專利名稱：可控硅開關(guān)用的門信號發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于靜態(tài)乏補償器(以下稱為SVC)中可控硅開關(guān)用的門信號發(fā)生裝置。


圖1示出用于控制流經(jīng)電抗器的電流的SVC結(jié)構(gòu)，它采用多個可控硅開關(guān)，每個開關(guān)具有多個反并聯(lián)連接的可控硅元件作為開關(guān)元件。參見圖1，標(biāo)號1為電源變壓器;2A和2B是電抗器;3U和3X是可控硅開關(guān);4U和4X是可控硅開關(guān)用的U相、X相正向電壓探測器;CT是探測可控硅開關(guān)電流用的變流器;11是U相和X相電流探測器;而FVU和FVX是正向電壓信號。
圖2示出一種一般的門信號發(fā)生裝置。參見圖2，標(biāo)號5U和5X為普通門電路，每條電路具有一個與門。該電路根據(jù)來自一個SVC控制器(未示出)的相控信號PHSU和PHSX及來自可控硅開關(guān)的正向電壓信號FVU和FVX'的邏輯“與”信號產(chǎn)生門信號GPU和GPX。圖3是周期表，示出上述電路來的信號、可控硅開關(guān)接端上的電壓波形V和流經(jīng)可控硅開關(guān)的電流I。
在圖2所示的一般的門信號發(fā)生裝置中，當(dāng)可控硅開關(guān)因為從SVC來的一個誤脈沖、一個噪聲脈沖或類似信號而在靠近跨接在可控硅開關(guān)接端上的電壓的零交叉點附近而導(dǎo)通(以下稱為α＝0°導(dǎo)通)時，下列問題就產(chǎn)生了。
參見圖3，當(dāng)由于該脈沖而在α＝0°和時間t1處發(fā)生導(dǎo)通時，因為可控硅開關(guān)與電抗器串聯(lián)，含有瞬時直流成分的電流就流過。包括電抗器和變壓器在內(nèi)的電源系統(tǒng)的電阻分量比它們的電抗分量要小得多。因而，在電流流過后，當(dāng)反向電壓加到可控硅開關(guān)上時，時間間隔△tR是短的。當(dāng)反向電壓時間間隔△tR短的時候，由于各個可控硅元件的斷開特性不同，一些可控硅開關(guān)元件斷開，而另外的則未斷開。如果將多個可控硅元件串聯(lián)起來以獲得一個高壓額定值的可控硅開關(guān)，在反向電壓時間間隔之后僅斷開的可控硅元件立即加上一個正向電壓。因而，如果在時間tB時加一個高于耐壓的電壓于開關(guān)上，則斷開的可控硅元件擊穿，這樣很可能損壞整個可控硅開關(guān)。
本發(fā)明的一個目的在于提供一個門信號發(fā)生裝置，它能消除上述缺點，并能在任何條件下合適地導(dǎo)通一個可控硅開關(guān)。
為了達(dá)到上述目的，該門信號發(fā)生裝置包括用于鑒別每個通電周期后U相和X相可控硅開關(guān)的斷開時間間隔是大于還是小于預(yù)定時間間隔(約數(shù)百毫微秒)的U相和X相置位電路;用于探測U相和X相電路都未提供輸出的復(fù)位電路;根據(jù)U相或X相置位電路的輸出而置位、根據(jù)復(fù)位電路的輸出而復(fù)位的觸發(fā)器;用于計算觸發(fā)器的輸出和U相及X相正向電壓信號的邏輯與積、并與觸發(fā)器置位后在開始施加正向電壓時輸出信號的與門;以及用于計算與門的輸出和普通門電路的輸出的邏輯或和的或門，其中，門信號根據(jù)或門的輸出而加到可控硅開關(guān)上。
如圖4所示，當(dāng)U相導(dǎo)通發(fā)生在α＝0°附近和時間t1時，U相置位電路(6U、7U、8)測得U相斷開時間間隔(TN)是短的，并將觸發(fā)器(10)置位(時間t20)。當(dāng)在時間t2再次加上U相正向電壓時，用于導(dǎo)通U相可控硅的門信號(F70U)按觸發(fā)器輸出而產(chǎn)生，這樣就保護了可控硅開關(guān)。
在時間t2之后，U相和X相電路在開始施加正向電壓時(FVU和FVX的上升沿)產(chǎn)生門信號(F70U、F70X)，并直等到可控硅開關(guān)電流中的瞬時直流成分衰減為止。
當(dāng)可控硅開關(guān)電流的瞬時直流成分被衰減后，U相的斷開時間間隔(TN)(等于X相的接通時間間隔)就增加。因而，U相置位電路不給予輸出(FFS)。當(dāng)置位電路輸出(FFS)例如在電源系統(tǒng)頻率的一個周期內(nèi)未給出時，可控硅開關(guān)可安全地斷開，也就是，在時間t30時，觸發(fā)器(10)根據(jù)復(fù)位電路輸出(FFR)而復(fù)位。在時間t30后，可控硅開關(guān)只有在普通門電路輸出時導(dǎo)通，可控硅開關(guān)的導(dǎo)通相位由一個SVC控制器重新控制。
