吳亮

（山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同037009）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界上一些西方國(guó)家一直在對(duì)晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行研究和發(fā)展，并試圖對(duì)能源短缺問(wèn)題從根本上予以解決。作為我國(guó)非常重視的研究方向，其中的試驗(yàn)裝置早在上世紀(jì)就被批準(zhǔn)立項(xiàng)。其中高功率電源系統(tǒng)在這種變?cè)囼?yàn)裝置中包括一系列具有很高技術(shù)含量的組件系統(tǒng)。其中非常重要的子系統(tǒng)就是極向場(chǎng)電源系統(tǒng)，向相互耦合的12組極向場(chǎng)超導(dǎo)線(xiàn)圈供電的就是12組晶閘管變流器，從而對(duì)等離子體的平衡、加熱以及產(chǎn)生進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。本文針對(duì)光纖通訊技術(shù)在晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討，希望對(duì)大家有所幫助。

1 晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

2 EAST變流器簡(jiǎn)介

變流器主回路在進(jìn)行對(duì)整流線(xiàn)路進(jìn)行并聯(lián)時(shí)采用的是三相橋式同逆流方式。其中的原理就是利用兩個(gè)相同的器件來(lái)作為反并聯(lián)連接，按照一定的規(guī)律從結(jié)構(gòu)上將它們組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)了兩組同相反極性的構(gòu)成，要保證引線(xiàn)最大限度的與配置相靠近，在隨便一個(gè)時(shí)間段其通過(guò)的電流都具有各種相反的性質(zhì)，在兩種不同器件的外部使它們所產(chǎn)生的一些磁性相互抵消[2]。從而使其中的許多線(xiàn)路電抗有效的減少，同時(shí)還可以使臂間、相間阻抗的對(duì)稱(chēng)性增加。

3 觸發(fā)方案的比較

極向場(chǎng)電源晶閘管具有相當(dāng)多的數(shù)量，其中有數(shù)百個(gè)晶閘管在運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)揮作用，在這種情況下，出現(xiàn)的電磁干擾強(qiáng)度非常高。在不斷地受到強(qiáng)電磁干擾的條件當(dāng)中，晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)中的觸發(fā)脈沖就會(huì)因?yàn)閺?qiáng)干擾的影響，而出現(xiàn)晶閘管誤觸發(fā)或不觸發(fā)以及脈沖品質(zhì)變差的現(xiàn)象[1]。晶閘管整流器常常處于高壓狀態(tài)下，電壓高達(dá)數(shù)千伏。作為一種低壓弱電系統(tǒng)，觸發(fā)控制系統(tǒng)要想使自身能夠正常安全的運(yùn)行，必須要對(duì)其他的相關(guān)的元件采取相應(yīng)的隔離措施。當(dāng)前數(shù)千伏電壓的隔離問(wèn)題能夠以光耦隔離方式和變壓器隔離方式而予以解決，然而在進(jìn)行更高等級(jí)電壓隔離時(shí)就相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困難了，與此同時(shí)，長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程中觸發(fā)系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題也無(wú)法得以解決。為了使脈沖傳輸受干擾問(wèn)題以及低壓電路高壓隔離問(wèn)題得到有效的解決，就采取了晶閘管光纖觸發(fā)方案[2]。

3.1 直接電觸方式

材料變壓器隔離也就是所謂的直接電觸方式，在其中的相關(guān)元件將低電位觸發(fā)脈沖信號(hào)隔離之后，再輸送到其他的元件當(dāng)中。由于這種方式是采用是一種比較落后的傳統(tǒng)方式，所以具有十分強(qiáng)大的電磁干擾，與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)和制造其中一些高端元件時(shí)，在技術(shù)方面具有相當(dāng)大的難度，很難解決干擾和隔離問(wèn)題。

3.2 直接光觸發(fā)方式

將觸發(fā)脈沖信號(hào)向需要的信號(hào)種類(lèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)化以后，就會(huì)引起其中的光控晶閘管的直接觸發(fā)。這種情況主要是在光纖中進(jìn)行所有的過(guò)程，所以不會(huì)受到其中一些不利因素的影響，與此同時(shí)，由于光纖的優(yōu)良的絕緣特性使得以前很多難以解決的問(wèn)題得到了有效的解決。然而光控晶閘管在價(jià)格上有些使人難以接受，所以直到現(xiàn)在，仍然很難對(duì)這種方式予以采用。

3.3 間接光觸發(fā)方式

首先是光耦隔離觸發(fā)，經(jīng)過(guò)光耦合器將觸發(fā)脈沖傳送到高位脈沖將電路放大，然而在電壓持續(xù)升高的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)難以勝任的現(xiàn)象。光耦隔離觸發(fā)在進(jìn)行脈沖傳送時(shí)仍然采用全電路的方式，所以無(wú)法解決脈沖傳輸會(huì)受到干擾的問(wèn)題；其次是光纖隔離觸發(fā)，這種觸發(fā)方式采用的是光纖通訊技術(shù)，也就是通過(guò)電光轉(zhuǎn)換器將其中的信號(hào)傳送到光纖，然后再經(jīng)過(guò)光纖向其他的元件傳輸并進(jìn)行放大，知道最后由某高端元件將電信號(hào)輸出，經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)整之后，向相應(yīng)的元件極輸送[3]。這種方式使一些舊有的問(wèn)題得到了有效的解決，與此同時(shí)，因?yàn)樵谶M(jìn)行脈沖傳輸時(shí)采用的是光線(xiàn)，所以電磁干擾在傳輸過(guò)程中不會(huì)使光受到干擾，這樣就使信號(hào)受其他因素干擾的機(jī)會(huì)得到了極大限度的減少。

