基于晶闸管的PSM模块CROWBAR控制研究
双馈感应异步风电机组的撬杠保护(Crowbar)
双馈感应异步风电机组的撬杠保护（Crowbar）双馈感应风力发电机的定子绕组与电网直接相连，因而只能通过对转子侧变流器的控制实现对发电机的部分控制。
当因电网短路故障或雷击造成风电机组接入点发生电压跌落时，将引起转子电流增大，严重时将引起转子侧变流器过流或变流器直流侧电容过压。
由于四象限变流器中的电力电子器件的耐压和过流能力相对较小，为防止过压或过流对转子侧变流器所造成的危害，通常在转子侧安装撬杠（Crowbar）保护电路对变流器进行保护[1]。
Crowbar的基本原理为：当检测到转子绕组电流超过所整定阈值时，Crowbar保护动作，将短接双馈感应发电机的转子绕组，切除转子侧变流器，达到保护转子变流器的目的。
此时双馈感应发电机将从双馈调速运行状态过渡到笼形异步电机不可控运行状态[1]。
Crowbar保护电路可以分为被动式保护电路和主动式保护电路[1]。
1.被动式Crowbar保护电路对图4-17a所示的被动式Crowbar保护电路采用两个晶闸管反并联形成晶闸管对的形式，当电网发生故障引起转子电路过电流或过电压时，通过触发晶闸管使其导通，使双馈电机转子构成封闭的回路，此时转子侧变流器停止工作，起到保护变流器的作用。
同样，晶闸管Crowbar保护电路也可以通过二极管整流桥与直流短路晶闸管共同构成，如图4-17b所示。
通过晶闸管的触发使其导通，同样可以获得等效短路双馈电机转子电路，以起到对双馈电机转子侧变流器进行保护的功能。
有时也在晶闸管Crowbar保护短路回路中串入电阻以加速双馈电机转子电流的衰减，缩短过渡过程所需的时间。
对于图4-17b所示的晶闸管被动式Crowbar保护电路，由于双馈电机多运行于同步转速附近，转子侧频率通常较低，一旦Crowbar保护动作则难以关断，因此这种基于晶闸管的被动式Crowbar保护电路，通常需要双馈电机的定子从电网脱开且等双馈电机转子电流衰减殆尽后，晶闸管恢复到其阻断状态，待条件允许的情况下双馈电机重新执行并网操作。
基于DSP的BUCK变换器滑模控制策略研究.
基于DSP的BUCK变换器滑模控制策略研究王文娟郑诗程葛芦生安徽工业大学电气信息学院（马鞍山243002）摘要本文首先分析、研究了滑模控制的原理以及传统的开关控制特性，并结合BUCK变换器的特点，提出了新的控制方式－－滞环函数的开关量控制和改变占空比控制相结合的复合控制方式；系统采用输出电压闭环控制，有效改善了系统的抖震和噪音问题，并获得了良好的动静态性能；实验表明，本文提出的控制方式切实有效、可行。
关键词滑模; 滞环; 占空比Research on sliding mode control strategy based onDSP for BUCK converterWang wenjuan, Zheng shicheng, Ge lusheng,School of electrical and information of Anhui university of technology (Ma’anshan 243002) Abstract:This paper analyzes the principle of sliding mode control and the characteristic of conventional switch control. Considering the BUCK converter, the novel control method is presented, which refers to the compound control method. It combines the switch control of h ysteresis loop function with the varying duty-cycle control. The closed loop control of output voltage is applied in the system to improve the doushen and noise problem, the better dynamic and static performance is obtained simultaneously. The novel control method presented in this paper is proved effective and feasible by experiments. Keywords: Sliding mode; Hysteresis loop; Duty-cycle1.引言目前，滑模控制凭借其鲁棒性强的优点已广泛应用于各种电力电子变换器中，而在BUCK变换器控制中，滑模控制也是屡见不鲜。
基于可调整电阻Crowbar电路的双馈风电机组低电压穿越方法
形成暂态电压和电流。由式(1 "—式(3 )得到转子 暂态电压方程：
2； = 2(+R(；+&L(6；
(4)
转子侧的暂态开路电压方程为
L
.
