谈晶闸管投切电容器TSC的触发电路
晶闸管投切电容器(TSC)技术触发器的技术参数和标准
晶闸管投切电容器触发器的技术参数和标准关键词:晶闸管投切电容器触发器 TSC 电容器谐波对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。
随着TSC补偿装置结构形式、电压等级、晶闸管结构、选取同步触发的信号等的不同，触发器也有所不同。
好的TSC触发器保证了TSC装置可靠运行，欠缺的TSC触发器，使得整套TSC装置工作不正常。
下面谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器需要注意的技术性能参数要求、标准。
1.专业术语定义：1.1 电网同步电压信号：触发器的同步电压信号取自电网电压。
1.2 晶闸管过零同步信号：触发器的同步电压信号取自晶闸管的阴极、阳极。
1.3 晶闸管触发电流变化率：指的是晶闸管触发电流的陡度，1us上升的触发电流mA数值。
一般>40mA/us。
1.4 触发脉冲宽度（us）：触发电流上升到10％和下降到10％的时间，单位us.一般>50us。
1.5 晶闸管触发电流强度（mA）:一般为晶闸管触发电流的5～7倍，>500mA。
1.6 脉冲列触发：TSC的晶闸管触发电流不是单脉冲或双脉冲，而是一串脉冲，脉冲串的宽度可以是120 、180 、甚至是360 。
1.7 擎住电流：门极触发电流的平台。
要求有一个“肩膀”；“肩膀”越高，即“擎住电流”峰值越大，晶闸管就越能保证导通；“肩膀”越宽，即“擎住电流”有效值越大，晶闸管就越能保证导通。
1.8 触发器的绝缘水平：指触发器能够耐住的电压水平，指的是触发器的输出端电网侧的高电位和触发器的输入低电位之间可承受的电压水平。
1.9 TSC触发器动作时间（ms）：指的是TSC从停止到再触发的时间，快速的触发器为20ms。
不是TSC得到命令到动作的时间。
1.10 TSC 触发器的谐波电流特性：主回路有大量谐波电流时，触发器仍然可以使得晶闸管正常工作。
晶闸管投、切并联电容器TSC的综述
3.2 3串联电抗器抑制谐波放大的原理
为了抑制谐波电流放大，通常在每相电容器电 路中串联一个适当大小的空心电抗器。这样，就 会使整个补偿电容器支路对谐波源基波仍呈电容 性质，保持其无功功率补偿作用不变，不影响系 统(或负载)正常工作。而对高次谐波补偿支路则 呈感性，避免了与系统(或负载)的电流谐振，消 除或减小了由补偿电容所引起的谐波电流放大现 象。
衷心感谢陈老师和师兄师姐的无私帮助！
2.2.1 电压、电流有效值的测量
根据电压、电流有效值的定义式：
因此得到由一周期内的采样值计算电压、电流有效值 的公式为：
式中N为每周期T的采样点数，且N=I+T／AT，AT为 采样时间间隔，电压单位为伏(V)，电流单位为安(A)。
2.2.2 无功功率的控制
无功功率作为控制物理量控制电容器的投切， 是近年才出现的一种控制方式，它是根据所测得 的电压、电流、功率因数等参数，计算出应该投 入的电容容量，在电容器组合方式中选出一种最 接近但又不会过补偿的组合方式，电容器投切一 次到位。如果计算值小于最小一组电容器的容量 (下限值)，则应保持补偿状态不变。只有当所需 容量大于或等于下限值时，才执行相应的投切。
2.1 主电路和装置框架
TSC无功补偿装置主电路通常由若干组电容器 组成，电容器组的常用的主接线方案如下图(以晶 闸管反并联方式的晶闸管阀为例)
图中的(a)—(c)方案为三角型接线，(d)和(e)方案 为星型接线。在复合开关的基础上，根据方案（b） 设计的无功补偿装置主接线图如下图
该装置主要特点是利用两对晶闸管阀可以实现 三组电容器组的投切，下面以C1电容器组投切为 例进行说明。当进行C1电容器组投切时首先合上 开关K4、K5，然后在适当的时机触发两对晶闸管 阀，接着合上开关K1，再使两晶闸管阀依次关断， 最后断开开关K4、K5，这样就完成了一次电容组 的投切。(这里的开关指的是交流接触器)
tsc无功补偿装置的设计--电气设计
TSC无功补偿装置的设计摘要：晶闸管投切电容器（TSC）是静止无功补偿技术的发展方向。
根据笔者设计的一种TSC无功补偿装置，分析了TSC装置常用的主电路的特点，介绍了电容器投切判据与信号检测、零电压投入以及晶闸管触发电路等关键问题的解决方案。
