谈晶闸管投切电容器TSC的触发电路_王忠清
晶闸管投切电容器(TSC)技术触发器的技术参数和标准
晶闸管投切电容器触发器的技术参数和标准关键词:晶闸管投切电容器触发器 TSC 电容器谐波对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。
随着TSC补偿装置结构形式、电压等级、晶闸管结构、选取同步触发的信号等的不同，触发器也有所不同。
好的TSC触发器保证了TSC装置可靠运行，欠缺的TSC触发器，使得整套TSC装置工作不正常。
下面谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器需要注意的技术性能参数要求、标准。
1.专业术语定义：1.1 电网同步电压信号：触发器的同步电压信号取自电网电压。
1.2 晶闸管过零同步信号：触发器的同步电压信号取自晶闸管的阴极、阳极。
1.3 晶闸管触发电流变化率：指的是晶闸管触发电流的陡度，1us上升的触发电流mA数值。
一般>40mA/us。
1.4 触发脉冲宽度（us）：触发电流上升到10％和下降到10％的时间，单位us.一般>50us。
1.5 晶闸管触发电流强度（mA）:一般为晶闸管触发电流的5～7倍，>500mA。
1.6 脉冲列触发：TSC的晶闸管触发电流不是单脉冲或双脉冲，而是一串脉冲，脉冲串的宽度可以是120 、180 、甚至是360 。
1.7 擎住电流：门极触发电流的平台。
要求有一个“肩膀”；“肩膀”越高，即“擎住电流”峰值越大，晶闸管就越能保证导通；“肩膀”越宽，即“擎住电流”有效值越大，晶闸管就越能保证导通。
1.8 触发器的绝缘水平：指触发器能够耐住的电压水平，指的是触发器的输出端电网侧的高电位和触发器的输入低电位之间可承受的电压水平。
1.9 TSC触发器动作时间（ms）：指的是TSC从停止到再触发的时间，快速的触发器为20ms。
不是TSC得到命令到动作的时间。
1.10 TSC 触发器的谐波电流特性：主回路有大量谐波电流时，触发器仍然可以使得晶闸管正常工作。
tsc无功补偿装置的设计--电气设计
TSC无功补偿装置的设计摘要：晶闸管投切电容器（TSC）是静止无功补偿技术的发展方向。
根据笔者设计的一种TSC无功补偿装置，分析了TSC装置常用的主电路的特点，介绍了电容器投切判据与信号检测、零电压投入以及晶闸管触发电路等关键问题的解决方案。
关键字：无功补偿晶闸管TSC零电压触发DESIGN ON A TSC REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICE Abstract:Thyristor switchedcapactor（TSC）is a new direction of the staticvar compensator（SVC）technology.Basing on a designproject for TSC reactive power compensation device, the characteristics of itsvarious main circuits are analysed.Some key problems on developing TSC deviceare introduced,i.e.the criterion of switched capactor,the data detectionmethod,zero-voltage switching-on,and the triggering circuit for thyristors.key words:reactive power compensation；thyristor；thyristor switched capactor；zero-voltage triggering 1引言静止无功补偿装置（SVC）是配电网中控制无功功率的装置，它根据无功功率的需求，对无功器件（电容器和电抗器）进行投切或调节。
传统的无功补偿装置采用机械开关（接触器或断路器）投切电容器，开关触头易受电弧作用而损坏。
谈晶闸管投切电容器TSC的触发电路_王忠清
*收稿日期:2007 04 10谈晶闸管投切电容器TSC 的触发电路王忠清1,杨建宁2(1.江阴兴澄特种钢铁有限公司,江苏江阴2144322.北京金自天正智能控制股份公司产品部,北京100070)摘 要:介绍了晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求,分析了两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题,指出了一种新型的从主回路晶闸管获取晶闸管电压过零信号的电路框图,以该电路为支撑又产生了一系列触发电路,取得了很好的触发效果。