圖1示出一種靜態(tài)乏補償器的主要部分的方框圖，該靜態(tài)乏補償器帶有與本發(fā)明的門信號發(fā)生裝置一起使用的可控硅開關(guān);
圖2示出了不應(yīng)用本發(fā)明的一種普通門信號發(fā)生裝置的一部分的方框圖;
圖3是用于解釋圖2所示門信號發(fā)生裝置的問題的周期表;
圖4是用于解釋作為本發(fā)明實施例的門信號發(fā)生裝置(電壓探測器型)的工作過程的周期表;
圖5是顯示作為本發(fā)明的第一實施例的門信號發(fā)生裝置(電壓探測器型)的電路圖;
圖6是顯示作為本發(fā)明第二實施例的門信號發(fā)生裝置(電流探測器型)的電路圖;
圖7是顯示作為本發(fā)明第三實施例的門信號發(fā)生裝置(電壓探測器型)的電路圖;
圖8是顯示作為本發(fā)明第四實施例的門信號發(fā)生裝置(電流探測器型)的電路圖;
圖9是用于解釋作為本發(fā)明另一實施例的門信號發(fā)生裝置(電流探測器型)的工作過程周期表;
圖10示出圖1所示的正向電壓探測器(4U、4X)和門電路(5U、5X)及圖5所示的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(6U、6X)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖;
圖11示出圖1所示的電流探測器(11)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖;
圖12A到12C解釋圖11所示的電流探測器(11)的工作過程的波形圖。
參照圖5，描述本發(fā)明于下。
參見圖5，標(biāo)號6U和6X為單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(單脈沖電路);7U和7X為與門;8為或門;9是一種斷開延遲器(或單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器);10是觸發(fā)器。
本發(fā)明的置位電路包括單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器6U和6X、與門7U和7X和或門8。復(fù)位電路包括斷開延遲器9(或可再觸發(fā)的多諧振蕩器)。
如圖4所示，一個可控硅開關(guān)的U相的斷開時間間隔TN是由X相正向電壓信號FVX的上升沿到U相正向電壓信號FVU的下降沿所規(guī)定的時間間隔。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器6U和6X的脈沖寬度設(shè)定為，例如可控硅開關(guān)的零電壓斷開時間的長度(二極管斷開時間為毫秒級)或更長些。因而，當(dāng)U相正向電壓信號FVU在脈沖寬度時間內(nèi)(約為1毫秒)上升，從X相正向電壓信號FVX和單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器6U的輸出FMU的下降沿開始，作為與門7U的輸出的U相置位信號FFU置于“1”，將作為或門8輸出的置位信號FF置于“1”。X相置位信號也與此一樣置位。
斷開延遲器9的延遲時間是這樣設(shè)定的，即只有當(dāng)該斷開延遲器的輸入例如在電源系統(tǒng)頻率的一個周期內(nèi)保持為“0”時，其輸出為“1”。因而，當(dāng)置位信號FF在一個周期內(nèi)保持為“0”時，也就是可控硅開關(guān)安全地斷開時，觸發(fā)器10復(fù)位。
在觸發(fā)器10置位，輸出信號FF置于“1”時，正向電壓信號FVX和FVU上升。更具體地說，在正向電壓施加的起點上(圖4中t3和t4)，GPU和GPX通過與門70U和70X和或門80U和80X置于“1”，與“1”相應(yīng)的信號通過光纖或類似物作為光門信號加到圖1所示的可控硅開關(guān)3U和3X上，這樣導(dǎo)通可控硅開關(guān)。
