[发明专利]一种大型可控硅设备控制模块

说明书

一种大型可控硅设备控制模块，它适用于做可控硅设备的控制系统，特别适应于做已部分实现机电一体化测控的可控硅设备控制器。

随着可控硅技术的发展，直流输送和直流用电设备得到了越来越广泛的应用。但现在的可控硅设备，其控制系统结构复杂，体积庞大，在使用中要求有一定的环境条件，从而在实际应用中受到了限制。以石油开采及地质钻探为例，尽管电动地质钻机具有优越的机械性能，但是石油开采及地质钻探的环境恶劣，在电动钻机中所用直流电机电源的控制部分结构复杂，需要装于相应的控制室中，从而带来了大量的现场安装与维护工作量，使用户望而生畏。同时，强电部分与弱电控制部分装在同一个控制柜中，既不利于强电高压部分的绝缘要求，又会对弱电控制部分的防干扰造成困难。造成控制柜结构复杂，增加其制造成本。因控制柜需放在控制室中，使得强电需进出控制室，对控制室也必须特殊设计建造，以适应于有动力电缆进出的安全要求。

本发明的目的是设计一种简单的通用可控硅控制模块，它把整个控制电路缩简为一个固态组件，为取消可控硅设备的控制柜和便于可控硅器件安装打下基础。

本发明如附图1所示，它有同步取样电路（1），输入光电隔离电路（2），其特征在于：同步取样电路（1）后接有一周期积分电路（3），比较电路（4）和输出光电隔离电路（5），周期积分电路（3）内由R-C电路进行积分，由晶体三极管进行倒向放电。

附图2为本发明的一个实施例电路图。图中，RL为负载电阻，R1为取样电阻，应根据取样回路的电压确定，R2为输入光电隔离器件的输出电阻，其阻值可为3千欧姆左右。R3和C构成了周期积分电路（3）中的阻容积分电路，其积分常数应大于20毫秒，R3的阻值可为10千欧姆，C的容量可为1微法拉。三极管2SC9013为周期积分电路（3）倒向放电管，在取样电压正半周时，三极管2SC9013截止，电阻R3对电容C充电，进行积分。在取样电压负半周时，三极管2SC9013导通，电容C放电。LM358为运算放大器，它把控制信号电压与积分信号进行比较，驱动输出光电隔离电路（5）。电阻R4和R5为输出光电隔离器件的输入电阻和输出电阻，阻值可为300欧姆左右。输入光电隔离器件和输出光电隔离器件可用4N38和MOC3021。

本发明使用同步取样电路（1）把被控电源的交流信号转变为一个方波信号，通过周期积分电路（3）把它变为一个以上升沿为起点的锯齿波，波形关系如附图3所示。把周期积分电路（3）输出的锯齿波输出到比较电路（4）中去，当控制电平低于锯齿波某一点的电平时，比较电路（4）导通，输出导通控制脉冲，通过光电隔离电路（5）后驱动可控硅导通，可控硅的导通角可以通过调节控制电平的高低来改变。本发明采用输入光电隔离电路（2）和输出光电隔离嗲电路（5）进行隔离，使得控制部分可以做成一个独立的固态组件，从而使可控硅的信号“地”浮空。本发明可以用绝缘材料填充。

本发明通过控制线电位高低来控制可控硅的导通角，而且电位高低与导通角成绩和性关系。对控制线电位的控制可以是手动控制（如用电位器控制），也可以通过数模转换用计算机进行控制。可把数模转换电路也做到模块中，并插入标准工业控制介面的插槽里，构成机电一体化的可控硅控制装置。标准工业控制介面通过串行通讯接口与中央控制计算机相连。中央控制计算机在需要改变可控硅导通角时，先通过串行通讯接口给标准工业控制介面发送地址选通信号，选通所需控制模块后，发送导通角参数，经数模转换后再经比较电路等转换成可控硅的触发脉冲。这样可成为机电一体化控制系统的一部分。

由于本发明把可控硅的控制部分单独成一用控制线电平进行控制的标准模块，它与可控硅的连接只是三根连线，而且使用光电隔离可使控制模块的信号“地”浮动，这样就可以把可控硅直接与被控负载连成一体，装于负载的输入端。例如用于做直流电机的可控整流电源时，直接把可控硅装于电机的接线合中或接线合旁，取消了原有的电源控制柜。这给安装和维护带来了极大的方便，改善了使用条件。同时，本发明的控制模块可以做成可插于标准工业控制介面插槽中的适配模块形式，可以很方便地实现机电一体化控制。