关键词:晶闸管投切电容器TSC ; 触发电路中图分类号:T M 531.4 文献标识码:B 文章编号:1002 0349(2007)04 0030 07The Trigger C ircuit for Thyristor Sw itched Capacitor (TSC )WANG Zhong q i n g 1,YANG Jian n i n g2(1.X ingcheng Special S teel Co .,Ltd .,Ji a ng Y in 214432;2.Production Depart m en,t Be ijing A riti m e Inte lligent Contro l Co .,Ltd .,Beiji n g 100070,China)Abst ract :This article introduces the pri n ciple of the thyristor s w itched capacito r and t h e require m en t for a fast zero trigger .The characteristics and the ex isted proble m s of t w o types o f trigger circuits for thyristor w ere ana l y zed .A c ircu it fra m e d iagra m for a ne w l y designed m echan is m of acqu iring t h e ze ro thyr i s tor vo ltage si g na l fr o m the thy ristor i n the m a i n closed circu it i s plotted .B ased on th is cir cu i,t a series o f tri g ger circu its w ere generated and exce ll e nt tri g ger effects w ere achieved.K eyw ords :Thyristor Sw itched Capacito r (TSC );Tri g ger circuit 在快速无功补偿和谐波滤波装置中,要用晶闸管投切电容器TSC ,本文[1]分析了三种TSC 的主电路。
谈晶闸管投切电容器(TSC)的触发器的技术参数和标准
谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术参数和标准2011-01-18 01:38:41| 分类：触发电路|字号订阅［摘要］本文试图从负载要求、补偿装置结构、电压等级、晶闸管结构等不同的角度，阐述晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术性能参数要求、标准，以推动TSC触发器技术的进步。
[关键词]晶闸管投切电容器（TSC）；触发器；The technical requirements and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor（TSC）, Jianning Yang(Beijing XINRONGZONGHENG Science & Technology Development Co., LtdADD：Room 401， Unit.3， Building No.6， SHANSHUIWENYUAN 3th Residential Quarter ，East HONGYAN Road, Chaoyang District, Beijing 100122, China)Abstract： The authors of this article have tried to observe the technical performance, parameters, requirements, and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor (TSC), from various viewpoints of the load requirements, thestructure of compensation devices, the voltage levels, and the thyristor structure, in order to advance the technology of the trigger in a TSC.Keywords：TSC（Thyristor Switched Capacitor）, Trigger对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。
晶闸管投切电容器(TSC)
原理
晶闸管投切电容器是接触器投切电容器的升级。其补偿原 理和并联电容器补偿的原理是一样的，只是把电容器分成 多组，根据负荷的实际大小确定投入补偿电容器组的数量
并补电容器(单相)
晶闸管投切电容器(单相)
晶闸管投切电容器补偿原理图
单相单组的电容器接法
其补偿原理和并联电容器补偿的原理是一样的只是把电容器分成多组根据负荷的实际大小确定投入补偿电容器组的数量并补电容器单相晶闸管投切电容器单相单相单组的电容器接法单相单组的电容器接法单相多组的电容器接法单相多组的电容器接法tsctsc的补偿曲线图的补偿曲线图晶闸管投切电容器补偿原理图晶闸管投切电容器补偿原理图晶闸管投切电容器的优缺点晶闸管投切电容器的优缺点损耗低优点不能使用在无功变化剧烈变化速度快的场合不具备抑制电压波动和治理电压闪变的功能缺点