1
2( =)*［5 3S%-(1-)( 21-22)a-，］ (5)
解转子电压方程得电网发生故障后的DFIG转
子电流61时域方程［10］为
厂 _ 丄［a-R #2( t) dt -R Rh
&厶
s
(3)
其中,'表示定子时间常数;+表示转差率；21、2
调节电阻转子侧变流器直流侧
Crowbar电路
RSC
电容器
图2转子侧等效电路
Fig. 2 Rotor equivalent circuit
2电网故障下 C owba 投入前后的
转子电流
2. 1 Crowbar 投入前
当电网发生故障时,DFIG电机进入暂态过程,
基于可调整电阻 Crowbar 电路的双馈风电机组 低电压穿越方法
高昕，孙圣凯
（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001）
摘 要：针对传统固定阻值Crowbar保护电路很难共同抑制转子电流和直流母线电压的升高这一缺陷
提出了一种基于可调整Crowbar电阻阻值的双馈风力发电机组低电压穿越方案，建立了可调整阻值的控制
crowbar工作原理
crowbar工作原理简介：crowbar是一种电子设备保护电路，用于保护电路免受过压的伤害。
它通过将过压瞬间转化为电流来保护电路中的其他元件。
本文将详细介绍crowbar的工作原理及其在电路保护中的应用。
一、工作原理：crowbar电路主要由一个可控硅（SCR）和一个电阻组成。
当电路中的电压超过设定的阈值时，SCR被触发，将电路短路，从而保护其他电子元件。
具体的工作原理如下：1. 初始状态：在正常情况下，电路中的电压低于设定的阈值，SCR处于非触发状态。
电流从电源经过电阻流向负载。
2. 过压保护：当电路中的电压超过设定的阈值时，SCR将开始导通。
此时，电流流向SCR，形成一个短路路径，将过压瞬间转化为电流。
这样可以防止过压伤害电路中的其他元件。
3. 保护持续时间：一旦SCR被触发，它将保持导通状态，直到电路中的电流降低到一个较低的水平，或者直到电源电压断开。
在此期间，电路中的电压将被限制在设定的阈值以下，保护其他电子元件。
4. 自恢复：一旦过压事件结束，电源电压降低到正常水平，SCR将恢复到非触发状态。
电路将恢复正常工作，不会对其他元件造成伤害。
二、应用领域：crowbar电路在各种电子设备中广泛应用于保护电路免受过压伤害。
以下是一些常见的应用领域：1. 电源保护：crowbar电路可用于保护电源电路中的其他电子元件，例如电容器、稳压器等。
在电源电压超过设定阈值时，crowbar电路将保护这些元件免受过压的伤害。
2. 通信设备：crowbar电路可用于保护通信设备中的电路，例如调制解调器、路由器等。
当电压超过设定阈值时，crowbar电路将保护这些设备免受过压的伤害。
3. 工业控制系统：crowbar电路在工业控制系统中也得到广泛应用。
它可以保护PLC（可编程逻辑控制器）、传感器和执行器等关键元件免受过压的伤害。
4. 电动车辆：crowbar电路在电动车辆的电力系统中起着重要作用。
它可以保护电动车辆中的电池、机电和控制电路等元件免受过压的伤害。
Crowbar电路分析
Crowbar 电路分析Crowbar 电路是一种过电压保护电路。
这种电路的设计思想是当电源电压超过预定值时将电源短路掉，通过短路将电源电压硬生生的拉下了。
这时电源通路上的保险丝等过电流保护设备起作用切断电源以防止损坏电源。
从这种机制可以看出这个电路要求电源能够承受短时间的短路状态而不损坏，否则虽然保护了后端设备但却牺牲了电源设备。
Crowbar 中文含义是撬棍，我刚看到这个词时首先联想到的是杠杆，以为这个电路用到了某种杠杆原理。
不过后来发现这个电路的名字与杠杆一点关系都没有。
所谓Crowbar 电路，其实意思是就好像将一个撬棍（或其他的粗的导电的棍子）扔到电源导线上将其短路掉。
这个名字起得挺没文化的！Crowbar 电路中通常会用到晶闸管一类的元器件。
这种元器件通常情况下是不导通的，但是可以通过在控制端上的电压或电流信号使其导通。
当晶闸管导通时其导通压降大约在1-2V；Crowbar 电路一般不会用三极管或场效应管来短路电源，因为当电源被短路后就无法提供维持三极管导通所需的基极电流。
而可控硅一旦导通后就不需要控制信号了。
一、基本 crowbar 电路下图给出的是一个典型的Crowbar 电路。
