FCOG6100触发板电气原理及说明应用

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1、精编资料简介：国内航空,电力,机械,电子等行业得到应用.我公司竭诚为广大用户服务,努.4.FCOG6100晶闸管触发板的工作原理4.1 FCOG6100型通用晶闸管触发板.关键词：原理,应用FCOG6100触发板电气原理及说明应用1. 前言 晶闸管器件相位控制的触发电路板，提供了监控元件与主电源、主电压部分之间的接口。这种触发板可使设计标准的或非标准的电源设备、电动机控制器等设备的开发费用最低。通常触发电路工作在一个高电压、强电子干扰的环境和暴露在高温空气污染的情况下，再则，触发板的成本又不能在电源变压器的总成本中占有很大比例，这样如果有了一种现成的、可供选择的、价格合理的通用产品，再在发展高

2、可靠触发电路上花费很多资本是不合算的。 美国ENERPRO公司的大功率晶闸管触发板是用大规模集成电路组成的数字触发系统，荣获美国太空总署NASA批准的高科技产品。经过近二十年来的不断改进提高,已被广泛应用于美国、德国、日本等各大电气公司的晶闸管成套设备及世界高科技名牌产品之中。目前美国军用潜水艇、电动汽车的充电装置，X光设备，风力发电控制设备，高精度电镀、电解电源等设备已普遍采用。 我上海集电电力电子技术发展有限公司,自1992年由达高(香港)企业公司授权经销美国ENERPRO公司产品，成为中国及亚泰地区的总代理。近几年来巳逐步在国内推广应用，受到设备成套生产厂及直接用户的欢迎和信赖， 已在国

3、内航空、电力、机械、电子等行业得到应用。我公司竭诚为广大用户服务，努力将美国ENERPRO公司的最新产品推广给国内的广大用户，希望得到广大用户的支持。我公司也是中国国内唯一的一家由达高(香港)企业公司授权经销美国ENERPRO公司产品的代理商。2. 概述美国ENERPRO公司主要产品为晶闸管触发系列：三相六脉冲FCOG6100触发板(四象限工作)三相六脉冲FCOG630D触发板(二象限工作)单相四脉冲FCR04100触发板(四象限工作)单相二脉冲FCR02100触发板(二象限工作)电压电流调节板 VRCL3P-1 (用于直流传动) ISOVLCL-1 (用于直流电源) ISOVLCL-2 (用

4、于直流电源)CTRCT-2 (用于交流传动)三相晶闸管保护板单相晶闸管保护板脉冲扩展板(可用于SCR并联或SCR可逆)十二脉冲触发板以及电动机软起动系列装置等，尤其适用于大功率SCR装置或SCR串并联装置。 ENERPRO公司系列产品体积小、性能优、调试方便、安装方便，整个系列产品设计为积木拼接结构，一至多块板可以任意组成所需要的控制系统，产品接插方便、更新换代容易，免除焊接、调试、维修的烦恼。3. FCOG6100晶闸管触发板的工作特点 随着国内大容量电源、电气、电子设备的快速发展，一种具有通用性、多功能的用于晶闸管器件相位控制触发电路的开发及应用，显得十分需要，有利于当前快速、简便、高效率

5、地开发需求。美国ENERPRO公司生产的FCOG6100型触发线路板正符合上述要求。 工作特点： 六脉冲强触发功能(19.1kHz、2.0A短路电流，15V开路电压,0.5A/0.5S 电流上升率)； 警戒网式门脉冲波形； 等距数字门延信号； 相位遗失禁止保护： 软起动、软停止功能； 紧停功能； 抗相位旋转,自动纠正相位、相序； 抗电源电压失真； 可用于电动机正反控制可逆系统工作(四象限工作范围)。 独特的结构特色进一步扩大了触发板的用接插口式连接，使接线、调试方便、可靠；无相位基准变压器；调节板接口，可方便地组成控制系统；UL规定的漏电等级(2500Vac变压器高压测试)；板上元件小，尺寸小