4 晶閘管光纖觸發(fā)方案簡(jiǎn)介

因?yàn)楣饪鼐чl管具有很高的成本，所以為了使脈沖傳輸受干擾問(wèn)題以及電路高壓隔離問(wèn)題得到解決，同時(shí)還為了使成本的問(wèn)題得到兼顧，就可以利用間接光觸發(fā)方案中的最后一種方案——光纖觸發(fā)隔離。

光纖通訊方式就是將光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，將光波作為載波的一種通訊方式。這種通訊方式具有很多優(yōu)點(diǎn)：具有很寬的傳輸頻帶、較大的傳輸容量、較低的損耗、重量輕、線(xiàn)徑細(xì)以及不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)[4]。與此同時(shí)，光纖制造材料具備的絕緣性也十分高，幾乎不受隔離電壓等級(jí)的限制。

由一組整流器在EAST極向場(chǎng)電源中輸出1kV電壓以及15kA電流，是采用多晶閘管作為并聯(lián)結(jié)構(gòu)的，同時(shí)還是采取的兩組整流橋反并聯(lián)運(yùn)行的方式。每個(gè)橋臂在每組整流器中都是由3個(gè)晶閘管通過(guò)并聯(lián)的方式而構(gòu)成的，同一路觸發(fā)脈沖由每6個(gè)晶閘管成一組共同接收。由于三相六路觸發(fā)脈沖是由Alpha板產(chǎn)生的，所以需要按照3×2路的形式對(duì)6路脈沖中的每路脈沖進(jìn)行劃分。在電路中將觸發(fā)脈沖先一分為二，隨后在光路中利用光分路器將其一分為三，這種方案具有成本低、光纖發(fā)送器最少以及線(xiàn)路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

由于LED源光纖收發(fā)器具有低功耗的特點(diǎn)，所以應(yīng)該選擇作為光發(fā)送器。光接收HFBR-2412與光發(fā)送HFBR-1414這兩個(gè)模塊進(jìn)行配合使用。在這里，其性能指標(biāo)為：5MBd為通訊速率的最大值；-40～+85℃是其正常工作的溫度范圍[5]；越大的發(fā)送器電流就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)來(lái)說(shuō)比較遠(yuǎn)的傳輸距離，2km是其最大的純屬距離，光線(xiàn)采用的是71.5/325型號(hào)。

作為一種先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用，光分路器采用的技術(shù)比較高，具有一定的優(yōu)勢(shì)。光纖傳輸?shù)闹械囊宦饭饫w信號(hào)可以通過(guò)區(qū)中的一種儀器被分成非常多的光纖信號(hào)。相對(duì)于原先的光信號(hào)而言，再被分開(kāi)之后的每路光纖信號(hào)知識(shí)光強(qiáng)度旅游衰減，其他特性在所傳輸?shù)男盘?hào)中保持不變。這樣在光路中就可以按照比例分配傳輸信號(hào)。

5 結(jié)語(yǔ)

在很多晶閘管系統(tǒng)當(dāng)中都已經(jīng)科學(xué)合理的采用了光纖觸發(fā)系統(tǒng)。由于光纖觸發(fā)方式采用了很多先進(jìn)的技術(shù)，所以在傳輸過(guò)程中觸發(fā)脈沖不會(huì)受到電磁干擾的影響，從而將觸發(fā)系統(tǒng)抗干擾的能力提高了；在供電時(shí)利用光纖材料的耦合取能方式和高絕緣特性，可以使觸發(fā)控制電路隔離高壓?jiǎn)栴}得到有效的解決。相對(duì)于光控晶閘管的使用而言，成本低是晶閘管光纖觸發(fā)方式的最大特點(diǎn)。相對(duì)于舊有的傳統(tǒng)方法和技術(shù)來(lái)講，晶閘管光纖觸發(fā)方式在很多方面都實(shí)現(xiàn)了很大的提高。所以，由于晶閘管光纖觸發(fā)方法具有一系列可喜的優(yōu)點(diǎn)，肯定會(huì)更多的運(yùn)用在很多方面的技術(shù)中。

[1]王燕,王喜寶,盧云鵬.BESIII觸發(fā)系統(tǒng)MDC子系統(tǒng)光纖發(fā)送插件設(shè)計(jì)[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù),2008(1):13-16.

[2]De Lorenz A,Bettini P,Peruzzo S,et al.Thyristor Making Switch System for Plasma Startup Control in RFX[J].Fusion Engineering,18th Symposium[C].2011(10):421-424.

[3]王亞瓊,盧正偉,王軍.光觸發(fā)晶閘管換流閥技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備（應(yīng)用技術(shù)版）,2011(4):72-75.

[4]蔣燕,陳華忠,張逸帆.用于TCR的晶閘管光電觸發(fā)與檢測(cè)系統(tǒng)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(9):52-54.