关键字：无功补偿晶闸管TSC零电压触发DESIGN ON A TSC REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICE Abstract:Thyristor switchedcapactor（TSC）is a new direction of the staticvar compensator（SVC）technology.Basing on a designproject for TSC reactive power compensation device, the characteristics of itsvarious main circuits are analysed.Some key problems on developing TSC deviceare introduced,i.e.the criterion of switched capactor,the data detectionmethod,zero-voltage switching-on,and the triggering circuit for thyristors.key words:reactive power compensation；thyristor；thyristor switched capactor；zero-voltage triggering 1引言静止无功补偿装置（SVC）是配电网中控制无功功率的装置，它根据无功功率的需求，对无功器件（电容器和电抗器）进行投切或调节。
传统的无功补偿装置采用机械开关（接触器或断路器）投切电容器，开关触头易受电弧作用而损坏。
晶闸管的触发电路原理
晶闸管的触发电路原理
晶闸管（thyristor）是一种半导体器件，具有双向导电性能，在电力电子中常用作开关装置。
为了控制晶闸管的导通，需要使用一个触发电路。
触发电路的主要原理是根据输入信号的变化来控制晶闸管的导通。
一种常见的触发电路是基于脉冲变压器的设计。
该电路主要由一个变压器、一个电容器和一个电阻器组成。
当输入信号为正半周时，变压器将电压放大到足够高的水平，这使得电容器能够充电。
当电容器充电达到足够的电压时，晶闸管将被触发并导通。
当输入信号为负半周时，晶闸管将被阻断并停止导通。
另一种常见的触发电路是基于光耦合器的设计。
该电路使用光耦合器将输入信号隔离，使得输入信号可以与晶闸管的控制电源完全独立。
当输入信号为正半周时，光耦合器将导通并激活晶闸管。
当输入信号为负半周时，光耦合器将阻断并切断晶闸管的控制电源。
除了上述两种触发电路，还有其他一些设计，如电流触发电路和电压触发电路。
不同的触发电路适用于不同的应用场景，可以根据需求选择合适的触发电路。
TSC无功补偿控制系统的设计
2010年4月刊软件开发与设计信息与电脑China Computer&Communication1. 引言在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。
对于较普遍的阻感性负载，电阻消耗有功功率，而电感则在一周期的一部分时间把从电网吸收的能量存储起来，另一部分时间再把储存的能量向电源和负载释放，其本身并不消耗能量[1]。
电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的，负荷也以阻感性负荷为主，因而补偿以并联电容器为主要手段，通常将电容器分为若干组投切。
固定并联电容器补偿方式的优点在于不产生谐波、运行维护简单、可靠性高，但无法解决过补偿和欠补偿的问题。
自动投切电容器装置根据控制开关的不同，可分为断路器、接触器投切电容器装置和晶闸管投切电容器装置。
断路器、接触器投切电容器装置的结构简单、控制方便、性能稳定等优点，但其响应速度慢、不能频繁投切，主要应用于性能要求不高的场合。
晶闸管是无触点开关，其使用寿命可以很长，而且晶闸管的投入时刻可以精确控制，能做到快速无冲击的将补偿电容器接入电网，大大降低了对电网的冲击，保护了电容器，可以频繁投切[2]。
2. TSC装置基本原理TSC 的基本原理如图1所示，其中的两个晶闸管只是起将电容器并入电网或从电网断开的作用，而串联的小电感只是用来抑制电容器投入电网时可能造成的冲击电流。
当电容器投入时，TSC 的电压—电流特性曲线就是该电容器的伏安特性，一般将电容器分成几组，可根据电网无功需求量来投切这些电容器，其电压—电流特性曲线按照投入电容器组数的不同而变化。
当TSC 用于三相电路时，可以三角形联结，也可以星形联结，每一相都可以设计成分组投切。
电容器分组的具体方案比较灵活，一般希望能组合产生的电容值级数越多越好，但综合考虑系统复杂性以及经济性问题，可以采用二进制的方案，即采用k-1个电容值均位C 的电容，和一个电容值为C/2的电容，这样的分组法可使组合成的电容值有2k 级。
TSC 只有两个工作状态，即投入、断开状态。
谈晶闸管投切电容器(TSC)的触发器的技术参数和标准
谈晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术参数和标准2011-01-18 01:38:41| 分类：触发电路|字号订阅［摘要］本文试图从负载要求、补偿装置结构、电压等级、晶闸管结构等不同的角度，阐述晶闸管投切电容器（TSC）的触发器的技术性能参数要求、标准，以推动TSC触发器技术的进步。
