一种晶闸管变流器逆变换相重叠角检测电路的制作方法

本实用新型属于晶闸管变流器换相技术领域，具体涉及一种晶闸管变流器逆变换相重叠角的检测电路。

背景技术：

由晶闸管构成的变流器，在换相时，由于变压器漏感、电机超瞬态电抗等在内的交流侧电感的影响，因此换相不能瞬间完成，而是会持续一段时间，换相过程持续的时间用电角度表示，称为换相重叠角。在这类电路，换相重叠角的存在是不可避免，虽然也有有益的地方，如使晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通，所以有时候人为串入合适电抗器以抑制晶闸管的di/dt。但多数情况下，换相重叠角的存在给电路带来不好的方面，使整流输出电压平均值降低，电路的工作状态变多，换相时晶闸管电压出现缺口，可能导致晶闸管误导通，使电网电压出现缺口，产生谐波干扰源等。特别地，在晶闸管构成的变流器处于逆变时，还可能由于换相重叠角计算不准确，引起换相裕量不足导致逆变失败。

目前，实际应用和现有资料中，换相重叠角都是通过特定的公式近似计算给出的，公式计算繁琐复杂，而且还会受到电源参数、负载类型以及负载工作状态等因素影响，所以计算出的换相重叠角是近似数值，和实际运行时数据有一定出入，鉴于此，给出一种晶闸管构成的变流器处于逆变状态（或称“晶闸管逆变器”）时，精确检测换相重叠角的方法和电路。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可以精确检测晶闸管逆变器换相重叠角的电路，解决因换相重叠角不准确引起换相裕量不足导致逆变失败问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种晶闸管变流器逆变换相重叠角检测电路，包括逻辑或运算门电路、r-s触发器和与晶闸管变流器中晶闸管数量相同的多个隔离比较放大器，每个隔离比较放大器的输入端分别连接晶闸管变流器中的一个晶闸管两端，输出端与所述逻辑或门运算门电路的输入端连接，所述逻辑或门运算门电路的输出端与所述r-s触发器的r端连接，所述r-s触发器的s端与其中一个晶闸管的延迟触发信号连接。

所述隔离比较放大器包括双向瞬变抑制二极管d1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、发光二极管d2、发光二极管d3、光电三极管t1和光电三极管t2，所述电阻r1的一端与晶闸管的输入端连接，另一端经双向瞬变抑制二极管d1与晶闸管的输出端连接，电阻r2与发光二极管d2串联后与双向瞬变抑制二极管d1并联连接，发光二极管d3与发光二极管d2并联连接，电阻r3和电阻r4的一端与电源正极连接，另一端分别与光电三极管t1和光电三极管t2的集电极连接，光电三极管t1和光电三极管t2的发射极接地，光电三极管t1用于接收发光二极管d2发出的光，光电三极管t2用于接收发光二极管d3发出的光；光电三极管t1的基极通过电阻r6与光电三极管t2的集电极连接，光电三极管t2的基极通过电阻r5与光电三极管t1的集电极连接，光电三极管t2的集电极作为所述隔离比较放大器的输出端与逻辑或门运算门电路的输入端连接。

所述逻辑或门运算门电路为包括3个或6个输入端的逻辑或运算门电路。

所述隔离比较放大器的数量为3个或6个。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型提供了一种可以精确检测晶闸管逆变器换相重叠角的电路，可用于对晶闸管三相半波整流电路、三相桥式整流电路工作于逆变状态时以及晶闸管电流源型逆变器工作于负载换流逆变状态时的换相重叠角进行实时检测，避免繁琐复杂的计算，而且检测结果精确，不会受到电源参数、负载类型以及负载工作状态等因素影响；可避免在逆变时，可能由于换相重叠角计算不准确，引起换相裕量不足导致逆变失败问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种晶闸管变流器逆变换相重叠角检测电路的电路原理图；

图2为本实用新型实施例中隔离比较放大器的电路原理图；

图3为本实用新型应用的三相半波整流电路的电路原理图；

图4为三相半波整流电路逆变时的工作波形图，其中，图4a表示逆变器输出电压波形图，图4b表示图3中的晶闸管vt1、vt2及vt3的电流波形图，图4c表示晶闸管vt3的电压波形图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种晶闸管变流器逆变换相重叠角检测电路，包括多个隔离比较放大器、逻辑或运算门电路和r-s触发器，每个所述隔离比较放大器的输入端连接晶闸管变流器中一个晶闸管两端，用于将晶闸管两端之间的δ负脉冲信号整形成δ方波信号，输出端与所述逻辑或门运算门电路的输入端连接，所述逻辑或门运算门电路的输出端与所述r-s触发器的r端连接，所述r-s触发器的s端与其中一个晶闸管的延迟触发信号连接。

