【導(dǎo)讀】晶閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)在電力、電子等工業(yè)領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。而脈沖觸發(fā)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中能否正常可靠運(yùn)行，很大程度上決定于該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種干擾的抗干擾能力。本文就將與大家探討如何提升提升晶閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)抗干擾能力。
晶閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)在電力、電子等工業(yè)領(lǐng)域（如整流、有源逆變、交流調(diào)壓、變頻器及斬波器等方面）有著極其廣泛的應(yīng)用。而脈沖觸發(fā)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中能否正常可靠運(yùn)行，很大程度上決定于該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種干擾的抗干擾能力。
1.晶閘管受干擾原因：
因?yàn)榇蠖鄶?shù)干擾表現(xiàn)為瞬時(shí)尖峰信號(hào)的形式，即所謂“毛刺”，當(dāng)其幅值和能量達(dá)到一定程度時(shí)，就極易導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通，造成晶閘管損壞等嚴(yán)重后果，使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。尤其在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣、而脈沖本身又為強(qiáng)觸發(fā)脈沖的情況下，因?yàn)橥饨鐚?duì)脈沖系統(tǒng)及脈沖相互間的干擾均較大，系統(tǒng)的抗干擾能力更成為關(guān)鍵之一。該情況下系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)弱也正能衡量出一種抗干擾措施實(shí)際效果的好壞。如直流煉鋼電弧爐晶閘管整流裝置的強(qiáng)觸發(fā)脈沖系統(tǒng)即屬于此類。直流爐額定弧流為數(shù)千至數(shù)萬(wàn)安，弧壓為數(shù)百伏，且直流側(cè)短路是其正常工況，這種工況在熔化期頻繁發(fā)生，在移相控制過(guò)程中，產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波電流，在弧流通過(guò)的路徑如整流裝置、短網(wǎng)、直流爐體周圍空間產(chǎn)生強(qiáng)大的劇變電磁場(chǎng)，成為置于其中的脈沖系統(tǒng)的一個(gè)較強(qiáng)的干擾源。另外，由于整流裝置容量較大，需多只晶閘管并聯(lián)運(yùn)行，故采取強(qiáng)觸發(fā)脈沖以保證并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通的一致性、可靠性，因而脈沖瞬時(shí)功率較大，使脈沖相互間干擾也增大。
2.干擾類型
脈沖系統(tǒng)的干擾主要有兩類。一類是脈沖系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾。另一類是外部干擾源對(duì)脈沖系統(tǒng)的干擾。
脈沖系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾
這類干擾主要由共用的電源和地引起，表現(xiàn)為一路脈沖的尖峰干擾信號(hào)在對(duì)應(yīng)于其他幾路脈沖的時(shí)刻出現(xiàn)。這是因?yàn)楦髀访}沖共用一組電源，在一路脈沖觸發(fā)時(shí)，瞬時(shí)功率較大，將電源波形拉下缺口。同時(shí)，在地線上產(chǎn)生較強(qiáng)的脈沖電流，該電流流經(jīng)地線上兩點(diǎn)間將產(chǎn)生干擾“毛刺”。若接地沒處理好，該干擾“毛刺”將通過(guò)地線傳至其他路脈沖信號(hào)上。這類干擾的另一原因是印刷電路板上或線槽內(nèi)兩條平行的信號(hào)線的線間分布電容的電容耦合。
外部干擾源對(duì)脈沖系統(tǒng)的干擾