[关键词]晶闸管投切电容器（TSC）；触发器；The technical requirements and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor（TSC）, Jianning Yang(Beijing XINRONGZONGHENG Science & Technology Development Co., LtdADD：Room 401， Unit.3， Building No.6， SHANSHUIWENYUAN 3th Residential Quarter ，East HONGYAN Road, Chaoyang District, Beijing 100122, China)Abstract： The authors of this article have tried to observe the technical performance, parameters, requirements, and standards of the trigger in a Thyristor Switched Capacitor (TSC), from various viewpoints of the load requirements, thestructure of compensation devices, the voltage levels, and the thyristor structure, in order to advance the technology of the trigger in a TSC.Keywords：TSC（Thyristor Switched Capacitor）, Trigger对于晶闸管投切电容器（TSC）来说，晶闸管的负载是容性的电容器，不是感性的电抗器和电机，不是阻性的电阻器，对于TSC的触发器就不同于电机、电抗器、电阻器的触发器，有特殊的要求。
晶闸管投切电容器(TSC)
优点
缺点
1.控制简单 2.在负荷周期性较强的场
合比较适用
1.不能提供连续无功功率 2.不具备滤波能力 3.不具备治理闪变及抑制
电压波动的能力 4.存在使系统谐振的风险 5.在有软启动设备的现场
使用受限
晶闸管投切电容器(TSC)原理
并补电容器(单相)
晶闸管投切电容器(单相)
TSC补偿原理和并联电容器补偿的原理是一样 的，只是把电容器分成多组，根据负荷的实际大 小确定投入补偿电容器组的数量
晶闸管投切电容器(TSC)补偿效果图Βιβλιοθήκη 补 偿 容 量电容器投入组数
TSC的补偿曲线图
晶闸管投切电容器(TSC)优缺点
tsc无功补偿装置的设计--电气设计
TSC无功补偿装置的设计摘要：晶闸管投切电容器（TSC）是静止无功补偿技术的发展方向。
根据笔者设计的一种TSC无功补偿装置，分析了TSC装置常用的主电路的特点，介绍了电容器投切判据与信号检测、零电压投入以及晶闸管触发电路等关键问题的解决方案。
关键字：无功补偿晶闸管 TSC 零电压触发DESIGN ON A TSC REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICE Abstract:Thyristor switchedcapactor（TSC）is a new direction of the staticvar compensator（SVC）technology.Basing on a designproject for TSC reactive power compensation device, the characteristics of itsvarious main circuits are analysed.Some key problems on developing TSC deviceare introduced, i.e. the criterion of switched capactor,the data detectionmethod, zero-voltage switching-on,and the triggering circuit for thyristors.key words: reactive power compensation；thyristor；thyristor switched capactor；zero-voltage triggering1 引言静止无功补偿装置（SVC）是配电网中控制无功功率的装置，它根据无功功率的需求，对无功器件（电容器和电抗器）进行投切或调节。
传统的无功补偿装置采用机械开关（接触器或断路器）投切电容器，开关触头易受电弧作用而损坏。
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谈晶闸管投切电容器TSC的触发电路摘要：该文介绍了晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求，分析了两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题，指出了一种新型的从主回路晶闸管获取晶闸管电压过零信号的电路框图，以该电路支撑产生一系列触发电路，取得了优秀的触发效果。