单相多组的电容器接法
TSC的补缺点 1 不能连续调节无功 1 2 可频繁操作 损耗低 2 不能滤除谐波 3 不能使用在无功变化剧 烈，变化速度快的场合 4 不具备抑制电压波动和 治理电压闪变的功能
毕业论文基于晶闸管投切电容器(TSC)的无功补偿研究
3.2实现方案
3.3实验步骤
3.3.1接线
3.3.2调试步骤
3.4波形图
3.5数据记录
3.6结果分析
第4章基于NISTLAB的控制器系统仿真
4.1仿真软件介绍
4.2仿真模型的建立
4.3仿真结果及其分析
4.4本章小结
参考文献
致谢
基于晶闸管投切电容器（TSC）的无功补偿研究
电气工程及其自动化(专升本)专业
在当今的电力系统中，感应式异步电动机和变压器作为传统的主要的负荷使电网产生感性无功电流；同时，随着现代电力电子技术的发展，大功率变流、变频等电力电子装置在电力系统中得以广泛的应用，这些装置大多数功率因数很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外的负担且影响供电质量。因此，无功补偿就成为保持电网质量运行的一种主要手段之一。
目前，世界各国都将无功补偿作为电网规划必不可少的一部分。然而，我国和世界上的发达国家（美国、日本）相比，无论从电网功率因数还是补偿深度来看，都有较大的差距。目前，美国、日本等发达国家补偿度达0.5以上，电网功率因数接近1.0，而我国补偿度仅为0.45。我国的电网，特别是广大农村电网，普遍存在功率因数低，电网损耗较大的情况。导致此现象的主要原因就是众多的感性负载用电设备设计落后，导致功率因数低，电压低。
摘要：冲击性负荷大量接入电网，引起电网电压波动和闪变、三相供电不平衡以及电压电流波形畸变等，造成电网电能质量的严重恶化。针对电力系统中无功补偿装置发展的现状，本文研究设计了一种基于晶闸管的ＴＳＣ型无功补偿装置控制器。该装置以实时检测为依据，以低压网为最佳补偿对象。
本文主要研究了无功补偿对电网性能的改善，无功补偿控制器的控制算法，以及控制器的软硬件设计。算法采用模糊控制，以电压无功及瞬时的电容器状态为输入，通过模糊推理得到电容器的最佳投切量和延时时间。控制器的核心芯片采用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，它具有比其它单片机控制运算速度高，实时性好的特点。采用晶闸管与接触器相结合控制投切电容器，实现了电容器快速、无弧、无振荡。
晶闸管投切电容器(TSC)的应用
晶闸管投切电容器（ＴＳＣ）的应用【摘要】：传统的无功补偿设备有并联电容器、调相机和同步发电机等，调相机和同步发电机等补偿设备又属于旋转设备，其损耗、噪声都很大，这些设备不适应电力系统发展的需要。
合理的无功功率补偿对于对输配电系统非常重要。
与机械投切电容器相比，晶闸管的开、关无触点，其操作寿命几乎是无限的，减少了投切时的冲击电流和操作困难，其动态响应时间短。
TSC能快速跟踪冲击负荷的突变，随时保持最佳馈电功率因数，实现动态无功补偿，减少电压波动，提高电能质量，节约电能。
【关键词】：无功补偿；TSC；零电压投切；中图分类号:TM714 文献标识码:B 文章编号：1002-6908(2008)0510027-02电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。
无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。
大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。
同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。
电力负荷是随时变化的，所需要的无功功率也是随时变化的，为了维持无功平衡，要求无功补偿设备实行动态补偿，即要根据无功负荷的变化及时投切电容器。
以往的动态无功补偿设备以机械开关（接触器）作为电容器的投切开关，机械开关不仅动作速度慢，而且会产生诸如涌流冲击、过电压、电弧重燃等现象，开关本身和电容器都容易损坏。
随着电力电子技术和微机控制技术的迅速发展和广泛应用，出现了智能型的动态无功补偿装置。
这种以电力电子器件作为无功器件（电容器、电抗器）的控制或开关器件的动态无功补偿装置被称为静止无功补偿装置。
TSC是动态无功补偿技术的发展方向，它正成为传统无功补偿装置的更新换代产品。
正因为如此，本课题选择这一技术领域进行研究。
一、静止无功补偿技术的现状及发展20世纪70年代以来，以晶闸管控制的电抗器（TCR）、晶闸管投切的电容器（TSC）以及二者的混合装置（TCR TSC）等主要形式组成的静止无功补偿器（SVC）得到快速发展。
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图 3 MOC3083电路图