当电源电压超过稳压二极管的稳压值后D1导通。
当电源电压超过稳压二极管的稳压值加上可控硅的开启电压时，可控硅开启，将电源电压拉低到1-2V。
直到流过可控硅的电流减小到接近0时可控硅才会关闭。
电路中的电容用来确保不会被干扰误启动。
如果电源输出电流的能力是无限的，很快crowbar 电路就会被烧毁，因此电源输出电流必须被限制，最简单的方法就是安装保险丝或者电源本身就是限流型的。
这个电路的一个缺点是开启电压很难精确的控制，毕竟稳压二极管的稳压电压只有固定的几种，并且稳压二极管的离散型比较大(2-5 %)，还受温度影响。
可控硅的开启电压离散性也蛮大的。
因此，当电源电压比较低时我们需要改进上面的电路使其控制电压更精确一些。
crowbar工作原理
crowbar工作原理
Crowbar是一种电路保护装置，它的主要作用是在电路过载或短路时，通过快速放电来保护电路。
Crowbar的工作原理是基于一个简单的电路，它由一个二极管、一个电阻和一个晶闸管组成。
当电路过载或短
路时，晶闸管会被触发，从而使电路中的电流得以快速放电，以保护
电路。
Crowbar的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 当电路中的电压超过设定值时，二极管开始导通，将电流引入晶闸
管的控制端。
2. 晶闸管的控制端接收到电流后，开始导通，将电路中的电流引入晶
闸管的主电路。
3. 当晶闸管导通时，电路中的电流会被快速放电，以保护电路。
4. 一旦电路中的电流被放电，晶闸管就会自动关闭，以便电路可以重
新启动。
Crowbar的工作原理非常简单，但它在电路保护方面具有非常重要的
作用。
它可以保护电路免受过载和短路的损害，从而延长电路的寿命。
此外，Crowbar还可以防止电路中的电压过高，从而保护电路中的其
他元件。
在实际应用中，Crowbar通常被用于高电压和高电流的电路中，例如
电源和电机控制电路。
它可以保护这些电路免受过载和短路的损害，
从而确保它们的正常运行。
总之，Crowbar是一种非常重要的电路保护装置，它的工作原理非常
简单，但它在电路保护方面具有非常重要的作用。
它可以保护电路免
受过载和短路的损害，从而延长电路的寿命。
如果您需要在电路中使
用Crowbar，请确保正确地安装和配置它，以确保它能够正常工作。
crowbar工作原理
crowbar工作原理Crowbar是一种常用的电子保护电路，用于保护电路免受过电压的伤害。
它的工作原理是在电路中引入一个可控的短路路径，以便在电压超过预设阈值时将过电压短路到地。
工作原理如下：1. 基本构成：Crowbar电路通常由一个电阻、一个可控开关（通常是晶闸管或者二极管）和一个电压感应器（通常是电压比较器）组成。
2. 正常工作状态：在正常工作状态下，电阻和可控开关处于断开状态，电路中的电压正常通过。
3. 过电压检测：当电路中的电压超过设定的阈值时，电压感应器会检测到这一变化。
4. 触发动作：一旦电压感应器检测到过电压，它会向可控开关发送一个触发信号。
5. 短路保护：可控开关接收到触发信号后，会迅速闭合，将过电压短路到地。
6. 保护动作持续时间：Crowbar电路会向来保持短路状态，直到外部干预将其恢复到正常工作状态为止。
Crowbar电路的优点和应用：1. 简单而可靠：Crowbar电路的设计相对简单，可靠性高，能够有效保护电路免受过电压的伤害。
2. 快速响应：Crowbar电路可以在极短的时间内触发短路保护，保护电路免受过电压的影响。
3. 广泛应用：Crowbar电路广泛应用于各种电子设备中，如电源供应器、电动机控制器、电子变压器等。
4. 保护效果：Crowbar电路能够有效地保护电路中的敏感元件，如集成电路、电容器等，免受过电压的伤害。
5. 自动恢复：一旦过电压事件发生并被保护，Crowbar电路会自动恢复到正常工作状态，不需要人工干预。
需要注意的是，Crowbar电路在设计和应用时需要考虑以下因素：1. 阈值设定：Crowbar电路的阈值需要根据具体应用来设定，以确保在合适的电压范围内触发保护动作。
2. 可控开关选择：根据电路的需求，选择适合的可控开关，如晶闸管或者二极管。
3. 短路电流：在选择可控开关时，需要考虑短路电流的大小，以确保可控开关能够承受并迅速响应。
4. 短路保护时间：Crowbar电路的短路保护时间应根据被保护电路的要求来设定，以避免过长或者过短的保护时间。
