CF系列晶闸管触发器

摘要：详细介绍了利用CF系列晶闸管触发器组成的自动稳压稳流的直流电源，充电电源和电力操作用的浮充电电源的实例，同时还介绍了浮充电源的工作特性。

关键词：整流器；直流电源；充电器；浮充电源；晶闸管触发器

1    引言

    传统的充电电源、浮充电电源，一般都是采用晶闸管。晶闸管工作在移相控制状态，既作为整流元器件，又作为稳压、稳流调节元器件，这种电源称之为线性电源。近年来虽然开关电源已经在不断地取代相控电源，但因其生产成本较高和功率器件IGBT的技术参数所限，目前市场上的产品仍以采用晶闸管的线性电源为主。

    在这类线性电源中，各种整流器其电路原理除了一些细节上的不同外，基本组成都是相同的，都是以晶闸管为核心，所以晶闸管触发电路性能的好坏是这类产品质量的关键。近年来不少单位和技术人员在开发和完善晶闸管触发器产品，目前市场上已有一些较为成熟的专用和通用的触发器产品，CF系列触发器就是其中之一。不同类型的触发器其功能和特点有所不同，用户应根据其自己的使用要求进行选择。

    CF系列晶闸管触发器属于一种固态器件，它将同步脉冲形成电路，功率驱动电路，输出隔离电路，负反馈PI调节电路，脉冲封锁电路，直流稳压电路，抗电磁干扰兼容电路等集成于一体，故应用于系统时非常简单，连接线很少，不需要进行电路调试，属于傻瓜型器件。用户使用时仅需外接一个同步变压器即可，只要连接线无误，保证系统能够正常运行。其内部电路既吸收了数字电路抗干扰能力强，又吸收了模拟电路线性度好的优点，使得它的适应性很强，在较严重的电磁干扰场合都能稳定可靠地运行。

    CF系列触发器是一种通用型晶闸管触发器。它既可工作于调相（调压）方式，又可工作于调功（调晶闸管导通时间）方式。用于调相时，晶闸管导通角的移相范围为0～180°，且线性度很好，用于调功时，晶闸管工作于过零导通，过零关断状态，既延长了晶闸管的使用寿命，又减少了浪涌电流和高次谐波的产生。

    CF系列晶闸管触发器可广泛应用于交、直流调压与调速，整流与逆变场合，适用于星形、三角形和双反星形等多种电路连接方式。用其组成电机四象限工作方式的电路非常简单。

    CF系列晶闸管触发器的功能、性能及电气参数指标是目前同类产品中较全、较高的一种，详见产品使用说明手册。

2    电源基本电路组成及功能

    对于充电器、浮充电源等具有自动稳压、稳流特性的直流电源设备，其主电路虽有多种形式，但采用CF系列晶闸管触发器都非常简单，图1是三相半控桥自动稳压稳流直流电源电路原理图实例。将图1稍加改动也可工作于全控工作方式，即将图中D₁－D₃整流二极管改为晶闸管，触发器由CF97044B改用CF97033B即可。

注意：该电路中的直流电源线V_cc、接地线V_gnd等直流电部分不能与机壳、大地、交流电零线相连接，否则将损坏电源。

    图1电路输出直流电压的调节范围是DC0～508V，电流的调节范围是0A～最大（最大值视负载和晶闸管功率而定）。但工作在低电压、大电流区域时，输出直流电压的质量不高，有时还会出现脉动波形。若经常工作在该区域时，应考虑增加一降压隔离变压器T₃，如图1中虚线所示，并断开a、b、c三点。但应注意降压变压器T₃和同步变压器T₁的初次级接线方式需保持一致，即若是Y型，均为Y型，若是△型，均为△型。此时直流输出电压的上限值由T₃的输出值决定。

    图1电路的基本功能为：

    1）输出电压    DC0～508V；

    2）输出电流    视V₁～V₃，D₁～D₃的功率而定；

    3）具有自动稳压稳流调节功能；

    4）具有自动检测、判断、记忆、显示交流侧三相电中缺相、过电流、过电压、欠电压、低频和直流侧过电流等故障，并具有故障逐一指示及输出声、光报警和自动拉闸、脉冲封锁、故障锁定等保护功能，另外还有＋10～14V/2A，＋12V/0.5A，＋8V/0.5A，－8V/0.5A四种直流电源，可供系统中其它电路用。

    若不需要上述4）中的保护功能时，可将图1中的DY－BH部件去掉，仍具有自动稳压稳流功能，这样可降低系统生产成本。

图1    硅整流设备基本组成电路原理

图中：DY－BH电源保护板，HL故障报警灯，HA故障报警喇叭，S_C清除按钮，S_R复位按钮，

S_sr启动按钮，S_sp停止按钮，TA₁～TA₃电流互感器，TAD直流互感器，C计算机，

RP₁人工控制下，输出值给定调节旋钮，KM接触器，K₁人工或计算机控制转换开关，

K₂稳压或稳流转换开关

    若电源的输出功率不大，也可采用单相供电方式，相应地将CF97044B改用CF97077B，生产成本会更低。电路如图2所示。

图2    单相输入整流装置电路原理

    以上介绍的是这类直流电源基本组成的电路原理实例，但在不同用途时，还应考虑一些相应的问题。

3    不同负载时应考虑的问题

    图1所示电路作直流电源用时，应考虑所带负载的特性，是以阻性为主、容性为主，还是以感性为主的问题。我们一般常说的负载概念以阻、容、感三种特性都同时存在，但以阻性为主。

