淺談晶閘管中頻電源零壓啟動

中頻電源的啟動性能是最重要的性能指標(biāo)，它的好壞直接影響設(shè)備的品質(zhì)和使用性能。因此，啟動問題一直是業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，人們采用各種方法改善啟動性能，如：充電啟動法、并聯(lián)啟動法、他激轉(zhuǎn)自激法、預(yù)充磁啟動法等，這些方法在一定程度上改善了啟動性能，但這些傳統(tǒng)的啟動方式還是存在線路復(fù)雜、成本較高、故障率高等缺點(diǎn)。為降低設(shè)備成本、優(yōu)化和簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，在工程實(shí)踐中摸索出了一種全新的啟動方式——零壓啟動。本文對其結(jié)構(gòu)原理加以闡述。

1 零壓啟動裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 零壓啟動裝置的結(jié)構(gòu)

零壓啟動是一種全新的啟動方式，它沒有額外增加任何輔助裝置，線路簡潔，成本低，經(jīng)長期生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，其啟動性能非常優(yōu)越。

圖1為逆變主電路的原理圖，L0是啟動磁環(huán)，TA是電流互感器，TV是電壓互感器，分別為反饋電路提供檢測電流和檢測電壓信號。

圖2為反饋電路的原理圖，T是隔離變壓器，RP是逆變角調(diào)整電位器，VDl～VD4是反并聯(lián)二極管。

1.2 零壓啟動的工作原理

零壓啟動是利用干擾信號使負(fù)載LC起振，產(chǎn)生自激振蕩，反饋電路捕捉自激信號，控制電路則對信號進(jìn)行放大整形，輸出與負(fù)載振蕩頻率同步、相位相差180°的控制脈沖，控制逆變橋晶閘管。具體過程是：電路通電時，各種干擾信號通過RC吸收電路以及分布電容耦合至負(fù)載電路，撞擊負(fù)載LC使之產(chǎn)生自由振蕩，電流互感器TA、電壓互感器TV將振蕩電流和電壓信號傳遞至反饋電路，兩信號在反饋電路中疊加合成，之后送入逆變控制電路，控制電路產(chǎn)生信號脈沖控制逆變晶閘管。

零壓啟動的技術(shù)關(guān)鍵是如何捕捉微弱的自激信號。為此反饋電路采用了高變比(1：500)的電流互感器TA，并在電流反饋回路中串聯(lián)四只反并聯(lián)二極管VDl～VD4，當(dāng)信號微弱時，二極管工作在非線性區(qū)域，從而可以獲得較高的輸出阻抗與隔離變壓器T匹配。在電源正常工作時，VDl～VD4又呈現(xiàn)較小的正向電阻，與反饋信號較強(qiáng)相均衡。T為高輸入/輸出電阻隔離變壓器，逆變觸發(fā)電路的輸入級為高輸入內(nèi)阻、高靈敏度的集成放大電路。采取該技術(shù)措施后即便自激信號再微弱也能將其捕獲進(jìn)行處理，形成逆變橋晶閘管所需的有效觸發(fā)信號，實(shí)現(xiàn)了用自激信號直接啟動電源的目的。

由于諧振回路等效電阻較小和補(bǔ)充能量的不足，在負(fù)載諧振電路產(chǎn)生有效自激信號的時間很短，加之對自激信號進(jìn)行處理的電路有延時陛，因而在啟動瞬間不易捕捉到自激信號，容易造成逆變失敗。為此，在負(fù)載諧振回路設(shè)置一個啟動磁環(huán)L0，如圖l所示。其原理是：在負(fù)載回路振蕩期間，L0兩端必產(chǎn)生一個自感電動勢，該自感電動勢總是阻礙原來電流變化的。即在相同的啟動時間內(nèi)減少了自激信號的衰減速度，使產(chǎn)生自激信號的周期數(shù)增加，為捕捉自激信號贏得了時間，提高了啟動的可靠性。另外，由于L0是磁環(huán)，只有在電流很小時才起作用，電源啟動后很快會磁飽和，不會對電源正常工作產(chǎn)生影響。

關(guān)于零壓啟動的原理業(yè)內(nèi)有很多爭論，也有很多提法，一直沒有明確的說法和定論，本文認(rèn)為零壓啟動的關(guān)鍵誘因就是干擾信號，啟動時干擾信號越強(qiáng)越容易啟動。電抗器LD有濾波作用，若將其短路則有助于啟動，而在其后直流電壓端(圖1中VT1至VT4間)并聯(lián)一電容將干擾信號濾除則很難啟動;若將逆變橋斜臂(VT1、VT3或VT2、VT4)短路，干擾波能順利越過逆變橋，很容易使電源啟動，特別是對并聯(lián)機(jī)非常有效，并聯(lián)機(jī)常常以此作為輔助啟動的手段。

2 性能比較

與其它啟動方式相比，零壓啟動具有無可比擬的優(yōu)勢。首先是啟動平穩(wěn)，零壓啟動是從零電壓開始逐漸啟動的，啟動過程沒有任何沖擊，特別是重載啟動優(yōu)勢更為明顯;其次，線路結(jié)構(gòu)簡單，基本沒有增加額外的輔助裝置，不像其他方式都有一套專門的啟動裝置;再次，元器件少、故障率低、成本低，容易檢修。

3 結(jié)論

零壓啟動是在長期的工程實(shí)踐中摸索出來的一種啟動方式，它大大簡化和優(yōu)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，一經(jīng)出現(xiàn)便被各個廠家廣泛采用。但它卻一直沒有扎實(shí)可靠的理論依據(jù)，關(guān)于它的啟動機(jī)理也鮮見書刊文字，業(yè)內(nèi)更是說法不一，沒有統(tǒng)一定論。本文對其原理做了初步探討，但愿能拋磚引玉