crowbar工作原理
crowbar工作原理标题：Crowbar工作原理引言概述：Crowbar是一种常用的电子保护装置，用于保护电路免受过电压的损害。
它通过将电路短路来保护电子设备，从而保证电路的安全运行。
本文将详细介绍Crowbar的工作原理，包括其基本原理、工作过程以及应用场景。
一、基本原理：1.1 过电压保护：Crowbar的主要功能是在电路电压超过设定阈值时迅速短路，以保护电路不受过电压的损害。
它通过监测电路电压，并与预设的阈值比较，一旦超过阈值，就会触发短路保护。
1.2 短路保护：当Crowbar检测到电路电压超过阈值时，它会通过控制开关迅速将电路短路，从而降低电路电压并保护电子设备。
短路保护的过程通常非常迅速，以确保电路不会受到过电压的影响。
1.3 自动恢复：一旦Crowbar触发短路保护，它会持续短路电路，直到电路电压降低到安全范围内。
一旦电路电压恢复正常，Crowbar会自动解除短路状态，使电路恢复正常工作。
二、工作过程：2.1 电压监测：Crowbar会通过电压传感器或电压比较器来监测电路电压。
这些传感器通常会将电路电压转换为与阈值进行比较的电信号。
2.2 阈值比较：Crowbar会将监测到的电信号与预设的阈值进行比较。
一旦电信号超过阈值，Crowbar就会进入短路保护状态。
2.3 短路保护：当Crowbar触发短路保护时，它会通过控制开关将电路短路，从而降低电路电压。
这通常通过导通一个高功率开关器件（例如晶闸管）来实现。
三、应用场景：3.1 电源保护：Crowbar常用于电源电路中，以保护电子设备免受过电压的损害。
它可以快速短路电路，防止过电压对设备造成损坏。
3.2 电机保护：在电机控制系统中，Crowbar可以用于保护电机免受过电压的影响。
当电机电压异常时，Crowbar会立即短路电路，保护电机和相关设备。
3.3 通信设备保护：Crowbar也广泛应用于通信设备中，以保护电路和通信模块免受过电压的损害。
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基于晶闸管的PSM模块CROWBAR控制研究周君, 陈滋健等摘要：本文根据EAST装置中NBI加速极高压电源特点，设计了基于晶闸管的PSM模块CROWBAR控制方法，在系统打火等严重故障情况下及时撤除高压以保护系统设备和人员安全。
和传统引燃管CROWBAR保护相比，NBI加速极电源系统在每个PSM模块上并联晶闸管作为快速旁路开关，在CROWBAR动作后通过串联快速直流熔断器迅速切断电网和负载的连接。
测试实验表明CROWBAR运行可靠稳定，具备抗干扰和快速动作能力，能够满足EAST对NBI系统的运行要求。
关键词：晶闸管；PSM模块；CROWBAR保护The Research on CROWBAR Control of PSM based on ThyristorZHOU-jun,CHEN-zijian,QIAN-lixiu,JIANG-lei(ECU Electronics CO.LTD.of CETC 38,hefei 230088,China) Abstract:Discussions focus on the design considerations of CROWBAR,which make sure safe operation of NBI system and personnel by removing high voltage when serious faults happen such as arc inside the NBI pared with the CROWBAR protection of being composed of traditional high power ignitrons,NBI accelerator supply adopt parallel thyristor structure with each PSM modular act as rapid bypass switch,by means of series connection of fast fuse to cut the link between grid and load after the CROWBAR is triggered.The test experiment show that CROWBAR