6、(190mm X 152mm)；高质量结构(3.6mmGlO型玻璃纤维板、金属孔化波峰焊接、焊剂涂复、氨基甲酸乙酯清漆喷涂)；扩展板接口(可根据需要扩展为1248个脉冲变压器附件板或副边绕组的触发板)。4.FCOG6100晶闸管触发板的工作原理4.1 FCOG6100型通用晶闸管触发板 它是以40芯CMOS大规模集成电路(ENERPRO专用芯片)为核心，利用锁相环技术(PLL)和多芯片合成技术(MCM)，根据压控振荡器(VCO)锁定的二相同步信号间的逻辑关系设计出一种晶闸管触发系统。05V的直流输入电压信号，可以控制输出脉冲移相范围从5175可调。任何调节器或手动输出的电压都可以很方便地与其相

7、连接(包括计算机送出的DA信号)， 以控制大功率晶闸管的工作状态。在调节器或计算机PID调节器与大功率晶闸管之间，这块触发板是一个很好的缓冲界。它保证了调节器失控时系统的安全。4.2 FCOG6100晶闸管触发电路方框图 触发电路的主要部分是由以下几个部分构成： 相位基准电路； 缓冲放大器； 软起动停止电路； 相位检测电路； 相位锁相环： 延时发生器；门脉冲放大器和脉冲变压器。421相位基准电路 触发电路利用电阻衰减器从三相电源取得相位基准信号，省去了常规相位传感变压器，同时缩减了主板的尺寸，减轻重量和降低成本。附加电路补偿，为由于接地原因产生的三相主电路电压不平衡提供平衡的基准相位。 触发电

8、路从三相电压Ea、Eb、Ec获得门延时间基准，见图4.2(a)。程序电路输出的基准信号为180宽120相移的A-B-C逻辑信号。这信号输入到三个异门相位检测器。基准信号程序电路达到如下目的(1)取消基准信号传感变压器(2)提供主电源谐波滤波器；，(3)为交流控制器提供同相位基准逻辑信号(4)为直流变换器提供30滞后基准信号；(5)为正负顺序提供正确的基准相位。(b)变换器基准电路 主电源电压EA、Eb、Ec经过152000倍衰减器(实际用15k2M电阻器)衰减后得到低电平模拟信号Ea、Eb、Ec。这些信号经120k电阻和0.33F旁路电容，产生滤波的相位基准信号，三相Eaf、Ebf、Ecf。电

9、源频率为60Hz时与输入信号进行比较，操作相位基准信号程序电路不受相序的影响。输入一个程控信号可使触发板选择交流控制器同相位基准门信号或使用直流变换器30延迟门信号。 交流控制器与直流变换器的逻辑基准门信号如表41所示。422缓冲放大器和软起动停止电路 缓冲放大器与软起动停止电路一起工作，使晶闸管从一个大的初始门延角进入导通，门信号由接触器起动或由220Vac电源提供给触发板。当起动接触器闭合，门延角在门信号被禁止前上升到一个高电压。缓冲放大器与软起停电路由图43所示。 缓冲放大器由反馈电阻R1=lOOk、输入电阻R2=50k、偏置电阻R3150k以及运算放人器A1组成。电路将05V延迟命令输

10、入电压变换成10.60.6V的输出电压，向相位锁相环的加法放大器提供信号。 软起动停止电路的起动停止开关输出电压从0V12V开关过程是由电阻R4和二极管V2向电容器Cl充电而得到。同理， 从12V0V开关过程是由C1经R5和v1放电而得到。R4与R5分别决定上升(起动)和下降(停止)时间。 Cl上的电压经同相放大器A2缓冲后送到比较放大器A3。A3的输出向大规模集成电路提供禁止输入信号。当C1上的电压(经过增益为1的放大器隔离)达到12v时，禁止信号改变，从逻辑“0”变为“1”，送至大规模集成电路控制晶闸管门极脉冲。 缓冲放人器2的输出同时经R6和V4加到缓冲放大器A1，在髓的充放电周期内，当

