智能晶闸管功率模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种智能晶闸管功率模块，该模块包括外壳、触发板、保护装置电路、散热器、控制端子及风机，触发板、保护装置和风机设置在外壳内，散热器和控制端子设置在外壳表面，触发板设有晶闸管、触发电路和硬件电路，所述晶闸管（可控硅）与电感线圈和电容器串联。该模块过载能力强，使用寿命长，与传统的晶闸管模块相比此模块更具可靠性，更具性价比。
【专利说明】智能晶闸管功率模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力电容器快速投切智能晶闸管模块，具体地说时用于一种低压动态无功功率补偿装置电容器组过零投切的智能晶闸管功率模块。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的持续增长，用电负荷迅速增加，用户无功需求也大幅度提高，这给本已缺电的我国电网带来更加严重的问题，配电网对低压动态无功补偿兼消谐装置TSC (晶闸管投切电容器)和低压动态无功补偿兼消谐装置TSF (晶闸管投切滤波器)有着广泛的需求。配电网中负荷变化越来越频繁，这就要求TSC、TSF的能够实时跟踪负荷并进行补偿，这就会出现TSC的电容器支路、TSF的滤波器支路频繁投切。
[0003]如果电容器支路、滤波器支路的投切时刻不当，会产生涌流，对系统造成冲击并带来谐波，使电能质量变差。如果电容器投切时刻选择不当，还可能造成控制器误动作使装置不能正常工作，甚至烧坏用电设备。因此，晶闸管触发控制非常关键，为保证电容器投切时不产生涌流、造成冲击，必须选择恰当的时刻进行投切。对于电容器切除，晶闸管具有电流过零关断特性，可以自行实现无冲击切除。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种可以实现实时、无冲击投入，电流过零点断开，不产生合闸涌流的智能晶闸管功率模块。
[0005]一种智能晶闸管功率模块，其特征在于:该模块包括外壳、触发板、保护装置电路、散热器、控制端子及风机，触发板、保护装置和风机设置在外壳内，散热器和控制端子设置在外壳表面，触发板设有晶闸管、触发电路和硬件电路，所述晶闸管(可控硅)与电感线圈和电容器串联。
[0006]本实用新型的目的还可以采用以下技术措施解决:
[0007]作为更具体的一种方案，所述触发板的硬件电路包括系统计时基波获取电路、电压过零检测电路、高频脉冲发生电路、脉冲隔离放大电路、投切命令获取电路、手动投切电路、电流温度检测电路、数据输出显示电路和风机控制电路九部分，这九部分在一块电路板上可以实现。
[0008]所述系统计时基波获取电路包括限流电阻、光电耦合信号隔离及与门逻辑处理器依次组成，系统电压经过限流电阻，然后经过光电耦合隔离进行信号隔离，输出信号经过与门的逻辑处理，从而获得输出精确的计时基波。所述系统计时基波获取电路用于标记计算涌流最小的投切时刻。
[0009]所述电压过零检测电路包括整流电路、负半波整流二极管、零比较器、稳压二极管、光电耦合器以及所述与门逻辑处理器依次组成，最终经过与门的逻辑判断处理，从而获过零输出信号。电压过零信号获取电路能够实现无触点、无涌流、无过渡投切。
[0010]所述触发电路包括555定时器、三极管、所述负半波整流二极管、高频脉冲隔离变压器依次组成，由555定时器搭建的高谐振荡器来建立高频脉冲，再利用三极管与脉冲变压器将高频脉冲隔离放大输出。触发控制电路设计高频脉冲发生和脉冲隔离放大功能，触发控制方式更加稳定可靠。
[0011]所述保护装置电路包括温度采样电路、电流采样电路，根据采样信号及单片机编程程序判断，输出温度、电流，达到预期设定值时，输出报警信号，并切断电容器组投切。
[0012]本实用新型的有益效果如下:
[0013](I)此款智能晶闸管功率模块设计多重监测保护措施及快速投切技术，无论电容器的残余电压为何值，电容器支路可以实现实时、无冲击投入，电流过零点断开，不产生合闸涌流；
[0014](2)此款智能晶闸管功率模块采集电压信号，确定电容器支路无冲击、实时投切时刻的方法，能够实现在20ms内完成无冲击投入电容器支路，并在IOms内完成切除动作，这已经是无冲击投切的极限时间。本实用新型可以应用于基于智能晶闸管功率模块投切电容器的动态无功补偿装置，具有良好的应用前景；
