基于TSC控制技术的可控硅开关分析

摘要 分析了基于TSC控制技术的可控硅开关的现阶段存在的问题。介绍了晶闸管投切电容式消弧线圈中晶闸管的选型，以避免不同大小的电抗器对整个电路的冲击和存在的电流突变，以保证可控硅开关更快、更好地投切。
关键词 TSC控制；晶闸管；消弧线圈；电抗器

    近年来，基于TSC(Thyristor Switched Cpacitor)的可控硅投切电容式消弧线圈相继推出，取得了一定的效果，但仍存在一些问题，如线路中投切时的谐波问题一直未得到解决。为了能更好地控制谐波的产生以顺利投切电容器，在线路中加入配合电容器的适当电抗器，该方法调谐速度快、调节范围宽、适应能力强、具有线性调节特性，同时无谐波污染、可靠性高且损耗和噪声小。经实验发现，增加电抗器可减小涌流和畸变，并需增加合适大小的电抗器，以保证投切的可行性。

1 TSC式可控硅开关的结构
    TSC式可控硅开关的结构如图1所示，即为可控硅控制的串有小电抗的电容器。由图1可以看出，在可控硅开关控制电容器投切电路上串联了与该电容器匹配的小型电抗器，增加了稳定性。

    所使用的小型电抗器由空心线圈绕制而成，虽然其感抗值只有同组电容器容抗值的百分之几，容量较小，对电容量的影响较弱，但作用较大。在投切电容时可减小冲击和电压及电流突变，增加稳定性。

2 TSC的安全性
    从目前TSC的运行状况看，影响TSC的安全情况主要有：(1)电容器合闸时的过电压。(2)电容器的合闸涌流引起的可控硅电流变化率di／dt过大。(3)可控硅散热问题等。
2．1 可控硅的选择
    电容器的合闸涌流倍数km为
    
    式中，Sd为合闸点短路容量；Qc为电容器容量。
    即选择可控硅时应留有一定的功率裕量，通常选择有效值3～4倍的可控硅控制电阻和电容合理的裕量。但从安全角度考虑，可控硅投切电容器时IEEE建议的裕量值为6～8倍。  
2．2 电抗器的选择
    关于串联电抗器的选择，GB 50227—1995《并列电容器装置设计规范》规定中第5．5．2．2条“用于抑制谐波，当并列电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，宜取4．4％～6％”，当并列电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，宜取12％。
    综上可知电抗器的电抗率k为
    wL=k／wC (2)
    即
    k=w2LC (3)

3 实验分析
    从图2可以看出，消弧线圈二次侧额定电压为220 V。一般情况下，不仅是可控硅，包括所有的高压设备，在选型时都需留有一定的裕度，应至少取峰值的3倍。因此可得出应选晶闸管的额定电压为220××3≈1 000 V。文中在此选择额定电压为1 600 V的可控硅。

 
    在确定了可控硅的型号后，在电路中串联不同大小的电抗，观察消弧线圈投切电容器时整个电路的电压波形。

    经实验比较后发现，当串联电抗器的感抗值占同组电容器的容抗值约6％时电压波形效果较好，感抗过大或过小得到的电压波形效果较差。
    另外，串联电阻可解决投切电容器时电压波形的畸变问题，但在实际应用中电阻存在较大的发热和功率损耗问题，故串联电阻方案不可行。
    由本实验可总结出，空心电感的存在能有效解决问题，因为电感具有抑制电流突变的特点，实验也证实了这一点。