在觸發(fā)器復(fù)位，輸出信號FF置于“0”時，可控硅開關(guān)僅由普通門電路5U和5X產(chǎn)生的信號GP5U和GP5X來導(dǎo)通。因而，可控硅開關(guān)的導(dǎo)通相位可重新控制。圖5的信號周期示于圖4。根據(jù)前面所描述的本發(fā)明，可以提供出一種用以保護可控硅開關(guān)，并可返回到相位控制的門信號發(fā)生裝置。
圖6是顯示本發(fā)明另一實施例的結(jié)構(gòu)的電路圖。在這實例中，斷開時間間隔TN根據(jù)示于圖1的電流探測器11和轉(zhuǎn)換器12的輸出的U相及X相電流信號CCU和CCX而探測出來。除了斷開時間間隔TN不是通過電壓而是通過電流測定出來之外，圖6的結(jié)構(gòu)與圖5的一樣。圖6中信號的周期與圖9中一樣。
圖7是顯示本發(fā)明另一個實施例的結(jié)構(gòu)的電路圖。在這實例中，使用單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器60取代了復(fù)位電路和觸發(fā)器。
單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器60的輸出FF的脈沖寬度(通常為毫秒級)可根據(jù)由包括電抗器和電源變壓器在內(nèi)的電源系統(tǒng)的電阻及電抗分量所測定的瞬態(tài)現(xiàn)象衰減的時間常數(shù)而測定。
除了在由普通門電路5U和5X進行的相位控制復(fù)位時的測量方法(電路結(jié)構(gòu))之外，圖7的結(jié)構(gòu)與圖5的一樣。
除了斷開時間間隔TN是根據(jù)圖7所示的電源信號CCU和CCX而測定的之外，圖8的結(jié)構(gòu)與圖3中的一樣。
圖5到圖8所示的實施例的門信號發(fā)生裝置可接到圖1中的靜態(tài)補償器。正向電壓探測器4U和4X的輸出信號FVU和FVX輸送給圖5到圖8中所示的門信號發(fā)生裝置，該發(fā)生器產(chǎn)生的門信號則送到圖1所示的可控硅3U和3X的門(即控制極)。
圖10示出圖1所示的正向電壓探測器4U和4X的門電路5U和5X及圖5所示的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器6U和6X的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。正向電壓探測器4U和4X中每個都分別包括反向電壓保護二極管D、與二極管D反并聯(lián)的發(fā)光二極管(LED)和與發(fā)光二極管串聯(lián)的限流電阻R。
正向電壓探測器4U中LED的負(fù)極連到正向電壓探測器4X中LED的負(fù)極。正向電壓探測器4U中LED的正極連到電抗器2A一側(cè)，而正向電壓探測器4X中LED的正極連到電抗器2B一側(cè)。這種電路的連接可使正向電壓探測器4U中的LED在電抗器2A一側(cè)為正的電壓V的半個周期中發(fā)光，而正向電壓探測器4X中的LED在電抗器2A一側(cè)為負(fù)的電壓V的半個周期中發(fā)光。
根據(jù)正向電壓探測器4U中LED發(fā)光而產(chǎn)生的光信號FVU，通過光纖加到光電轉(zhuǎn)換器100U上，并轉(zhuǎn)換成電信號FVU。同樣，根據(jù)正向電壓探測器4X中LED發(fā)光而產(chǎn)生的光信號FVX通過光纖加到光電轉(zhuǎn)換器100X上，并轉(zhuǎn)換成電信號FVX。
注意，使用上述的光纖進行信號傳輸?shù)恼f明載于歐州專利出版物第0225618號A2中。
信號FVU與U相控制信號PHSU一起輸入與門5U，與門5U的輸出GP5U送到或門80U。信號FVX與X相控制信號PHSX一起輸入與門5X，與門5X的輸出GP5X送到或門80X。
信號FVU通過單穩(wěn)態(tài)脈沖電路轉(zhuǎn)換成脈沖FMX1，同時通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成脈沖FMX2。脈沖FMX1和FMX2的邏輯與信號由一個與門轉(zhuǎn)換成信號FMX。同樣，信號FVX通過單穩(wěn)態(tài)脈沖電路轉(zhuǎn)換成脈沖FMU1，同時也通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成脈沖FMU2。脈沖FMU1和FMU2的邏輯與信號由與門轉(zhuǎn)換成信號FMU。