11、A2的输出下降使二极管V4两端电压高于导通电压时，输出缓冲放人器A1响应，A2输出。因为电流经R6和V4流过，电阻的阻值这样选定的：即当门延命令达到+5V时，髓充电周期开始时，使A1的输出端强制输出6V电压。当2的输出电压上升，并在V4两端低于导通电压时，即低于+5V时，流经V1的电流中断。此时，缓冲放大器的输出仅决定于门延命令的电压。423失相保护检测 由电源缺相引起的电压不平衡，电路如图4.4所示，A-B-C，相位基准逻辑信号由R1R3相加， 电容器Cl及并联的电阻R2-R3形成一个低通滤波器，将方波变换为180Hz(当电源为60Hz时)三角波。此时A、B、C相逻辑信号有正常的180宽度及

12、120相差。图4.4b)上面的波形表示正确排列的逻辑信号经滤波相加后的基准信号，180Hz的三角波基于上门限电压6.66V和下门限电压4.73V之间，将比较器A2和A3的输出信号集成点(标示为PL)。由电阻R7和相位遗失发光二极管V1，拉到逻辑“1”值，图44(b)下面的波形显示由于基本信号失相后的结果。经过滤波的A、B、C逻辑信号包含60Hz分量，此时上升超过或F降低于上下门限电压值。每当超越门限电压时，PL信号达到逻辑“0”。当PL达到逻辑“0”时，比较器A输出端变为电流流入状态，使软起动停止电容器放电。4.2.4相位锁相环 相位锁相环门延角发生器电路，如图4.5。它是整个触发电路的核心，

13、包括加法放大器，压控振荡器(VCO)，64分频器，6分频器裂相器，三个独立的异或，由相位检测器和一个压控振荡器组成一个三相锁相环。此外，有很高的频率响应，在一个电源频率周期内达到锁相。 压控振荡器输出信号的角频率受控于输入控制电压的大小， 压控振荡器控制电压，从三异或非门相位检测输出信号加上缓冲放大器直流信号反相后得到。当环被锁定后，压控振荡器控制电压，呈现一个平均电压，这使得压控振荡器产生一个64 X 6=384倍于电源频率的频率信号。 384 * f电源的时钟信号，标号为CKl，经64分频后得到6 * f电源的频率信号，标示为CKQ。此信号再经6分频变为电源频率，并且分裂为120相位差18

14、0完整宽度的延迟基准信号，标示为Ad、Bd和巳。电源A、B、C电压基准信号与Ad、BD和Cd延迟基准共同输入到三个异或非门，并生成相位检验信号Da、Db和Dc。相位检测输出与经缓冲的门延命令信号通过加法放大器相加。 当压控振荡器输出频率锁定在电源频率数倍的一个固定频率上，三相检测输出和缓冲的延迟命令输入必须相加到一个恒值， 因此一个缓冲命令的上升，必定伴随着一个加法过的相位检测输出平均电压的卜降，这样直流电平变化。例如：当A相控制输出是根据电源基准A与延迟基准几，之间的延迟角的变化部分而产生的A部分的关系是这样强加到加法放大器的：即直流输入和电源相位基准于延迟相位基准之间的相差。 不同的主回路

15、形式，可能要求触发脉冲延迟角的最小值与最大值不一样。最小与最大延迟角由偏置电阻R3和宽度电阻R1的阻值决定，如图4.5。调节电阻R3、R1的阻值，R3决定了逆变角的起始参考位置(即触发脉冲的最大延迟角)，R1决定了脉冲的移相范围。 为了适应于各种工作电流频率，板上设计了J10插脚。通过改变各脚的连联而满足不同电源要求。当电源频率为50Hz时，使得了10的脚1、2短接，56分频器；厂作在6分频；当电源频率为60Hz时，使得J10的脚2、3短接，56分频器工作在5分频，达到稳定锁相的目的。4.2.5触发脉冲驱动电路 门驱动电路由6只达林顿集成电路、3只150电阻和3只0.33F电容组成的初级电压降