system can not only meet the standard of safe steady operation,with anti-jamming and rapid triggle capacity,but also be able to meet the requirement of EAST,an advanced full super-conducted TOKAMAK device.Key words: thyristor; PSM Modular; CROWBAR protection1 引言大型全超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak:EAST)是国家“九五”重大科学工程之一,中性束注入NBI (Neutral Beam Injectors:)是托卡马克装置中电流驱动和芯部辅助加热的重要手段.为了满足实验要求,NBI电源系统由一组大功率直流脉冲电源组成,而加速极高压电源是整个供电系统中最关键的部分[1] [2] [4] .EAST实验需要将等离子体的离子温度达到8KeV，这就要求NBI系统的功率达到6-8MW,NBI加速极高压电源输出电压达到100kV，输出额定电流100A。
为实现该目标，采用PSM(Pulse Step Modulator)技术，由100个PSM电源模块串联得到100kV高压。
NBI在束源打火时，高压电源封锁输出，如故障保护系统监测到高压未切断（拒动）时间>4us，须启动CROWBAR，确保高压电源的能量输入NBI系统时间<15us的极限[1]。
CROWBAR保护是NBI系统的“生命线”，一旦保护失败，就将损坏价值昂贵的设备，甚至危及到托卡马克的安全运行[3]，故CROWBAR 保护动作的可靠性是整个装置的最关键的设计之一。
鉴于NBI加速极高压电源系统具有高压大功率和快速关断的要求，结合PSM模块串联方案，本文提出每一个PSM模块均设置由晶闸管、快速直流熔断器和控制驱动电路组成的 CROWBAR保护系统。
该方法具有分布式、低成本、高可靠的特点。
2 系统方案基于晶闸管的PSM模块CROWBAR系统方案详述如下。
2.1电路原理如图1.1所示，在PSM模块中，IGBT为主开关，用以快速开通和关断模块电压。
其前级设有快速熔断器Fuse和晶闸管SCR组成CROWBAR后备保护电路。
在负载（NBI 加速极）打火时，控制电路发出信号快速关断IGBT。
若IGBT拒动，则动作CROWBAR：首先快速触发导通SCR，将短路电流切换至必须采用强触发加速晶闸管开通速度。
由式（2）可知检测到IGBT拒动时输出电流已上升至额定电流的1.72倍，CROWBAR 必须在10 us内动作，才能使负载短路电流限制在额定电流的3倍。
晶闸管是一种电流控制型的双极型半导体器件，门极驱动单元类似于一个电流源，门极触发脉冲特性对晶闸管的开通速度有非常显著的影响。
高的门极触发电流可以明显降低器件的开通时间。
若触发脉冲幅值接近于器件Igt时，器件虽可开通，但开通图1.2 t∝1/ I2的关系曲线3 控制方法NBI加速极高压电源打火时，在一般情况下，IGBT可以在6微秒以内关断，但是一旦IGBT没有关断（拒动），必须在数微秒内导通SCR。
电流控制的总体思路如下：从电流互感器取出信号Im，然后进行放大调理，通过逻辑判断，最终通过驱动电路驱动相应的电力电子器件。
3.1控制要求PSM电源模块CROW AR保护的控制逻辑如下：①过流保护：当负载回路的电流超过设置的阀值(120A)，立即关断IGBT，延迟数百微秒后自动复位。
如果出现连续的保护与开启过程N次（可以设定N的值），则认为电源输出有严重的短路故障，电源输出被立即封锁，分断真空接触器CKJ。
只有重新上电后才能开启IGBT。
②拒动保护动作CROWBAR：不论是自动复位的过流保护还是封锁式过流保护，只要IGBT关断信号发出6us后，仍检测负载回路存在电流，即认为IGBT拒动，这是动作CROWBAR.的充分条件之一。
③即动保护动作CROWBAR：当负载回路的电流超过即动过流保护点(180A)，立即触发SCR，这是动作CROWBAR.的另一个条件。
总之，PSM电源模块以快速关断IGBT 作为首选过流保护方法，同时通过拒动保护检测和即动保护检测捕获CROWBAR动作的条件，在CROWBAR动作时，分断真空接触器CKJ。
在设计晶闸管CROWBAR控制系统时，必须重视电路的抗干扰性能。