圖11示出圖1所示的電流探測器11的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖12A到圖12C是用于解釋圖11所示的電流探測器11的工作過程的波形圖。
由變流器CT測出的可控硅開關(guān)的電流I輸入到比較器11U和11X。比較參考電平VREF1和VREF2分別輸入比較器11U和11X。如圖12A到12C所示，當(dāng)電流I為正電平時，也就是與比較參考電平VREF1相同或更高時，比較器11U產(chǎn)生電流信號CCU。當(dāng)電流I為負(fù)電平時，也就是與比較參考電平VREF2相同或更低時，比較器11X產(chǎn)生電流信號CCX。電流信號CCU和CCX加到具有與圖10中相同電路結(jié)構(gòu)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器6U和6X(圖6或圖8)。
根據(jù)前述的本發(fā)明，當(dāng)可控硅的斷開時間間隔短的時候，門信號在開始施加正向電壓時以正向及反向兩個方向輸出到可控硅開關(guān)，可控硅開關(guān)得以保護。當(dāng)斷開時間間隔足夠長的時候，可再次有效地控制可控硅開關(guān)的導(dǎo)通相位。
注意，本發(fā)明的門信號發(fā)生裝置可用于控制任何不能自動斷開的開關(guān)元件。
作為應(yīng)用本發(fā)明的門信號發(fā)生裝置的可控硅開關(guān)，如果把反并聯(lián)可控硅的串聯(lián)電路和一個電抗器視為一個單元，那么，三個這樣的單元可以構(gòu)成三相△(或Y)連接。(這種結(jié)構(gòu)已公開，見日本專利公開出版物第60-204230號)。
權(quán)利要求
1.一種門信號發(fā)生裝置，它用于觸發(fā)包括一個或多個相互串聯(lián)并響應(yīng)相控信號(GPU、GPX)的反并聯(lián)開關(guān)元件對(3U、3X)的開關(guān)元件開關(guān)，其特征在于，它包括連接到開關(guān)元件對(3U、3X)、探測限定為從開關(guān)元件對(3U、3X)通電結(jié)束到開始施加正向電壓之間的間隔的斷開時間間隔(TN)、并當(dāng)所測得的斷開時間間隔(TN)不大于第一預(yù)定時間間隙(可控硅元件的零電壓斷開時間)時輸出第一信號(FFS)的第一裝置(4、6、7、8)；耦合到所述斷開時間間隔探測裝置(4、6、7、8)、在第一信號(FFS)輸出之后在第二預(yù)定時間間隔(t20-t30)上輸出第二信號(FF)的第二裝置(9-10；60)；耦合到所述第一裝置(4、6、7、8)和所述第二裝置(9-10；60)、當(dāng)?shù)诙盘?FF)輸出并且正向電壓信號(FVU、FVX)在正向電壓施加在開關(guān)元件對(3U、3X)上的開始點產(chǎn)生時輸出輔助門脈沖(F70U、F70X)的第三裝置(70U、70X)；耦合到所述第三裝置(70U、70X)、將輔助門脈沖(F70U、F70X)介入相控信號(GPU、GPX)以導(dǎo)通開關(guān)元件開關(guān)的第四裝置(80V、80X)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，開關(guān)元件包括不能自動斷開的可控硅元件，并且，第一預(yù)定時間間隔設(shè)定為不小于可控硅元件的零電壓斷開時間。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第二預(yù)定時間間隔(t20-t30)設(shè)定為不小于電源系統(tǒng)頻率的一個周期。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第二預(yù)定時間間隔(t20-t30)設(shè)定為不小于流經(jīng)開關(guān)元件開關(guān)的電流中的直流分量衰減至足夠小所需的時間間隔。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，它還包括與開關(guān)元件對(3U、3X)串聯(lián)的電抗器(2A、2B)。