16、网络，6只脉冲组件，每个脉冲组件包括2：1降压脉冲变压器，2个二极管，初次级分流电阻和一个输出熔丝。+A和A电路见4.6(a)。 当负载为l时的输出电流脉冲见图4.6(b)。 当+A电路关闭时，A门驱电路工作，这样可使2个门电路共用一套初级降压网络。 在脉冲开始初期，电容器0.33F放电，当+A晶体管导通时供电电源+30V没有限制地流过脉冲变压器初级，这样在次级可得到：开路电压15V，或短路电流2.0A的脉冲。起始门脉冲电流在1.0s的时间内上升到1.0A的电流值。当电源频率为60Hz时，平均门脉冲宽度为22s，在2.2s的关闭时间内，电容器0.33F放电至15V。随后的脉冲也具备开路电压15

17、V，短路电流1.0A。低幅度持续门脉冲提供足够的门驱动，使整机在电流不连续时保持工作稳定。同时节约平均门功率和减少在初级压降电阻上的损耗。次级电路包括一串联二极管，用于防止逆向门脉冲电流，分流二极管限制反向门阴极电压，51电阻用于抑制干扰。一个熔丝主要用于防止伤害线路板。这种伤害的主要原因是门阴极接错或二极管损坏失效等情况。 三种不同的典型门电压脉冲波形如图47所示。5. FCOG6100型晶闸管触发板的应用实例 现代大功率电源设备多用于晶闸管变流技术，采用FCOG6100型脉冲触发板，可以可靠地触发1200A的晶闸管，而且通过本公司系列的脉冲扩展板，强脉冲触发板，电压、电流调节器板的组合接插

18、，可以使晶闸管装置的容量扩大到数千瓦到数兆瓦的范围。触发板的运用大约可分为直流变换器(交直)和交流控制器(交交)。 应用实例与接线图如下： 设计特点： 应用：当晶闸管截止时负载上无电压 变压器初级控制无三次谐波电流 固态器件降压式电动机起动器触发板配置： 触发板选择：0相位基准 T1电源来自晶闸管阴极120脉冲门信号 调节板联接2S5175门延角范围 其它与工厂协商供贷方式相位基准来自晶闸管阴极(A、B、拨码开知PPI选择1、2、3、7断开4、5、6、8闭合 图51晶闸管在线交流控制器52 晶闸管内中点交流控制器见图52。5.3 六脉冲二象限并联桥式变换器见图5.3 。5.4 双速电动机(或发

19、动机)控制器见图5.4 。8主要技术参数合调试须知8.1主要技术参数(1) 当二相电压高出额定电压值20、另一相低于额定值20时，脉冲不均衡度不大于1； (2)输山脉冲波形为19.1kHz、2.0A短路电流、15V开路电压、上升前沿时间； (3)根据用户需要可任意选择宽度为120的单脉冲或宽度儿30冲间距为60的双触发脉冲； (4)脉冲变压器的绝缘等级为25kV； (5)对于要求触发功率很大的串、并联晶闸管可采用1248个脉冲变压器辅助扩展板或强脉冲触发板。82 调试须知 触发板不需同步变压器，相位基准信号直接采用高电阻值电阻R31一R33，与主回路晶闸管相连接，自动实现与电网同步，而且板内有

20、自动相位纠止测控环节，使得调试人员的工作十分方便。 主回路同步采样电阻R31R33根据主电路的线电压，选择不同的参数使触发板能完全正常工作，R31R33电阻值的选择按表81进行。触发板集缺相保护、自动纠相、急停软起动停止等功能于一体，不必另外设计检测控制电路。 板上设置了八位拨码开关。不同的组合方式可以得到不同的脉冲波形。如双、单脉冲选择，输出脉冲相位为0或30选择。PPl八位拨码开关相位基准选择方法： 输出脉冲相位基准选择见表82门极脉冲波形选择见表83。主触发板与辅助触发板相结合，可以很方便地实现输出12个门脉冲信号，而不需要另外一个独立的门极延迟发生器，得到互差30的12个脉冲信号。12

21、脉冲变换器通常是用于消除电源电流的5次和7次谐波。它的特性比6脉冲变换器要好。 其方法是：将J6的(19)端即P端(选通命令端)与(4)端即CK2端相连即可。因为当P端为高电平时，主触发板输出脉冲；而当P端为低电平时，辅助触发板输出脉冲。而CK2端为300Hz的占空比50的频率信号，且与输出的触发脉冲有固定的相位关系。此时建议脉冲采用230形式。9附录美国ENERPRO公司主要产品介绍91 触发板系列 (1)FCOG6100三相触发板，具有强触发脉冲，2.0A短路电流，15V开路电压，脉冲上升时间1A1s，缺相保护显示， 自动相位平衡。可3、6或12脉冲触发；可2或4象限工作；可用于可逆系统工

