怎么提升晶閘管抗干擾能力

晶閘管脈沖觸發系統在電力、電子等工業領域（如整流、有源逆變、交流調壓、變頻器及斬波器等方面）有著極其廣泛的應用。而脈沖觸發系統在現場實際應用中能否正常可靠運行，很大程度上決定于該系統對現場各種干擾的抗干擾能力。

1.晶閘管受干擾原因：

因為大多數干擾表現為瞬時尖峰信號的形式，即所謂“毛刺”，當其幅值和能量達到一定程度時，就極易導致晶閘管誤導通，造成晶閘管損壞等嚴重后果，使系統不能正常運行。尤其在現場環境比較惡劣、而脈沖本身又為強觸發脈沖的情況下，因為外界對脈沖系統及脈沖相互間的干擾均較大，系統的抗干擾能力更成為關鍵之一。該情況下系統的抗干擾能力強弱也正能衡量出一種抗干擾措施實際效果的好壞。如直流煉鋼電弧爐晶閘管整流裝置的強觸發脈沖系統即屬于此類。直流爐額定弧流為數千至數萬安，弧壓為數百伏，且直流側短路是其正常工況，這種工況在熔化期頻繁發生，在移相控制過程中，產生較強的諧波電流，在弧流通過的路徑如整流裝置、短網、直流爐體周圍空間產生強大的劇變電磁場，成為置于其中的脈沖系統的一個較強的干擾源。另外，由于整流裝置容量較大，需多只晶閘管并聯運行，故采取強觸發脈沖以保證并聯晶閘管導通的一致性、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

脈沖系統的干擾主要有兩類。一類是脈沖系統內的相互干擾。另一類是外部干擾源對脈沖系統的干擾。

脈沖系統內的相互干擾

這類干擾主要由共用的電源和地引起，表現為一路脈沖的尖峰干擾信號在對應于其他幾路脈沖的時刻出現。這是因為各路脈沖共用一組電源，在一路脈沖觸發時，瞬時功率較大，將電源波形拉下缺口。同時，在地線上產生較強的脈沖電流，該電流流經地線上兩點間將產生干擾“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的干擾

外部干擾源主要包括兩類。一是設備內部信號，如脈沖控制柜內其他的強電信號等。二是外部環境，如大電弧電流產生的劇變強電磁場、強大的交變電磁場、大功率整流電路的移相控制產生的諧波、斷路器合分過程中產生的過壓等。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。

3.抗干擾措施

抑制脈沖間相互干擾的措施

因為這類干擾主要由共用電源和地引起，故應有針對性地采取以下措施：

（1）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，各電源應采用大容量電容進行濾波，并盡量提高電源輸出特性的硬度。

（2）地線要處理好。這包括兩點：一是要遵循“一點接地”原則；二是接地電阻應盡量小。在脈沖電路的實際工程調試中，相當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“一點接地”原則，就是指各路脈沖的地應接在一點，以便各脈沖的地電位盡量一致。這里的 “點”既指電路上的一點，也指物理上的一點。接地電阻小就是說一地線應盡量短；二地線還應盡量粗。這樣，才能在強觸發情況下，脈沖觸發電流較大時使地線上兩點間的電位差盡量小，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

抑制設備內部信號對脈沖干擾的措施

（1）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，以抑制設備內部信號對脈沖信號的干擾。

（2）脈沖信號線應盡量短。

（3）脈沖信號采用絞距小于1cm的雙絞線或屏蔽線。因為雙絞線內流過的電流瞬時大小相等，方向相反，故脈沖信號產生的干擾磁場只在雙絞線間極小的間隙內迭加，而在雙絞線外廣大的區域相互抵消。同樣，設備內部信號產生的干擾磁場在雙絞線內產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。

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

抑制外部環境對脈沖干擾的措施

（1）脈沖信號線與外部環境干擾源保持盡可能大的物理距離。

（2）脈沖采用雙絞線或屏蔽電纜。

（3）脈沖線單獨穿管，與其他信號線分開布線。管道應可靠接地，并保證整個長度上連續接地。（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）

（4）盡量減少或不設中間端子板或連接點。

（5）根據具體情況，也可對脈沖系統專做一屏蔽盒，既嚴密屏蔽又便于調試、維修。（如抽屜式）

上述一些抗干擾措施在多年的現場工程調試中被證明是實用的、行之有效的。典型的一個應用是在為某直流煉鋼電弧爐配套的40KA/650V整流裝置的現場調試中。由于整流裝置容量較大，干擾很大。現場調試中發現，為避免渦流發熱而采用的不導磁的不銹鋼管（純水冷卻裝置用）及角鋁（整流裝置框架）在整流裝置通電運行后居然出現了磁化現象（角鋁是在彎角處出現），晶閘管的觸發脈沖上也迭加了嚴重的干擾毛刺，剛開始試運行時，時常有晶閘管因誤觸發而損壞。后來，采取上述措施進行整改后，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行。相信這些措施對廣大電氣、電力電子領域的設計及工程技術人員會有所幫助。

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