[0015](3)系统电压通过限流电阻，经过光电耦合器信号隔离，输出通过与门的逻辑处理获得输出信号；
[0016](4)智能晶闸管功率模块根据采集智能晶闸管模块端电压信号，经过整流、零比较器、光电耦合信号隔离及与门的逻辑处理获输出的信号；
[0017](5)智能晶闸管功率模块利用555定时器搭建的高谐振荡器来建立高频脉冲，再利用三极管与脉冲变压器将高频脉冲隔离放大输出；
[0018](6)具有电流显示、温度显示、过流保护、温度保护、缺相保护、可控硅击穿报警等功能，低压无功功率补偿装置具 有安全性、可靠性；
[0019](7)与传统的晶闸管模块相对比，本实用新型的智能晶闸管功率模块还具有如下优点:a、可以实现实时快速投切；b、高频脉冲触发稳定可靠；c、集电流显示、温度显示、过流保护、温度保护、缺相保护、可控硅击穿警报、触发功能一体化；d、电压过零投入，不产生涌流；e、电流过零切除，不产生高压；f、三相共补、单相分补一体化；g低压动态无功补偿兼消谐装置电容器支路频繁投切；h、低压动态无功补偿兼滤波装置滤波电容器支路频繁投切。
【专利附图】
【附图说明】[0020]图[0021]图[0022]图[0023]图[0024]图[0025]图[0026]图[0027]图刻。[0028]图1为本实用新型一实施例结构示意图。
2为本实用新型的智能晶闸管功率模块的接线图。
3为本实用新型的智能晶闸管功率模块的工作原理图。
4为本实用新型的智能晶闸管功率模块的计时基波获取工作原理图。
5为本实用新型的智能晶闸管功率模块的计时基波获取电路输出波形图。
6为本实用新型的智能晶闸管功率模块的电压过零信号获取工作原理图。
7为本实用新型的智能晶闸管功率模块的触发控制及装置功能原理图。
8为本实用新型的智能晶闸管功率模块的触发装置在一状态下确定的投入时
9为本实用新型的智能晶闸管功率模块的触发装置在另一状态下确定的投入时刻。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
[0030]参见图1至图9所示，一种智能晶闸管功率模块，该模块包括外壳1、触发板6、保护装置电路、散热器、控制端子2及风机，触发板6、保护装置和风机设置在外壳I内，散热器和控制端子2设置在外壳I表面，触发板6设有晶闸管8、触发电路和硬件电路，所述晶闸管8与电感线圈9和电容器10串联。
[0031]结合图1所示，所述智能晶闸管功率模块连接在低压动态无功功率补偿装置电容器组过零投切电路中，所述电容器组过零投切5设有三个输入点，各输入点分别通过导线与三相线路(L1、L2、L3三相)连接，导线上设有熔断器3、智能晶闸管功率模块和电抗器4。
[0032]结合图2，触发板6设有端子C+、C-与控制器7相连接，用于输入投切命令(电平信号)；端子KU K2分别与支路中kl、k2连接，用于采集电压；端子Al、A2分别接晶闸管的门极，用于触发晶闸管8。采集Kl、K2两点电压Ul (即晶闸管两端电压)，用于确定投入电容器的时刻。在晶闸管未导通时Ul等于系统电压减去电容器残余电压。
[0033]如图8所示，当电容器残余电压小于系统电压Us的峰值时，Ul存在过零点，则把Ul的过零点作为晶闸管的触发时刻。如图9所示，当电容器残余电压大于系统电压Us的峰值时，Ul不存在过零点，选择系统电压峰值时刻作为晶闸管的触发时刻，此时Ul在最接近零的峰值。可以根据Ul的极性来确定Us这个峰值是正峰值还是负峰值。当U1>0时,选择Us的负峰值时刻作为投入时刻；当Ul < O时，选择Us的正峰值时刻作为投入时刻。
[0034]所述触发板6的硬件电路包括系统计时基波获取电路11、电压过零检测电路13、高频脉冲发生电路16、脉冲隔离放大电路17、投切命令获取电路、手动投切电路、电流温度检测电路20、数据输出显示电路和风机控制电路九部分。电流温度检测电路20设有采用温度传感器采集电流温度。所述高频脉冲发生电路16根据控制信号用定时器产生或停止高频脉冲；所述脉冲隔离放大电路17用隔离变压器将高频脉冲隔离放大。
[0035]所述系统计时基波获取电路11包括限流电阻21、光电耦合信号隔离22及与门逻辑处理器23依次组成。