关键词： 晶闸管投切电容器TSC, 触发电路[ Abstract ] This article introduces theprinciple of the thyristor switched capacitor and the requirementfor a fast zero trigger. We analyzed two types oftrigger circuits for thyristor, presenting their characteristics aswell as the problems that exist. We plotted an circuit framediagram for a newly designed mechanism of acquiring the zerothyristor voltage signal from the thyristor in the main closedcircuit. Based on this circuit, a series of trigger circuits weregenerated and excellent trigger effects were achieved.Keyword: Thyristor Switched Capacitor (TSC),trigger circuit前言：在快速无功补偿和谐波滤波装置中，要用晶闸管作为执行元件投切电容器，做为TSC电路，前文分析了三种TSC的主电路。
执行元件晶闸管根据应用场合的不同，有饼式的、模块的和双向可控硅的不同结构型式。
针对不同的主回路和不同的晶闸管型式,触发电路也不同。
TSC要求在晶闸管电压过零点触发，确定晶闸管电压过零点的方法有两种，一种是从电网电压取得同步信号，一种是从晶闸管的阳极和阴极取得过零信号。
本文分析现存的各种触发电路的特点，由此推出一种新型的从主回路晶闸管上获取晶闸管电压过零信号的电路，以该电路支撑产生一系列触发电路，取得了优秀的触发效果。
首先：1. 介绍晶闸管投切电容器的原理和快速过零触发要求晶闸管投切电容器组的关键技术是必须做到电流无冲击。
晶闸管投切电容器组的机理如图一所示，当电路的谐振次数n为2、3时，其值很大。
式(2)的第三项给出当触发角偏离最佳点时的振荡电流的幅值;式(2)中的第二项给出当偏离最佳予充电值时振荡电流的幅值。
若使电容器电流ic=C*du/dt=0，则du/dt=0，即晶闸管必须在电源电压的正或负峰值触发导通投切电容器组，电容器预充电到峰值电压。
触发电路的功能是：电流无冲击触发;快速投切，20ms的动作。
这个20ms不是得到投切命令到产生动作的时间，而是从停止到再投入动作的时间为20ms。
快速反应时，在平衡补偿电路，不能出现不平衡动作，即有的相有电流，有的没有。
1. 两类晶闸管的触发电路的特点和存在的问题从同步信号的采集上，有两类晶闸管触发电路。
一类为从电网电压取得同步信号，一类为从晶闸管两端取得同步信号。
从电网电压取得同步信号的电路框图如图二：电路中包括同步变压器、同步信号处理电路和功率驱动电路、脉冲变压器隔离电路等。
当得到触发命令后，在投切点产生触发脉冲列，经过脉冲变压器的隔离,推动晶闸管。
同步信号处理电路有滤波处理功能，可以是CMOS等的电子电路组成，也可以是单片机、GAL电路等。
电路中包括相序错判断功能。
从电网电压取得同步信号的优点为在主回路没有送电时，给触发命令，可以测量晶闸管的触发脉冲幅度和相位，在主回路得电后，给触发命令，可以放心, TSC为正确的投入工作。
对于TSC电路中的两只晶闸管+一只二极管的“2+1”电路、两只晶闸管+两只二极管的“2+2”电路、三只晶闸管+三只二极管的“3+3”电路,电容器有二极管预充电, 电容器上一直存在直流电压,晶闸管的交直流电压不变,电网电压取得同步信号触发适合。
缺点为电路复杂，对于400V小容量的TSC电路造价高。
如果TSC全部采用晶闸管不用二极管，由于晶闸管两端的电压随着电容器放电电压的减少逐渐小，意味着触发点在变动，上述电路不能跟随变化触发点，所以不适应了。
图二: 电网电压取得同步信号的触发电路从晶闸管两端取得过零信号比较困难,过零触发要求电压高时截止，电压最低时导通触发。
几乎找不出什么元件是这种特性.如稳压管,电压低截止，电压高维持电压不变.不满足要求。
目前，从晶闸管两端取得过零信号的典型触发电路是MOC3083,它的框图如图三：图三：MOC3083电路图MOC3083芯片内部有过零触发判断电路，它是为220V电网电压设计的，芯片的双向可控硅耐压800V，在4、6两端电压低于12V时如果有输入触发电流，内部的双向可控硅就导通。
用在380V电网的TSC电路上要串联几只3083。
在2控3的TSC电路应用如图四：图四 2控3的TSC电路 信息来自:输配电设备网用2对晶闸管开关控制3相电路，电路简单了，控制机理复杂了。
这种触发电路随机给触发命令要出现下面的许多麻烦问题。
快速动作时,有触发命令，一对晶闸管导通另一对晶闸管不通电压反而升高了，限于篇幅和重点,本文不分析为什么电压反而高了,只是从测量的2控3电路中看到了确实存在电压升高的现象和危险,这种现象如同倍压整流电路直流电压升高了一样。