MOC3083芯片内部有过零触发判断电路, 它 是为 220V 电网电压设计的, 芯片的双向 可控硅 耐压 800V, 在 4、6两端电压低于 12V 时如果输入 触发电流, 内部的双向可控硅就导通。
用在 380V 电网 的 TSC 电 路上 要串 联 几只 3083。在 2控 3的 TSC电路中的应用如图 4所示。
在正弦波电源电压的正或负峰值点触发;
º: 式 ( 2 ) 中 的 第 二 项 为 零 Uco =
n2
#
Um n2 -
# 1
s
inA,
即电容器必须预充电到
n2 # n2 -
Um, 1
当
பைடு நூலகம்
电路的谐振次数 n为 2、3时, 其值很大。
式 ( 2)的第三项给出当触发角偏离最佳点时
的振荡电流的幅值; 式 ( 2)中的第二项给出当 Uco
本文分析现存的各种触发电路的特点, 由此 推出一种新型的从主回路晶闸管上获取晶闸管电 压过零信号的电路, 以该电路为支撑产生了一系 列触发电路, 取得了很好的触发效果。 1 晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发 要求
* 收稿日期: 2007204210
# 30#
晶闸管投切电容器组的关键技术是必须做到 投切时无电流冲击。晶闸管投切电容器组的原理 如图 1所示。
在快速无功补偿和谐波滤波装置中, 要用晶 闸管投切电容器 TSC, 本文 [ 1] 分析了三种 TSC 的 主电路。执行元件晶闸管根据应用场合的不同, 有饼式的、模块的和双向可控硅的不同结构型式。 针对不同的主回路和不同的晶闸管型式, 触发电 路也不同。 TSC要求在晶闸管电压过零点触发, 确定晶闸管电压过零点的方法有两种, 一种是从 电网电压取得同步信号, 另一种是从晶闸管的阳 极和阴极取得过零信号。
从电网电压取同步信号的优点为在主回路送
图 2 从电网电压取得同步信号的触发电路
电前, 给触发命令, 可以测量晶闸管的触发脉冲幅 度和相位, 在主回路得电后, 给触发命令, 可以确 认 TSC为正确投入工作。对于 TSC 电路中的两 只晶闸管 + 一只二极管的 / 2 + 10电路、两只晶闸 管 + 两只二极管的 / 2+ 20电路、三只晶闸管 + 三 只二极管的 / 3 + 30电路 [ 1] , 电容器有二 极管预 充电, 电容器上一直存在直流电压, 晶闸管的交
iacm
=
Um # n2 Xc( n2 - 1)
Uco ) 电容器的初始直流电压;
X) 基波角频率。
由式 ( 2)可知, 电流 i( t)由三项组成, 第一项
为稳态电流, 电流超前电压 90b, 为使 TSC投切电
容器组电流无冲击, 必须满足两个条件: ¹: 式 ( 2)的第三项 cos( Xn t) = 0, 即晶闸管
从同步信号的采集上, 有两类晶闸管触发电 路。一类为从电网电压取得同步信号, 一类为从 晶闸管两端取得同步信号。
从电网电压取得同步信号的电路框图如图 2 所示。
该电路包括同步变压器、同步信号处理电路 和功率驱动电路、脉冲变压器隔离电路等。当得 到触发命令后, 在投切点产生触发脉冲列, 经过脉 冲变压器隔离, 推动晶闸管。同步信号处理电路 有滤波处理功能, 可以由 CMOS等电子电路组成, 也可以是单片机、GAL电路等。电路中包括相序 错判断功能。
图 1 晶闸管投切电容器组的原理
其拉氏变换的数学模型为 [ 2]、[ 3]
U( s)
=
(LS
+
1 CS
)
#
I ( s)
+
Uco S
( 1)
设电源电压
U ( t) = Um # sin( Xt + A)
解得
第 28卷 第 4期 2007年 8月
电力电容器 Powe r Capac itor
Vo.l 28 No. 4 Aug. 2007
过努力, 依照图 7、图 8原理框图和电路原理图的 思路, 摈弃了 MOC3083在主回路取过零信号和触 发晶闸管的方法, 开发出一种新型的电路, 特点 是采集晶闸管的过零信号, 将它反馈到输入的低 压端再做信号逻辑处理来触发晶闸管。其电路框 图如图 9。这样就完全克服了 MOC3083的弱点。
图 7 TSC过零触发的原理框图
# 32#
是采用模块式的晶闸管, 模块的耐压不高, 常规为 1800V, 升高的管压很容易击穿晶闸管。
在晶闸管电压波形过零点, 串联的 MOC3083 由于分压不均匀, 使得 3083有的导通有的停止。 电网电压升高时, 原先导通的依然导通, 不导通的 要承受更高的电压, 3083有可能击穿。
第 28卷 第 4期 2007年 8月
图 8 晶闸管过零电压检测电路原理图
图 9 过零采集控制逻辑光电驱动电路框图 # 33#
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400V电网电压多数采用模块晶闸管, 可以采 用光电驱动晶闸管如图 9 所示。电压 \ 660V 的 电网, 需要采用脉冲变压器驱动, 如图 10。
图 5 不正常工作的两对晶闸管的电压波形
电压作用。测量 C相停止时峰值电压为 540V, 其
有效值为 540 = 191V , 图中 C相升高的电压峰值 22
为 810V,
升高的倍数为:
810 191
=
4.