6.如權(quán)利要求1到5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一裝置(4、6、7、8)包括在正向電壓加到開關(guān)元件對中一個元件(3U)上時輸出一個第一正向電壓信號(FVU)的第一正向電壓探測裝置(4U);在正向電壓加到開關(guān)元件對中另一元件(3X)上時輸出一個第二正向電壓信號(FVX)的第二正向電壓探測裝置(4X);用于將第二正向電壓信號(FVX)延遲一個相當(dāng)于第一預(yù)定時間間隔的一個時間間隔并輸出具有預(yù)定脈沖寬度的第一延遲信號(FMU)的第一延遲裝置(6U);用于將第一正向電壓信號(FVU)延遲相當(dāng)于第一預(yù)定時間間隔的一個時間間隔并輸出具有預(yù)定脈沖寬度的第二延遲信號(FMX)的第二延遲裝置(6X);用于計算出第一正向電壓信號(FVU)和第一延遲信號(FMU)的“與”積并輸出第一與信號(FFU)的第一邏輯裝置(7U);用于計算出第二正向電壓信號(FVX)和第二延遲信號(FMX)的“與”積并輸出第二與信號(FFX)的第二邏輯裝置(7X);用于計算出第一與信號(FFU)和第二與信號(FFX)的“或”和并輸出第一信號(FFS)的第三邏輯裝置。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述的第一裝置(4、6、7、8)包括在電流(I)流經(jīng)開關(guān)元件對中一個元件(3U)時輸出第一電流信號(CCU)的第一電流探測裝置(CT、11U;圖11);在電流(I)流經(jīng)開關(guān)元件對中另一元件(3X)時輸出第二電流信號(CCX)的第二電流探測裝置(CT、11X;圖11);用于將第一電流信號(CCU)延遲相當(dāng)于第一預(yù)定時間間隔的時間間隔并輸出具有預(yù)定脈沖寬度的第一延遲信號(FMU)的第一延遲裝置(6U);用于將第二電流信號(CCX)延遲相當(dāng)于預(yù)定時間間隔的時間間隔并輸出一個具有預(yù)定脈沖寬度的第二延遲信號(FMX)的第二延遲裝置(6X);用于計算出第一正向電壓信號(FVU)和第一延遲信號(FMU)的“與”積并輸出第一與信號(FFU)的第二邏輯裝置;用于計算出第二正向電壓信號(FVX)和第二延遲信號(FMX)的“與”積并輸出第二與信號(FFX)的第二邏輯裝置(7X);用于計算出第一與信號(FFU)和第二與信號(FFX)的“或”和并輸出第一信號(FFS)的第三邏輯裝置。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二裝置(9-10;60)包括根據(jù)第一信號(FFS)而置位以在相應(yīng)于第二預(yù)定時間間隔(t20-t30)的預(yù)定時間間隔內(nèi)第一信號(FFS)重復(fù)產(chǎn)生時保持置位狀態(tài)、并且當(dāng)在不小于相應(yīng)于第二預(yù)定時間間隔(t20-t30)的預(yù)定時間間隔的時間間隔內(nèi)第一信號(FFS)未出現(xiàn)時復(fù)位以輸出第二信號(FF)的觸發(fā)裝置(9-10)。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述的第二裝置(9-1;60)包括響應(yīng)第一信號(FFS)而觸發(fā)并在相應(yīng)于第二預(yù)定時間間隔(t20-t30)的預(yù)定時間間隔期間內(nèi)輸出第二信號(FF)的多諧振蕩裝置器(60)。
全文摘要
一種門信號發(fā)生裝置，它包括用于鑒別每次通電后U相和X相可控硅(3U、3X)的斷開時間間隔是否大于或小于預(yù)定的時間間隔的U相和X相置位電路、用于探測U相和X相電路的復(fù)位電路不提供輸出、根據(jù)U相或X相置位電路的輸出而置位并根據(jù)復(fù)位電路輸出而復(fù)位的觸發(fā)器、用于計算出觸發(fā)器的輸出與U相和X相正向電壓信號的“與”積并在觸發(fā)器置位后開始施加正向電壓時輸出信號的與門、用于計算與門輸出和普通門電路的輸出的“或”和的或門。門信號根據(jù)或門的輸出加到可控硅上。
文檔編號H03K17/0812GK1030675SQ88104338
公開日1989年1月25日 申請日期1988年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月10日
發(fā)明者吉野輝雄 申請人:株式會社東芝