大多数干扰表现为瞬时尖峰信号的形式，即所谓“毛刺”，当其幅值和能量达到一定程度时，就极易导致晶闸管误导通，使系统不能正常运行。
在现场环境比较恶劣的情况下，系统的抗干扰能力尤为重要。
控制系统内部干扰主要由共用的电源和地引起，主要表现为一路脉冲的尖峰干扰信号在对应于其他几路脉冲的时刻出现。
解决的措施为：①将控制电源和脉冲电源分开，并将各路脉冲电源分开，以减少或消除脉冲间的相互干扰。
②遵循“一点接地”原则，接地电阻应尽量小:地线应尽量短而粗。
这样，才能在强触发情况下，脉冲触发电流较大时使地线上两点间的电位差尽量小，减少或消除“毛刺”。
为了抑制外部干扰源对控制系统影响，必须采取的措施：①尽量提高晶闸管触发的门限值；②脉冲信号采用绞距小于1cm的双绞线或屏蔽线；③控制与驱动设置屏蔽盒；④触发电平未工作时为负电位, 这样就增加了噪声容限，提高了晶闸管触发的可靠性；⑤上电过程中封锁所有的控制信号,以避免电网的浪涌对控制信号的干扰。
通过采取上述抗干扰措施, 将脉冲的干扰毛刺抑制到很小的程度,保证了晶闸管的正常工作。
3.2 控制电路实现针对以上论述的控制要求，对具体的电路设计分述如下。
①过流保护。
采用高速比较器LM311进行过流检测并关断IGBT，经过复位时间T R后，重新开启IGBT，此时若输出仍短路，则经过电感电流i L线性上升至过流阀值I T 的时间T L后再次关断IGBT，如此循环，循环周期：T＝T R + T L (3)其中，T R和T L分别为：T R=0.7R R C R (4)T L=LI T/V O (5)连续保护通过计数电路(图1.3)实现，脉冲间隙时间T G为：T G=0.7R G C G >T (6) 若输出持续短路，由于T G >T，计数值不停累加。
当计数值N等于设定值，与非门打开，发出信号关断CKJ。
计数器采用加权编码的方式，计数的范围为0～256,具体计数的个数可以由拨动开关实现。
图1.3计数电路原理图②拒动保护与即动保护检测。
拒动保护信号来自于两个信号的与，它们分别是关断发出6微秒和输出电流大于80A。
当两个条件同时满足时，与门输出为高电平，动作CROWBAR。
若负载回路的电流超过180A即动过流保护点，快速比较器发出控制信号OC,由RS触发器对予以封锁，动作CROWBAR,必须重新上电后封锁才能解除。
③晶闸管的触发电路:根据晶闸管的参数分析，触发电路采取强触发方式，电路原理图如图1.4所示。
采取高速光隔代替传统的脉冲变压器。
4 实验结果由于在正常的情况下晶闸管是不会被触发的，为了验证其工作的性能，进行如下的实验：①将拒动时间6us更改为3us,测试的波形如图1.5所示。
图1.5 CH1 电流传感器的输出波形60A/格CH2 SCR端电压波形②将即动过流保护点180A更改为120A,测试的波形如图1.6所示.[参考文献][1] HuLQ ，Wan BN，Hu CD，et a1．Neutral beam diagnostics for the HT-7 tokamak[J]．Review of Scientific Instruments． 2004，75(10)：3496-3498．[2]J. Alex, W. Schminke .A High Voltage Power Supply for Negative Ion NBI based on PSM Technology.Fusion Engineering, 1997. 17th IEEE/NPSS Symposium Volume 2, Issue,6-10 Oct 1997:1063 - 1066．[3]丁同海. 刘保华. DNB高压电源CROWBAR系统研究,高电压技术. 2007，10（33）：133-136[4] Wolfgang Forster and Jiirgen Alex Systems.High-voltage, High power PSM For The Accurate Supply of GYKOTRON. Power Modulator Symposium, 2002 and 2002 High-Voltage Workshop.Conference Record of the Twenty-Fifth International Volume , Issue , 30 June-3 July 2002:126 – 129.。