24 倍。 据 此 推
算, 400V 电压下工作, 晶闸管有可能承 受 400 @
4. 24= 1679V 的电压, 400V电网的 TSC电路多数
图 4 2控 3的 TSC电路
用 2对晶闸管开关控制 3相电路, 电路简单 了, 控制机理复杂了。这种触发电路随机给触发 命令要出现下面的许多麻烦问题。
快速动作时, 有触发命令, 一对晶闸管导通另 一对晶闸管不通电压反而升高了, 限于篇幅和重 点, 本文不分析为什么电压反而高了, 只是测量 2控 3电路确实看到了存在电压升高的现象, 这 种现象如同倍压整流电路直流电压升高一样。图 5 表 示不 正常工 作的 两 对晶 闸 管 的电 压 波 形。 试 验时晶闸管存在高压击穿的可能, 所以用调压器 将电压调低。晶闸管导通时两端电压为零, 不导 通时晶闸管承受电容器的直流电压和电网的交流
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在初次投切时有一定的冲击, 下面是国外著 名产品的首次投切的电流波形图。
图 6记录了 C相晶闸管两端 电压和 A 相电 流。电流投切冲击很大, 使得电网电压都产生了 变形。
不能用于快速的冲击负载。最快几百毫秒, 原因是晶闸管在刚刚停止时两端电压不为零, 要
# 31#
第 28卷 第 4期 2007年 8月
电力电容器 Powe r Capac itor
触发要求电压高时截止, 电压最低时导通。几乎 找不出什么元件有这种特性。
目前, 从晶闸管两端取得过零信号的典型触 发电路是 MOC3083, 它的框图如图 3。
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偏离最佳预充电值时振荡电流的幅值。若使电容 器电流 ic = C # du /dt = 0, 则 du / dt = 0, 即晶闸管 必须在电源电压的正或负峰值处触发导通电容器 组, 电容器需预充电到峰值电压。
触发电路的功能是: 电流无冲击触发; 快速投 切, 20m s动作。这个 20ms不是得到投切命令到 产生动作的时间, 而是从停止到再投入动作的时 间为 20ms。快速反应时, 在平衡补偿电路, 不能 出现不平衡动作, 即有的相有电流, 有的相没有。 2 两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题
直流电压不变, 从电网电压取得同步触发信号是 适合的。其缺点为电 路复杂, 对 于 400V 小容量 的 TSC电路造价高。如果 TSC 全部采用晶闸管 不用二极管, 由于电容器放电电压的逐渐减小, 意 味着触发点在变动, 上述电路不能跟随变化触发 点, 所以不适用。
从晶闸管两端取得过零信号比较困难, 过零
第 28卷 第 4期 2007年 8月
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谈晶闸管投切电容器 TSC的触发电路
王忠清 1, 杨建宁2
( 1. 江阴兴澄特种钢铁有限公司, 江苏江阴 214432 2. 北京金自天正智能控制股份公司 产品部, 北京 100070 ) 摘 要: 介绍了晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求, 分析了两类晶闸管的触发电路 的特点和存在的问题, 指出了一种新型的从主回路晶闸管获取晶闸管电压过零信号的电路框 图, 以该电路为支撑又产生了一系列触发电路, 取得了很好的触发效果。 关键词: 晶闸管投切电容器 TSC; 触发电路 中图分类号: TM531. 4 文献标识码: B 文章编号: 100220349( 2007) 0420030207
等待电容器对电阻放电晶闸管两端电压才能衰减 为零。
合闸瞬间存在 MOC3083误导通现象, 误导通 可能损害晶闸管。
滤波装置中谐波电流大时, 晶闸管工作不正 常, 存在停止工作的情况。
电网电压高于 400V 电路设计困难。
图 6 国外公司产品的第一次触发冲击波形
3 晶闸管两端采集过零信号的新型电路, 及派生 的一系列触发电路 3. 1 在主回路中设计过零触发电路实属不易, 查 阅文献 [ 4]有基于霍尔原理工作的 LEM 模块采 集过零信号, 其过零触发的原理框图见图 7, 晶闸 管过零电压检测电路原理图见图 8。本文作者经
Th e T r igger C ircu it for Thyr istor Sw itched Capa citor ( TSC ) WANG Zhong2q ing1, YANG Jian2n ing2