22、作具有软起/停功能，扩展板接口功能。 (2)FCOG630D三相触发板，具有强触发脉冲，缺相保护显示平衡。可3、6或12脉冲触发；可2象限工作；具有软起/停功能口功能。 (3) ISOVLCL2电压/电流调节板，电压/电流调节器，软起动功能。过流、过压、电流截止保护，可输出负载电流、电压信号。 (4) ISOVLCLl电压/电流调节板，电压/电流调节器，保护，可输出负载电流、电压信号。 (5)VRCL3P-1电压/电流调节板，电压、电流双闭环调节器，软起动功能。具有电压、电流保护功能；交直流电压反馈与速度反馈。 (6)FCR02100单相触发板，平衡式数字延时发生器，具有强触发脉冲，缺相保护显

23、示，自动相位平衡。可2或4脉冲触发；可2象限工作：具有软起/停功能，扩展板接口功能。 (7)FCR04100单相触发板，平衡式数字延时发生器具有强触发脉冲、缺相保护显示、自动相位平衡。可2或4脉冲触发；可2或4象限工作；具有软起/停功能，扩展板接口功能。 (8)FC061200十二相脉冲触发板15600V交流输入电源，30门极触发脉冲。 (9)FCOVF6100变频输入触发板 (10)FCREM60强脉冲扩展板，可触发2000A晶闸管。 (11)TSB-3保护板 (12)TSB-6保护板 (13)CTRCT-2调节板，用于交流传动，提供电压限制和电压调节，过电流脱扣。用于变压器原边控制可控制，

24、软起动斜坡时间，可用以遥控。 (14) FCOAUX60晶闸管扩展板，能在各种并联晶闸管电路组合中提供触发脉冲。92 电动机起动器组合件MSA系列 MSA系列提供良好性能/价格比的产品，按用户应用场合和需要来决定组合复杂程度。该系列产品是已广泛使用的FCOG6100晶闸管触发板和电动机起动器控制板的组合。该系列具有下列特点性能： (1)MSA-0=FCOG6100单板 这是最简单的组合，仅使用一块FCOG6100SCR触发板，用户提供门极延迟信号，SIG HI。利用外部控制通过将软起动禁止信号接地来控制软起动信号。由触发板本身的时间电阻R44和R45及电容C3来决定软起动停止的延时斜率的大小。

25、 (2)MSA-4=FC066100+AB02 增加一块AB02板使用户有更多灵活性来选择起动器的初始电流和加速时间。通过两个旋转开关来更换FCOG6100板的R44和R53，可提供3个加速时间和3个初始电流的设定。 (3)MSA-5=FC066100+MS400 这种组合是较为复杂的控制器和简单控制器之间一个中等水平的组合。除了有3个加速时间和3个初始电流设定外，该起动器提供具有电动机电压反馈稳定的线性电动机电压斜率。该组合可供选择一个测速发电机输入以达到线性电动机速度斜率。在这种组合中起动器板提供门极延时控制信号，SIG HI。 (4)MSA-6=FCOG6100+ACVRSS-1 和MS

26、A-5一样，MSA-6提供具有电动机电压反馈稳定的线性电动机电压斜率。除此之外还有使用负载电压指令EC和R1的组合来选择所要的初始电流，和R2组合来选择短的功率下降时间。 (5)MSA7=FCOG6100+CR400 它不象MSA5和MSA6是电压调节的起动器，而MSA-7是一种电流调节的起动器。当电流发生变化时，由CT提供输入电流到CR400。这种可调节电流命令电平的特征产生门延迟命令，SIG HI，作用于FCOG6100 SCR触发板。93 本公司可供应成套组件，三相交流电动机，软起动装置，汽车充电器，风力发电机控制器，单相及三相交流调压装置及直流电源，晶闸管模块和固态继电器等电子元器件。