图五测量不正常工作的两对晶闸管的电压波形。
此试验晶闸管存在高压击穿的可能，所以用调压器将电网电压调低。
晶闸管导通时两端电压为零，不导通，晶闸管有电容器的直流电压和电网的交流电压。
测量C相停止时峰峰值电压为540V,其有效值= ,图中C相升高的电压峰值为810V,升高电压约为电网电压有效值的倍数:。
推算，400V电压下工作，晶闸管有可能承受的电压，400V电网的TSC电路多数是采用模块式的晶闸管，模块的耐压不高，常规为1800V，升高的管压降很容易击穿晶闸管元件。
图五不正常的两对晶闸管的电压波形*在晶闸管电压波形过零点，串联的MOC3083由于分压不均匀，使得3083有的导通有的停止。
电网电压升高时，原先导通的依然导通，不同的要承受更高的电压，3083有可能击穿。
* 在初次投切时有一定的冲击。
下面是国外著名产品的首次投切的电流波形。
图六:国外公司产品的第一次触发冲击波形记录C相晶闸管两端电压，A相电流。
电流投切冲击很大，使得电网电压都产生了变形。
*不能用于快速的冲击负载。
最快几百ms,原因是晶闸管在刚刚停止时两端电压不为零，要等待电容器对电阻放电晶闸管两端电压才能衰减为零。
需要快速就要减小电阻,增加电阻功率，结果耗能大，不符合节能的要求。
*合闸瞬间存在MOC3083误导通现象,误导通可能损害晶闸管。
*滤波装置中谐波电流大时，晶闸管工作不正常，存在停止工作的情况。
*电网电压高于400V电路设计困难。
3.新型的晶闸管两端采集过零信号的电路,由此产生一系列触发电路.在主回路中设计过零触发电路实属不易，查阅文献有采用基于霍尔原理工作的LEM模块采集过零信号的，其过零触发的原理框图见图七,晶闸管过零电压检测电路原理图见图八。
本文作者经过努力，依照图七、图八原理框图和电路原理图的思路，摈弃了MOC3083在主回路取过零信号和触发晶闸管的方法，开发一种新型的电路,特点是采集晶闸管的过零信号将它反馈到输入的低压端再做信号逻辑处理来触发晶闸管。
其电路框图如图九。
这样就完全克服了MOC3083的弱点。
图七 TSC过零触发的原理框图图八晶闸管过零电压检测电路原理图图九:过零采集控制逻辑光电驱动电路框图400V电网电压多数采用模块晶闸管，可以采用光电驱动晶闸管如图九。
660V电网电压，电网电压高，需要采用脉冲变压器驱动。
如图十。
图十:过零采集控制逻辑脉冲变压器驱动电路框图中压TSC，根据绝缘要求需要采用脉冲磁环触发。
图十一。
采用新触发电路，应用单片机做逻辑时间控制触发2控3电路。
投切电流相对没有冲击，由于第一次投切电容器没有直流电压，是不理想的状态，必然有一定的冲击，当冲击电流与正常稳定电流之比≤1.7倍时，可以认为不影响晶闸管和电容器的使用。
投切停止后，电容器上有电网峰值电压，晶闸管在电网电压和电容器直流电压的合成下，存在着过零电压，在过零点触发晶闸管是理想状态，应该没有冲击电流。
新触发电路达到了快速20ms动作，两路晶闸管都动作，无电流冲击，晶闸管在停止时的承受电压低，最大为3倍的有效值电压。
用双踪示波器测试波形.一只表笔测量晶闸管两端的电压和另一只测量晶闸管的电流波形，这样，可以看出晶闸管是否在过零点投入，又可以看出投入时的电流冲击。
由于使用两个开关控制三相电路，用双踪示波器分别测量两路的电压电流，就可以完整的观察到触发器运行的效果。
A探头为电压，B探头为电流。
图十二为：连续投切的A相晶闸管电压和C相电流的动作波形。
横轴为时间200ms/格，纵轴电压500V/格，电流20A/格。
可控硅工作时两端的电压零，线路中有电流，停止时可控硅两端有电压，电流为零。
在连续动作中，电流没有冲击。
图十三：又一幅A相晶闸管电压 C相电流。
横坐标50ms/格快速动作图十四：从长期停止态开始工作的A相晶闸管电压 C相电流.第一周波有点冲击。
冲击电流的峰值32A，正常稳定电流峰值为24A，冲击电流/稳定电流=1.33。
晶闸管开关放在三角形内的效果更好，同时可以分相控制补偿不平衡负载。
图十五晶闸管开关放在三角形内的效果图十六晶闸管开关放在三角形内首次动作无冲击4.结论：晶闸管的触发电路是保证触发无冲击快速动作的重要部件。
新型的晶闸管两端采集过零信号的电路，满足快速无冲击投切电容器的要求，在谐波电流严重的状态下依然可以正常动作，适合TSC的不同主回路、不同电压等级和不同的晶闸管形式，效果不错，对应不同需求产生了一系列触发电路。
参考文献：[1]杨建宁“三种晶闸管投切电容器(TSC)主回路的分析”2006年电力电容器学术年会论文集P20～23、29[2] TJE Miller ?/B>《电力系统无功功率控制》 [M]?/B> 胡国根译 ?/B> 北京水利电力出版社?/B>1990[3].杨建宁 “两种新型晶闸管投切电容器组的补偿装置的主电路及触发方式”电力电容器2005，1 P11～13、17[4].《电力系统并联补偿：结构、原理、控制与应用》姜齐荣谢小荣陈建业: 科学出版社 2004.8 P55、56。