董琳琳 杜 鵬

(91550部隊(duì)91分隊(duì) 大連 116023)

1 引言

航天系統(tǒng)試驗(yàn)中的設(shè)備用電通常采用交流220V、交流380V和開(kāi)關(guān)電源等幾種形式。在各種電源供電形式中均存在干擾,尤其是在電源開(kāi)關(guān)機(jī)的瞬間存在的沖擊負(fù)荷,容易引起電壓的閃變、網(wǎng)損增加、功率因素降低等各種問(wèn)題。如某試驗(yàn)中,曾出現(xiàn)56V電源開(kāi)機(jī)瞬間造成另一28V電源的浮動(dòng),從而影響到遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集,最終導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)字量信號(hào)丟幀的情況。用數(shù)字示波器監(jiān)測(cè)在56V電源空載啟動(dòng)過(guò)程中,另一28V地線的電壓波動(dòng)。可以看到,在56V電源空載開(kāi)機(jī)過(guò)程中,在另一電源28V地上產(chǎn)生了一連串的干擾波形。將此干擾波形放大,其寬度約為 12μ S、峰值約為20V,如圖1所示。此干擾電壓經(jīng)遙測(cè)的隔離電阻,傳導(dǎo)到遙測(cè)二次電源地上,影響了遙測(cè)對(duì)綜控機(jī)、慣導(dǎo)數(shù)字量的采集,造成了綜控機(jī)、慣導(dǎo)數(shù)字量信號(hào)丟幀。

圖1 56V電源開(kāi)機(jī)瞬間,產(chǎn)生干擾的相關(guān)波形

對(duì)于這種干擾,如不采取有效措施,不僅不能保證供電系統(tǒng)的可靠性,還會(huì)影響到試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備的正常工作,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備的損傷。

2 無(wú)功補(bǔ)償方法的應(yīng)用

無(wú)功補(bǔ)償是解決這一問(wèn)題的有效措施。無(wú)功補(bǔ)償常用的投切開(kāi)關(guān)有三種[1]:1)普通接觸器,用這種方式最大缺點(diǎn)是浪涌電流大,還有其它危害如在接觸器觸點(diǎn)上產(chǎn)生“火花”,燒毀接觸器;縮短電容器的使用壽命;巨大沖擊帶來(lái)的干擾可能使其他電子設(shè)備無(wú)法正常工作等[2]。2)帶預(yù)投電阻的專用接觸器,這類接觸器整體體積較大,事實(shí)上在工作時(shí)也沒(méi)有徹底解決浪涌電流問(wèn)題,同樣易被燒毀,另外因電阻發(fā)熱而造成損傷的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。3)純可控硅固態(tài)繼電器。這種方式可以實(shí)現(xiàn)過(guò)零投切,是電容投切比較理想的器件。但它也存在缺陷:可控硅會(huì)受到電網(wǎng)諧波干擾,影響電容器的正常投切;導(dǎo)通功率較大,長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)因溫升影響其正常工作[3]。

近幾年來(lái),大量的研究表明,在供電設(shè)備中采用復(fù)合開(kāi)關(guān)是解決電容投切的理想方法[4]。復(fù)合開(kāi)關(guān)是采用可控硅與繼電器并聯(lián)工作的方式實(shí)現(xiàn)電容器的投切。既有可控硅過(guò)零投切的優(yōu)點(diǎn),又有繼電器閉合時(shí)無(wú)功損的優(yōu)點(diǎn),而且容易實(shí)現(xiàn)小型化,便于搬運(yùn),這無(wú)疑可以縮短試驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)備時(shí)間。

3 復(fù)合開(kāi)關(guān)的工作原理[5]

3.1 結(jié)構(gòu)框圖

如圖2所示,這種基于單片機(jī)的智能復(fù)合開(kāi)關(guān),控制電路主要由兩部分組成,一部分控制觸發(fā)可控硅,另一部分控制使磁保持繼電器觸頭閉合或斷開(kāi)。單片機(jī)在本系統(tǒng)中完成電壓檢測(cè)、相序檢測(cè)、過(guò)零檢測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)指示以及對(duì)磁保持繼電器和可控硅的控制。