[0036]结合图3和图5所示，系统计时基波获取电路11获取计时基波是根据单片机主控芯片14，利用该信号申请中断，且中断触发方式为上升沿触发，在中断服务程序中清零计时器的计时值，并重新启动计时器计时，并在初始化程序时把该计时器的单次计数周期为Ius,通过此方法便能为系统引入一个时基，即该计时器的计时值,而且其值总为O?20ms。另外，采用单片机主控芯片14根据采样信号做出相对应的保护状态判断，并进行保护动作。
[0037]结合图3所示，单片机主控芯片14与高频脉冲发生电路16之间设有触发时刻确定部分15。在逻辑上实现本实用新型的触发方法，输出脉冲发生控制信号投切时刻确定部分。
[0038]结合图7所示，A处是个双边沿触发的D触发器；B处是个双边沿触发的单稳触发器，信号SI在20ms内存在上升、下降沿则输出低电平，否则输出高电平；C处是个上升沿触发的单稳触发器，把输入的上升沿延时5ms ;D处是上升沿触发的D触发器。E处是个二选一电路而处为与逻辑门。当投切命令为切除命令，光耦隔离后的信号comm为低电平，与逻辑门输出低电平，控制停止高频脉冲。当投切命令为投入命令，光耦隔离后的信号comm为高电平，与逻辑门的输出电平即为二选一电路E的输出电平。当Ul电压存在过零点，信号SI存在上升、下降沿。D触发器在信号SI的上升、下降沿时刻取投切信号comm输出信号coml。单稳触发器输出低电平，二选一点路选择coml作为输出。这样就实现与逻辑门在Ul的过零时刻开始输出高电平，控制产生高频脉冲。当Ul电压的过零信号S2与Ul电压的过零信号SI相异，再延时5ms得到信号S3，S3的上升沿时刻就是我们所需的Ul电压峰值时刻，D触发器在这个时刻取投切信号comm输出信号com2。单稳触发器输出高电平,二选一点路选择com2作为输出。这样就实现与逻辑门在Ul的被指定峰值时刻开始输出高电平，控制产生高频脉冲。
[0039]所述电压过零检测电路13包括整流电路26、负半波整流二极管25、零比较器28、稳压二极管27、光电耦合器29以及所述与门逻辑处理器23依次组成。
[0040]结合图3所示，电压过零检测:使用整流电路取智能晶闸管功率模块两端电压U1，整流电路的电压经过零比较器变成方波信号S1、S2，S1、S2的上升沿、下降沿就是Ul、Us的过零时刻。以Ul的过零时刻延时5ms作为Us的峰值时刻，如图6至图9所示。
[0041]所述触发电路包括555定时器、三极管、所述负半波整流二极管、高频脉冲隔离变压器依次组成。
[0042]所述保护装置电路包括温度采样电路和电流采样电路。
【权利要求】
1.一种智能晶闸管功率模块，其特征在于:该模块包括外壳(I)、触发板(6)、保护装置电路、散热器、控制端子(2)及风机，触发板(6)、保护装置和风机设置在外壳(I)内，散热器和控制端子(2)设置在外壳(I)表面，触发板(6)设有晶闸管(8)、触发电路和硬件电路，所述晶闸管(8)与电感线圈(9)和电容器(10)串联。
2.根据权利要求1所述的智能晶闸管功率模块，其特征在于:所述触发板(6)的硬件电路包括系统计时基波获取电路(11 )、电压过零检测电路(13)、高频脉冲发生电路(16)、脉冲隔离放大电路(17)、投切命令获取电路、手动投切电路、电流温度检测电路(20)、数据输出显示电路和风机控制电路九部分。
3.根据权利要求2所述的智能晶闸管功率模块，其特征在于:所述系统计时基波获取电路(11)包括限流电阻(21)、光电耦合信号隔离(22)及与门逻辑处理器(23)依次组成。
4.根据权利要求3所述的智能晶闸管功率模块，其特征在于:所述电压过零检测电路(13)包括整流电路(26)、负半波整流二极管(25)、零比较器(28)、稳压二极管(27)、光电耦合器(29)以及所述与门逻辑处理器(23)依次组成。
5.根据权利要求4所述的智能晶闸管功率模块，其特征在于:所述触发电路包括555定时器、三极管、所述负半波整流二极管、高频脉冲隔离变压器依次组成。
6.根据权利要求1所述的智能晶闸管功率模块，其特征在于:所述保护装置电路包括温度采样电路和电流采样电路。
【文档编号】H02J3/18GK203434634SQ201320568570
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】黄文进, 莫江建, 吴文志, 冯亚明 申请人:广东光达电气有限公司