具体地，如图2所示，所述隔离比较放大器包括双向瞬变抑制二极管d1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、发光二极管d2、发光二极管d3、光电三极管t1和光电三极管t2，所述电阻r1的一端与晶闸管的输入端连接，另一端经双向瞬变抑制二极管d1与晶闸管的输出端连接，电阻r2与发光二极管d2串联后与双向瞬变抑制二极管d1并联连接，发光二极管d3与发光二极管d2反向并联连接，电阻r3和电阻r4的一端与电源正极连接，另一端分别与光电三极管t1和光电三极管t2的集电极连接，光电三极管t1和光电三极管t2的发射极接地，光电三极管t1用于接收发光二极管d2发出的光，光电三极管t2用于接收发光二极管d3发出的光；光电三极管t1的基极通过电阻r6与光电三极管t2的集电极连接，光电三极管t2的基极通过电阻r5与光电三极管t1的集电极连接，光电三极管t2的集电极作为所述隔离比较放大器的输出端与逻辑或门运算门电路的输入端连接。

具体地，如图3所示，本实施例中提供的一种晶闸管变流器逆变换相重叠角检测电路是用于三相半波整流电路中的晶闸管的换向重叠角的检测，该三相半波整流电路包括3个晶闸管，三相降压变压器t的二次绕组分别与三个晶闸管vt1、vt2和vt3串联，lb表示三相变压器的等效漏电感，直流电动势em负载和电抗器l相串联。因此，本实施例中，隔离比较放大器的数量为3个，此外，本实施例中，所述逻辑或门运算门电路为包括6个输入端的逻辑或运算门电路，但本实施例中仅仅用于了其中三个输入端，可以将其替换为具有3个输入端的逻辑或运算门电路。

下面结合图4来说明本实用新型的工作原理。

如图4a所示，为三相半波整流电路逆变时的工作波形图。当晶闸管触发延迟角α>π/2，逆变角β=π-α，整流器工作在逆变状态。如图4b所示，ωt1时刻，vt1触发脉冲到来，vt1导通；ωt1～ωt2期间，由于换相电感lb影响和晶闸管的不可关断性，vt3仍导通，期间，vt3电流ivt3逐渐减小为0，vt1电流ivt1逐渐增大到负载电流id，μ为换相期间vt1和vt3都导通的角度，即换相重叠角；为保证成功换相，换相结束后，在ωt2～ωt3期间，仍需a相电压ua高于c相电压uc，确保vt3承受反向电压而关断，如图4c所示，uvt3<0部分，使vt3承受反向电压可靠关断所需的最小角度，即为最小关断角δ，相应的信号称为δ负脉冲信号。在一个管的工作周期，只有最小关断角δ存续期间才产生相应的δ负脉冲信号，即uvt3<0部分，其余时间uvt3>0，半波整流电路逆变时共产生3个这样的δ负脉冲信号。

当隔离比较放大器的输入端分别加到晶闸管vt1～vt3的两端时，如图2所示，以vt3为例，在一个周期内，当uvt3≥0时，d3导通，t2饱和，a点输出低电平；当uvt3<0时，d2导通、t1饱和，d3截止、t2截止，a点（即光电三极管的集电极）输出高电平，从而产生δ方波信号。同理，可产生其余2个δ方波信号，也就是说，隔离比较放大器中的两个光电三极管t1和t2，实现光隔离和放大作用，此外，该电路将输入的最小关断角δ存续期间晶闸管上的负脉冲信号（即图4c中所示uvt3<0部分），经整形后在输出端a点得到δ方波信号。

然后，依次将相差2π/3角度的3个δ方波信号进行逻辑或运算，如图4所示，其输出作为r-s触发器的复位输入，触发器置位端为vt1～vt3管触发延迟信号。以检测vt3的换相重叠角为例，其检测过程如下：

置位端s在vt1触发脉冲上升沿到来时，r-s触发器输出端q置位，输出高电平；复位端r在vt3的δ方波信号的上升沿到来时复位，输出低电平，这样输出端q得到高电平方波信号，即为vt3的换相重叠角μ信号。最后，取所有3个晶闸管重叠角μ平均值可作为变流器的换相重叠角。

同样地，本实用新型的检测电路还可以对晶闸管三相桥式整流电路、三相电流源型逆变电路出现的换相重叠角进行检测，电路中设置6个隔离比较放大器，其输入端分别连接逆变电路中的一个晶闸管，得到6个δ方波信号，然后输入到具有6个输入端的逻辑或运算门电路，最后取6个晶闸管重叠角μ平均值可作为变流器的换相重叠角。

本实用新型提供了一种晶闸管变流器逆变换相重叠角检测电路，可用于对晶闸管三相半波整流电路、三相桥式整流电路工作于逆变状态时以及晶闸管电流源型逆变器工作于负载换流逆变状态时的换相重叠角进行实时检测，避免繁琐复杂的计算，而且检测结果精确，不会受到电源参数、负载类型以及负载工作状态等因素影响；可避免在逆变时，可能由于换相重叠角计算不准确，引起换相裕量不足导致逆变失败问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。