如何提升晶閘管抗干擾能力？

　　晶閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)在電力、電子等工業(yè)領(lǐng)域（如整流、有源逆變、交流調(diào)壓、變頻器及斬波器等方面）有著極其廣泛的應(yīng)用。而脈沖觸發(fā)系統(tǒng)在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中能否正?？煽窟\(yùn)行，很大程度上決定于該系統(tǒng)對現(xiàn)場各種干擾的抗干擾能力。

　　1.晶閘管受干擾原因：

　　因?yàn)榇蠖鄶?shù)干擾表現(xiàn)為瞬時尖峰信號的形式，即所謂“毛刺”，當(dāng)其幅值和能量達(dá)到一定程度時，就極易導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通，造成晶閘管損壞等嚴(yán)重后果，使系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。尤其在現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣、而脈沖本身又為強(qiáng)觸發(fā)脈沖的情況下，因?yàn)橥饨鐚γ}沖系統(tǒng)及脈沖相互間的干擾均較大，系統(tǒng)的抗干擾能力更成為關(guān)鍵之一。該情況下系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)弱也正能衡量出一種抗干擾措施實(shí)際效果的好壞。如直流煉鋼電弧爐晶閘管整流裝置的強(qiáng)觸發(fā)脈沖系統(tǒng)即屬于此類。直流爐額定弧流為數(shù)千至數(shù)萬安，弧壓為數(shù)百伏，且直流側(cè)短路是其正常工況，這種工況在熔化期頻繁發(fā)生，在移相控制過程中，產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波電流，在弧流通過的路徑如整流裝置、短網(wǎng)、直流爐體周圍空間產(chǎn)生強(qiáng)大的劇變電磁場，成為置于其中的脈沖系統(tǒng)的一個較強(qiáng)的干擾源。另外，由于整流裝置容量較大，需多只晶閘管并聯(lián)運(yùn)行，故采取強(qiáng)觸發(fā)脈沖以保證并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通的一致性、可靠性，因而脈沖瞬時功率較大，使脈沖相互間干擾也增大。

　　2.干擾類型

　　脈沖系統(tǒng)的干擾主要有兩類。一類是脈沖系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾。另一類是外部干擾源對脈沖系統(tǒng)的干擾。

　　脈沖系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾

　　這類干擾主要由共用的電源和地引起，表現(xiàn)為一路脈沖的尖峰干擾信號在對應(yīng)于其他幾路脈沖的時刻出現(xiàn)。這是因?yàn)楦髀访}沖共用一組電源，在一路脈沖觸發(fā)時，瞬時功率較大，將電源波形拉下缺口。同時，在地線上產(chǎn)生較強(qiáng)的脈沖電流，該電流流經(jīng)地線上兩點(diǎn)間將產(chǎn)生干擾“毛刺”。若接地沒處理好，該干擾“毛刺”將通過地線傳至其他路脈沖信號上。這類干擾的另一原因是印刷電路板上或線槽內(nèi)兩條平行的信號線的線間分布電容的電容耦合。

　　外部干擾源對脈沖系統(tǒng)的干擾

　　外部干擾源主要包括兩類。一是設(shè)備內(nèi)部信號，如脈沖控制柜內(nèi)其他的強(qiáng)電信號等。二是外部環(huán)境，如大電弧電流產(chǎn)生的劇變強(qiáng)電磁場、強(qiáng)大的交變電磁場、大功率整流電路的移相控制產(chǎn)生的諧波、斷路器合分過程中產(chǎn)生的過壓等。這些干擾主要通過通道傳輸和電磁耦合等方式干擾脈沖系統(tǒng)。

　　3.抗干擾措施

　　抑制脈沖間相互干擾的措施

　　因?yàn)檫@類干擾主要由共用電源和地引起，故應(yīng)有針對性地采取以下措施：

　?。?）將控制電源和脈沖電源分開，并將各路脈沖電源分開，以減少或消除脈沖間的相互干擾。如有六路脈沖輸出，就可采用六組脈沖電源。另外，各電源應(yīng)采用大容量電容進(jìn)行濾波，并盡量提高電源輸出特性的硬度。

