，將b、c、d三個信號相與

，得到一個脈衝係列信號e
，表示管子已全部關斷。經此信號用一個單穩整形為電平信號，用來表示關斷信號。

3　晶閘管全關斷檢測電路

圖5即為晶閘管全管斷電路原理圖。
每(mei)個(ge)晶(jing)閘(zha)管(guan)兩(liang)端(duan)分(fen)別(bie)分(fen)壓(ya)
，按(an)正(zheng)反(fan)方(fang)向(xiang)接(jie)兩(liang)個(ge)光(guang)耦(ou)
，當(dang)管(guan)子(zi)兩(liang)端(duan)為(wei)正(zheng)電(dian)壓(ya)時(shi)，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)光(guang)耦(ou)導(dao)通(tong)
，如(ru)果(guo)管(guan)子(zi)兩(liang)端(duan)為(wei)負(fu)電(dian)壓(ya)時(shi)，另(ling)一(yi)個(ge)光(guang)耦(ou)導(dao)通(tong)，光(guang)耦(ou)導(dao)通(tong)時(shi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)都(dou)為(wei)1
，否則為0。將這兩個信號進行“或”處理，得到一個信號，如果“或”之後的信號(即一個晶閘管的信號)仍然為1時，則可判斷此晶閘管為關斷狀態，反之則為導通狀態。

六個晶閘管的信號“與”之後的信號為1時，判斷此時為晶閘管全關斷狀態。通過調節單穩態觸發器RC與C的電阻及電容
，使其輸出高電平保持60 
，這樣能保證準確反映脈衝狀態，所有管子關斷時就為高電平，當60 後無脈衝，則無高電平輸出。也就是說，隻要有晶閘管導通，則輸出的狀態信號就為0。因而在等離子體破裂時，導致正組續流時間增長，就會有低電平輸出。

在(zai)此(ci)電(dian)路(lu)中(zhong)
，光(guang)耦(ou)工(gong)作(zuo)在(zai)線(xian)性(xing)區(qu)
，至(zhi)少(shao)是(shi)在(zai)正(zheng)弦(xian)波(bo)的(de)下(xia)部(bu)是(shi)工(gong)作(zuo)在(zai)線(xian)性(xing)區(qu)，即(ji)在(zai)正(zheng)弦(xian)波(bo)底(di)部(bu)電(dian)壓(ya)很(hen)低(di)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，光(guang)耦(ou)也(ye)能(neng)導(dao)通(tong)，真(zhen)實(shi)反(fan)映(ying)晶(jing)閘(zha)管(guan)兩(liang)端(duan)承(cheng)受(shou)的(de)電(dian)壓(ya)。而(er)正(zheng)弦(xian)波(bo)電(dian)壓(ya)較(jiao)高(gao)的(de)那(na)部(bu)分(fen)更(geng)能(neng)使(shi)光(guang)耦(ou)導(dao)通(tong)。現(xian)在(zai)以(yi)一(yi)個(ge)光(guang)耦(ou)的(de)輸(shu)出(chu)為(wei)例(li)來(lai)介(jie)紹(shao)板(ban)子(zi)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)。

先xian假jia設she一yi個ge光guang耦ou導dao通tong
，其qi輸shu出chu的de信xin號hao經jing過guo三san極ji管guan放fang大da，分fen成cheng三san路lu分fen別bie通tong過guo三san個ge比bi較jiao器qi
，其qi中zhong一yi個ge同tong相xiang比bi較jiao器qi，兩liang個ge反fan相xiang比bi較jiao器qi。同tong相xiang比bi較jiao器qi是shi用yong來lai得de到dao脈mai衝chong的de前qian沿yan
，當dang正zheng弦xian波bo電dian壓ya達da到dao比bi較jiao電dian平ping時shi

，比bi較jiao器qi翻fan轉zhuan產chan生sheng一yi個ge上shang升sheng沿yan，它ta的de輸shu出chu接jie到dao一yi個geD觸發器的時鍾端，Q端開始為“1”;當正弦波電壓達到反相比較器比較電平時;也產生一個上升沿
，這個上升沿經過一個單穩後送到D觸發器的複位端使Q端變為“0”，也就是確定了脈衝的後沿。經過這個環節，正弦波已經被整形為方波。

另外一個反相比較器的作用是確保能找到一個能使Dchufaqifuweideyigexinhao，zheshiyinweiruguohouyanbijiaodianpingbiqianyanbijiaodianpinggao，jiuyoukenengchuxianzaijiancedaoqianyanyihoujingzhaguandaotong，jingzhaguanliangduandianyazhiyoujifu
，jiuzhaobudaohouyan

，D觸發器的輸出就一直為“1”，cuowudefanyingleguanzizhuangtai。suoyizhegebijiaoqidebijiaodianpingbixushezhizaiqianyanbijiaoqidebijiaodianpingzhixia，tadeshuchuhelingwaiyigefanxiangbijiaoqideshuchuxiang“或”，連接到單穩的輸入端;對應正、反向光耦最終的輸出信號相“或”後，再與其他六路信號相“與”
，得到全關斷信號。
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4　調試結果

首(shou)先(xian)用(yong)標(biao)準(zhun)的(de)正(zheng)弦(xian)波(bo)信(xin)號(hao)源(yuan)對(dui)高(gao)隔(ge)離(li)電(dian)壓(ya)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)
，盡(jin)量(liang)在(zai)要(yao)檢(jian)測(ce)的(de)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)內(nei)使(shi)其(qi)延(yan)時(shi)時(shi)間(jian)短(duan)
，且(qie)光(guang)耦(ou)的(de)性(xing)能(neng)基(ji)本(ben)一(yi)致(zhi)，再(zai)能(neng)過(guo)比(bi)較(jiao)器(qi)調(tiao)節(jie)各(ge)路(lu)輸(shu)出(chu)的(de)一(yi)致(zhi)性(xing)。

由(you)於(yu)歐(ou)姆(mu)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)在(zai)脈(mai)衝(chong)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)，現(xian)場(chang)調(tiao)試(shi)比(bi)較(jiao)困(kun)難(nan)，通(tong)過(guo)每(mei)一(yi)次(ci)放(fang)電(dian)記(ji)錄(lu)的(de)數(shu)據(ju)
，把(ba)每(mei)一(yi)路(lu)的(de)信(xin)號(hao)再(zai)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)調(tiao)整(zheng)
，使(shi)其(qi)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)
，能(neng)夠(gou)準(zhun)確(que)檢(jian)測(ce)到(dao)正(zheng)組(zu)整(zheng)流(liu)器(qi)電(dian)流(liu)過(guo)零(ling)時(shi)刻(ke)，如(ru)圖(tu)6，其中Utk3-OH為晶閘管全關斷檢測過零信號。


該晶閘管全關斷檢測電路不僅在理論上能夠真實反映管子全關斷時刻，並且在實驗運行中得到了良好地應用
，在OH電源假負載的條件下，進行的邏輯無環流實驗中，全關斷信號與其它過零信號(軟件過零檢測信號
、硬件過零檢測信號和等離子體存在信號)綜合作為整流器是否關斷的判據，起到了較好的效果。實驗中是在全關斷信號出現後，延時6ms, 如果上述三個信號同時存在，則負組打開的條件滿足
，這為實驗裝置的安全提供了保證，實驗參數得到很大提高。