    1）负载以阻性为主时

    如果所带负载是纯电阻或以阻性为主时（如电阻丝、热电耦、加热棒，或作通用直流电源用时），图1电路就能完全满足要求，不需再考虑其它因素。

    2）负载以容性为主时

    如果所带负载是纯电容或以容性为主时（如电容器、蓄电池，或作电镀、电解电源用时），应考虑在图1的基础上增加限流功能。具体做法是将直流互感器TAD（或用分流器）输出的取样信号（0～5V）的两条引出线DC＋、DC－从d、e两处断开分别与CF97044B的Vfs、Vgnd相连接，如图1虚线所示。当然限流设定值需用户根据自己的使用要求而设定。

    3）负载以感性为主时

    如果所带负载是纯电感或以感性为主时（如直流电机、电磁振动机等），应考虑在图1的基础上增加续流功能，即在直流输出侧并联一个整流二极管D₄，如图1中虚线所示。

4    浮充电电源

    作为充电电源用时，负载一般是电池或蓄电池，给电池或蓄电池充电有2种工作方式，即离线式和在线式。离线式是指将放完电的空电池连接在电源上进行充电，充满电后再将其断开；在线式是指充满电后也不断开，仍挂在电源上继续进行浮充电，所以叫浮充电源，在电力行业也叫直流操作电源。

    首先讨论离线式工作方式，在离线式中又有简单充电和精密充电之分，简单充电是指电池充电次数比较频繁，充电质量要求不高的场合，如给矿灯配用的蓄电池充电等；精密充电是指充放电次数少，充电质量要求高的场合，如给干电池充电等。精密充电需经过恒流均充、恒压均充和恒压浮充等三个阶段。

    简单充电对充电电源的功率要求不高，只有两个或一个充电工作阶段，一般电源即能满足要求。恒流和恒压均充状态的转换，是人工利用手动转换开关K来实现的，当然也可用一个定时器来控制K，实现自动转换的工作方式。

    而广泛应用于电力、石油化工、纺织行业及各大工矿企业变电站、配电室中的浮充电源，又称之为直流操作电源。在实际应用中，它是与镉镍电池（或铅酸免维护蓄电池）组和直流馈电柜，组合为一整体而工作的，被称为直流系统或直流屏。其连接方式如图3所示，工作特性如图4所示。

图3    电源的应用连接方式

图4    电源的工作特性

4.1    浮充电电源的工作方式

    1）电源在为蓄电池充电的同时还向动力合闸母线、信号控制母线电路供电。

    2）动力母线在合闸瞬间，往往需要很大的启动电流，电源自身因功率有限，则由蓄电池供电。

    3）由于动力母线合闸时，蓄电池释放了大量的电能，所以合闸过后，电源又向蓄电池充电。

4.2    浮充电电源的工作特性

    作为一个完整的浮充电电源，应具备以下两项基本功能：一是在向蓄电池充电的同时还能向其它负载电路供电；二是充电方式合理化和充电过程自动化。这是工作环境对浮充电源的要求，也称为电源的输出特性，如图4所示。

    1）当在交流电网失电或动力母线合闸放电后，蓄电池电压降低至某一值A时，电源自动开始对蓄电池进行大电流充电，图4中A—B段为恒流均充电区域。

        2）当蓄电池电压被充电至某一值（B）时，则自动转入恒压均充电B—C段，该段在给定时间内结束。

    3）恒压均充电结束后转入恒压浮充电D—F段，蓄电池处于充满电备用阶段。

    4）当动力母线合闸时，蓄电池快速放电，电压又降至A点。F—A为合闸瞬间段。

    5）当交流电网停电时，蓄电池向负载供电，电压呈指数规律下降，E—A为停电工作段。

4.3    浮充电电源的组成

    在图1的基础上增加1个稳压限流和稳流限压调节及工作状态转换控制电路即可组成浮充电电源（如图5所示），这是笔者为大同供电局几个变电站改造直流电源时采用的实际电路图。

4.4    浮充电电源的工作过程

    该电源的工作方式分手动控制和自动控制2种。在手动控制下分为稳压和稳流2种工作状态；在自动控制下又分为恒压浮充电、恒压均充电和恒流均充电3种工作状态，这5种工作状态的运行都是由图5所示控制电路完成。

图5    控制电路

图中：K₁—手动和自动切换开关K₂—稳压和稳流切换开关RP₁—手动控制下的给定值调节旋钮

RP₂—恒压浮充状态下的给定值RP₃—恒压均充状态下的给定值RP₄—恒流均充电状态下的给定值

    在手动控制方式下，由人工调节K₁，K₂和RP₁来完成2种状态的转换工作；在自动控制方式时，所有检测转换工作都是由电源自身自动完成。图5中，由U₃，R₁，R₂，R₃，C₃和C₄组成一个交流停电的自动计时电路，当停电时间超过设定值时，则将U₄置“0”，交流复电后电源自动转入恒流均充电状态下工作；否则，复电后电源自动转入恒压浮充电状态下工作。U₁和U₂分别组成独立的两种PID调节电路，U₁为稳流调节电路，U₂为稳压调节电路。在稳压状态下工作时，U₂电路起稳压调节作用，U₁电路起限流调节作用；相反在稳流状态下工作时，U₁电路起稳流调节作用，U₂电路起限压调节作用。RP₅，RP₆和U₅，U₆等组成直流输出电压VC－D的的检测电路，当VC－D低于VA给定值时，自动转入恒流均充电状态；当VC－D高于VB给定值时，则自动转入恒压均充电状态，经1h延时后则自动转入恒压浮充电状态，至此完成一个图4给出的充电工作周期。恒流均充电按钮的作用是，不管在哪种状态下工作，都可人工按下此按钮，使电源工作在恒流均充电状态下。

5    结语

    前述的浮充电电源的工作特性是根据对蓄电池的充放电过程和变电站现场操作人员的使用经验总结出来的，经多处实际使用结果表明，该电源是一种较为理想的直流操作电源。