　?。?）地線要處理好。這包括兩點(diǎn)：一是要遵循“一點(diǎn)接地”原則；二是接地電阻應(yīng)盡量小。在脈沖電路的實(shí)際工程調(diào)試中，相當(dāng)大的工作量往往都花在消除干擾“毛刺”上，而這大多是地線沒有處理好造成的。因此，這一條很重要。所謂“一點(diǎn)接地”原則，就是指各路脈沖的地應(yīng)接在一點(diǎn)，以便各脈沖的地電位盡量一致。這里的 “點(diǎn)”既指電路上的一點(diǎn)，也指物理上的一點(diǎn)。接地電阻小就是說一地線應(yīng)盡量短；二地線還應(yīng)盡量粗。這樣，才能在強(qiáng)觸發(fā)情況下，脈沖觸發(fā)電流較大時使地線上兩點(diǎn)間的電位差盡量小，減少或消除“毛刺”。圖1和圖2分別示出合理及不合理的地線接線方法（以六路脈沖為例）。

圖1：合理的底線接法

圖2：不合理的底線接法

　　抑制外部干擾源對脈沖干擾的措施

　　抑制設(shè)備內(nèi)部信號對脈沖干擾的措施

　?。?）印制電路板采用“鋪地”方法，即印制電路板上全部或局部鋪上地線，用地線將信號線包圍起來，以抑制設(shè)備內(nèi)部信號對脈沖信號的干擾。

　?。?）脈沖信號線應(yīng)盡量短。

　?。?）脈沖信號采用絞距小于1cm的雙絞線或屏蔽線。因?yàn)殡p絞線內(nèi)流過的電流瞬時大小相等，方向相反，故脈沖信號產(chǎn)生的干擾磁場只在雙絞線間極小的間隙內(nèi)迭加，而在雙絞線外廣大的區(qū)域相互抵消。同樣，設(shè)備內(nèi)部信號產(chǎn)生的干擾磁場在雙絞線內(nèi)產(chǎn)生的干擾信號也是大小相等，方向相反，故相互抵消。因此，采用雙絞線是一種有效而廉價的抗干擾措施。

　?。?）強(qiáng)、弱電垂直交叉或分開布線。分開布線即增大強(qiáng)、弱電信號線間的物理距離，可有效衰減其相互干擾程度。若設(shè)備內(nèi)部無足夠空間，可使強(qiáng)、弱電信號線垂直交叉，減小其相互干擾。

　　抑制外部環(huán)境對脈沖干擾的措施

　?。?）脈沖信號線與外部環(huán)境干擾源保持盡可能大的物理距離。

　?。?）脈沖采用雙絞線或屏蔽電纜。

　?。?）脈沖線單獨(dú)穿管，與其他信號線分開布線。管道應(yīng)可靠接地，并保證整個長度上連續(xù)接地。（采用對磁電衰減較好的材料做的管道，如2inch電鍍鋼管或電氣金屬管等）

　?。?）盡量減少或不設(shè)中間端子板或連接點(diǎn)。

　?。?）根據(jù)具體情況，也可對脈沖系統(tǒng)專做一屏蔽盒，既嚴(yán)密屏蔽又便于調(diào)試、維修。（如抽屜式）

　　上述一些抗干擾措施在多年的現(xiàn)場工程調(diào)試中被證明是實(shí)用的、行之有效的。典型的一個應(yīng)用是在為某直流煉鋼電弧爐配套的40KA/650V整流裝置的現(xiàn)場調(diào)試中。由于整流裝置容量較大，干擾很大?，F(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，為避免渦流發(fā)熱而采用的不導(dǎo)磁的不銹鋼管（純水冷卻裝置用）及角鋁（整流裝置框架）在整流裝置通電運(yùn)行后居然出現(xiàn)了磁化現(xiàn)象（角鋁是在彎角處出現(xiàn)），晶閘管的觸發(fā)脈沖上也迭加了嚴(yán)重的干擾毛刺，剛開始試運(yùn)行時，時常有晶閘管因誤觸發(fā)而損壞。后來，采取上述措施進(jìn)行整改后，將脈沖的干擾毛刺抑制到很小的程度，整流裝置投入正常運(yùn)行。相信這些措施對廣大電氣、電力電子領(lǐng)域的設(shè)計及工程技術(shù)人員會有所幫助。