圖2 電路結(jié)構(gòu)框圖

3.2 控制原理

當(dāng)單片機(jī)接受到投合信號(hào)時(shí),通過(guò)觸點(diǎn)電壓過(guò)零檢測(cè),由單片機(jī)控制脈沖并經(jīng)隔離放大后,再過(guò)零觸發(fā)可控硅導(dǎo)通,然后通過(guò)智能判斷讓磁保持繼電器閉合實(shí)現(xiàn)電容器的正確投合,在電容投合后,大部分電流流經(jīng)磁保持繼電器觸點(diǎn),實(shí)現(xiàn)零功耗(純可控硅導(dǎo)通時(shí)損耗達(dá)幾十瓦);當(dāng)單片機(jī)接收到投合信號(hào)撤銷時(shí),先發(fā)出觸發(fā)脈沖,導(dǎo)通可控硅,再斷開(kāi)繼電器,然后停止脈沖的發(fā)出,使可控硅電流過(guò)零時(shí)自動(dòng)切斷。

3.3 功能

1)投合

電路接收到控制信號(hào)后單片機(jī)首先在可控硅SCR電壓過(guò)零時(shí)刻發(fā)出脈沖信號(hào),使可控硅SCR導(dǎo)通,將電容器C平穩(wěn)可靠的接入電網(wǎng),并維持導(dǎo)通狀態(tài);緊接著單片機(jī)發(fā)出磁保持繼電器的控制信號(hào),使其導(dǎo)通,此時(shí),由于觸點(diǎn)接觸電阻極小,一般在2mΩ以下,主回路電流大部分由可控硅向繼電器觸點(diǎn)分流,使其同可控硅電子開(kāi)關(guān)處于并聯(lián)工作的狀態(tài);再撤去可控硅觸發(fā)信號(hào),電流全部由磁保持繼電器獨(dú)立承擔(dān),電路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。

2)切除

CPU接到退切電容信號(hào)后,首先發(fā)出可控硅觸發(fā)脈沖,一部分電流由繼電器觸點(diǎn)分流經(jīng)過(guò)可控硅,使可控硅SCR同磁保持繼電器處于并聯(lián)工作的狀態(tài);接著斷開(kāi)磁保持繼電器,此刻,電容器與電網(wǎng)的連通電流短時(shí)內(nèi)由可控硅獨(dú)立承擔(dān);再切出可控硅的觸發(fā)信號(hào),使可控硅在電流過(guò)零時(shí)自然切斷。

4 應(yīng)用分析

從智能復(fù)合開(kāi)關(guān)的原理、功能上可以看出,無(wú)論磁保持繼電器是閉合時(shí)刻還是斷開(kāi)時(shí)刻,可控硅SCR都是處于脈沖觸發(fā)導(dǎo)通狀態(tài)。因此,在開(kāi)關(guān)的主觸點(diǎn)上基本不會(huì)產(chǎn)生電弧,從而使磁保持繼電器和電容的使用壽命得到了很大提高,同時(shí)消除了電路的電弧干擾。使整個(gè)系統(tǒng)更加安全可靠。

圖3是智能復(fù)合開(kāi)關(guān)的時(shí)序波形圖,從圖中可知,應(yīng)用了這種開(kāi)關(guān)的供電設(shè)備,電壓平穩(wěn),能很好的消除干擾。實(shí)踐證明,智能復(fù)合開(kāi)關(guān)的使用,使電源在基本安全、電源影響、保護(hù)功能,功耗等各方面,均有改善。在電力工業(yè)無(wú)功補(bǔ)償成套裝置的質(zhì)量檢測(cè)中,均符合指標(biāo)及功能要求。鑒于我們工作中,曾因電源開(kāi)關(guān)機(jī)瞬間的干擾造成的影響,建議在航天測(cè)試系統(tǒng)的供電設(shè)備中選用這種智能復(fù)合開(kāi)關(guān)。

圖3 時(shí)序波形圖

5 結(jié)語(yǔ)

在航天系統(tǒng)地面試驗(yàn)中,地面測(cè)試設(shè)備較多,供電電源也相應(yīng)較多。同時(shí)用電時(shí),現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境十分惡劣。要很好地抑制開(kāi)關(guān)電源在供電瞬間的干擾,就必須進(jìn)行綜合考慮,逐一分析。往往單純采用一種措施不能提供完整的干擾防護(hù),必須綜合考慮各種因素制定出有效的抑制干擾措施,保證試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作的安全性、可靠性。

[1]趙崇西,趙克明.DJ型電網(wǎng)監(jiān)測(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置及新一代電容器投切器件—復(fù)合開(kāi)關(guān)[J].電力設(shè)備,2005(6)

[2]趙金云,秦大為.機(jī)電一體復(fù)合開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2006(11)

[3]陳懷忠.基于單片機(jī)無(wú)功補(bǔ)償復(fù)合開(kāi)關(guān)的研制[J].廣西電力,2006(5)

[4]楊曉萍.復(fù)合開(kāi)關(guān)投切電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2005(11)

[5]沈金榮.基于PIC單片機(jī)的智能復(fù)合開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2008(9)