外部干擾源主要包括兩類。一是設(shè)備內(nèi)部信號(hào)，如脈沖控制柜內(nèi)其他的強(qiáng)電信號(hào)等。二是外部環(huán)境，如大電弧電流產(chǎn)生的劇變強(qiáng)電磁場(chǎng)、強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)、大功率整流電路的移相控制產(chǎn)生的諧波、斷路器合分過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)壓等。這些干擾主要通過(guò)通道傳輸和電磁耦合等方式干擾脈沖系統(tǒng)。
3.抗干擾措施
抑制脈沖間相互干擾的措施
因?yàn)檫@類干擾主要由共用電源和地引起，故應(yīng)有針對(duì)性地采取以下措施：
（1）將控制電源和脈沖電源分開，并將各路脈沖電源分開，以減少或消除脈沖間的相互干擾。如有六路脈沖輸出，就可采用六組脈沖電源。另外，各電源應(yīng)采用大容量電容進(jìn)行濾波，并盡量提高電源輸出特性的硬度。
（2）地線要處理好。這包括兩點(diǎn)：一是要遵循“一點(diǎn)接地”原則；二是接地電阻應(yīng)盡量小。在脈沖電路的實(shí)際工程調(diào)試中，相當(dāng)大的工作量往往都花在消除干擾“毛刺”上，而這大多是地線沒有處理好造成的。因此，這一條很重要。所謂“一點(diǎn)接地”原則，就是指各路脈沖的地應(yīng)接在一點(diǎn)，以便各脈沖的地電位盡量一致。這里的 “點(diǎn)”既指電路上的一點(diǎn)，也指物理上的一點(diǎn)。接地電阻小就是說(shuō)一地線應(yīng)盡量短；二地線還應(yīng)盡量粗。這樣，才能在強(qiáng)觸發(fā)情況下，脈沖觸發(fā)電流較大時(shí)使地線上兩點(diǎn)間的電位差盡量小，減少或消除“毛刺”。圖1和圖2分別示出合理及不合理的地線接線方法（以六路脈沖為例）。
圖1：合理的底線接法
圖2：不合理的底線接法
抑制外部干擾源對(duì)脈沖干擾的措施
抑制設(shè)備內(nèi)部信號(hào)對(duì)脈沖干擾的措施
（1）印制電路板采用“鋪地”方法，即印制電路板上全部或局部鋪上地線，用地線將信號(hào)線包圍起來(lái)，以抑制設(shè)備內(nèi)部信號(hào)對(duì)脈沖信號(hào)的干擾。
（2）脈沖信號(hào)線應(yīng)盡量短。
（3）脈沖信號(hào)采用絞距小于1cm的雙絞線或屏蔽線。因?yàn)殡p絞線內(nèi)流過(guò)的電流瞬時(shí)大小相等，方向相反，故脈沖信號(hào)產(chǎn)生的干擾磁場(chǎng)只在雙絞線間極小的間隙內(nèi)迭加，而在雙絞線外廣大的區(qū)域相互抵消。同樣，設(shè)備內(nèi)部信號(hào)產(chǎn)生的干擾磁場(chǎng)在雙絞線內(nèi)產(chǎn)生的干擾信號(hào)也是大小相等，方向相反，故相互抵消。因此，采用雙絞線是一種有效而廉價(jià)的抗干擾措施。
（4）強(qiáng)、弱電垂直交叉或分開布線。分開布線即增大強(qiáng)、弱電信號(hào)線間的物理距離，可有效衰減其相互干擾程度。若設(shè)備內(nèi)部無(wú)足夠空間，可使強(qiáng)、弱電信號(hào)線垂直交叉，減小其相互干擾。
抑制外部環(huán)境對(duì)脈沖干擾的措施
（1）脈沖信號(hào)線與外部環(huán)境干擾源保持盡可能大的物理距離。
（2）脈沖采用雙絞線或屏蔽電纜。
（3）脈沖線單獨(dú)穿管，與其他信號(hào)線分開布線。管道應(yīng)可靠接地，并保證整個(gè)長(zhǎng)度上連續(xù)接地。（采用對(duì)磁電衰減較好的材料做的管道，如2inch電鍍鋼管或電氣金屬管等）
（4）盡量減少或不設(shè)中間端子板或連接點(diǎn)。
（5）根據(jù)具體情況，也可對(duì)脈沖系統(tǒng)專做一屏蔽盒，既嚴(yán)密屏蔽又便于調(diào)試、維修。（如抽屜式）
上述一些抗干擾措施在多年的現(xiàn)場(chǎng)工程調(diào)試中被證明是實(shí)用的、行之有效的。典型的一個(gè)應(yīng)用是在為某直流煉鋼電弧爐配套的40KA/650V整流裝置的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中。由于整流裝置容量較大，干擾很大。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，為避免渦流發(fā)熱而采用的不導(dǎo)磁的不銹鋼管（純水冷卻裝置用）及角鋁（整流裝置框架）在整流裝置通電運(yùn)行后居然出現(xiàn)了磁化現(xiàn)象（角鋁是在彎角處出現(xiàn)），晶閘管的觸發(fā)脈沖上也迭加了嚴(yán)重的干擾毛刺，剛開始試運(yùn)行時(shí)，時(shí)常有晶閘管因誤觸發(fā)而損壞。后來(lái)，采取上述措施進(jìn)行整改后，將脈沖的干擾毛刺抑制到很小的程度，整流裝置投入正常運(yùn)行。相信這些措施對(duì)廣大電氣、電力電子領(lǐng)域的設(shè)計(jì)及工程技術(shù)人員會(huì)有所幫助。
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