TCA787集成芯片在大功率可控硅整流控制系统中的应用

TCA787 集成芯片在大功率可控硅整流控制系统中的
应用
2009-9-29 19:46:00 来源：中国自动化网
摘要：介绍了 TCA787 集成芯片在江苏索普集团（股份）公司大功率可控硅整流控制 系统中的应用情况。 关键词：整流装置；谐波；集成芯片；大功率；可控硅整流器；控制系统
在以电解为主的铝加工及氯碱生产中，大功率硅整流设备中的晶闸管触发器及控 制器经过近 2O 多年的改进，逐步向集成化、数字化方向发展，越来越趋向于调试简 单、安装方便和更换的便捷。下面是江苏索普集团（股份）公司（简称江苏索普公司） 使用的晶闸管控制触发线路的升级改进。 1 原晶闸管控制触发线路简介
1988 年，江苏索普公司开始使用硅整流技术时采用的控制部分比较简单（见图 1），由于控制电路均为分立元件方式，所用的电子元件多，整个控制线路分布在 6 块板上，分担不同功能，相互间是通过插件卡簧相连，控制系统有 6 个环节，分别为： 触发器（CF）、功率放大器（NF）、相控角越限（XY）、电流调节器（LT）、±15V 稳压板、+48V 稳压板。其工作原理如下：此套控制系统在稳流精度及触发脉冲上均 满足生产要求，稳流精度在 50％～90％范围内，在负载上±10％波动时，稳流精度为 ±1％。触发部分形成脉冲的特点：范围≥170、脉冲前沿幅值≥8V、脉冲后沿幅值≥4V、 脉冲宽度 14。、前沿陡度 ≤7S。在近 1O 年的使用中，比较好地适应了江苏索普公司 生产发展的需要。
3 个主要环节形成的电路图如下。①触发器电路：分相交流信号输入一移相一方 波形成一锯齿波形成一比较器单稳态（延时整形）一逻辑组合一复合放大。这是脉冲 的形成所在，直接影响整个生产系统。②电流调节稳流电路：给定信号输入一滤波一 比较叠加一 PID 调节一推挽输出一正负限幅。③相控角越限信号电路（对操作产生影 响，有利于提高整流效率）：电压比较一逻辑组合一单稳态电路一输出继电器。各环 节的输入／出信号均为模拟量，各个环节独立成单个印刷板，可完成不同的功能；各 环节模拟量的产生受所用元器件数量多的影响，而且焊点质量差导致的故障也会影响 整个系统的脉冲输出和电流的稳定。
各环节的相互连接是通过控制板脚与卡簧来实现，而随着使用时间的延长，卡簧 表面会被氧化，簧也会松动，形成接触上的问题，使各环节之间信号连接出错，从而

影响脉冲的形成。从该套控制系统运行 10 年的情况来看，出现元器件故障与由于卡 簧故障而产生接触出错的概率相当，而卡簧接触问题在维修中不受关注。这种控制的 独立性较强，任一单元出错可独立更换，而不会影响其他部分。在运行中，从信号检 测点引出关键点信号，便于检测判断。 2 晶闸管控制触发线路的改造过程
1998 年，江苏索普公司整流系统改造时，生产厂家对此作了改进，减少了控制 环节，每台机组只有两块控制板，一块集中了电源、触发、PID 调节、过流保护，另 一块主要是信号，有载开关的升、降档控制，省略了相控角越限，而增加了对有载开 关的自动控制和主电源缺相的监测，控制的自动化程度提高。特别是触发部分，由于 采用了单芯片 6 脉冲集成电路块 TCA787，大大简化了触发电路。整个触发部分只有 “信号输入一移相一 TCA787 一场效应管输出”4 个环节，电路结构简单，由于场效应 管的使用，省略了脉冲功放回路，简化了控制环节，而其他环节则变动不大。该系统 控制也基本满足生产的需要：稳流精度 ≤±0．5％。触发器形成脉冲的特点：范围 0～ 170。，脉冲幅值 1OV，宽度 12。，脉冲前沿陡度≤1s。TCA787 芯片管脚示意图见图 2。
该控制系统的特点在于其集成化程度高、组件少、线路相对简单。①在电流调节 方面，设置了两组：一组通过内外给定的切换来控制电位的改变；另一组通过一路给 定与反馈的比较来实现控制电位的改变；②由于各环节基本集中在一块板上，通过卡 件连接的少，此控制板上舍弃了原系统的卡簧连接方式，而改为端子接线方式，这就 大大减少了接触方面的故障；③在给定电位的输入上，采用了电子开头电路（见图 3）。 两种线路比较看，原系统简单，新系统较复杂，且控制受集成块电源的影响，不很可 靠，电流在实现切换过程中无扰动性能方面不如原系统。④厂家在系统电源部分的设 计也有所创新，但电路的设计不够精确，元件的选择有偏差，在实际运行中，会因电 源部分的个别元件损坏而影响电源的正常工作，特别是当外线电压出现波动时，影响 电源部分的输出，甚至损坏电源。内外给定电位受 IC4 的影响，三端运放控制、三 端允许端电位的变化决定内外给定的作用。而原系统则采用了二极管控制（见图 4）。

由于厂家选用 4 个 470F、50V 的电解电容，而该电容对电路电压波动的抑制有 偏差，耐压性能欠缺。当网路出现一定的波动（1000V 或瞬时波动）就会使电容损坏， 从而影响±15V 电源的输出，特别会影响一 15v 电源的输出（建议一 15V 电源在整个 电路中只供给“’电路，以免造成其他的影响）。解决方法有两方面：①在运行中，用 其他 l5V 而该电容对电路电压波动的抑制有偏差，耐压性能电源单独供电，可保证电 流的稳定控制；②在停车欠缺。当网路出现一定的波动（1000V 或瞬时波时，用耐压 高的电容替代，增加电源的抗干扰能力。动）就会使电容损坏，从而影响±15V 电源 的输出，近 4 年的使用证明，该套控制线路在实际应用特别会影响一 15v 电源的输出 （建议一 15V 电源中比较实用，出错率较少、便于监控，在大功率整流在整个电路 中只供给“’电路，以免造成其他的影系统中可以大规模推广。