光纤通讯技术在晶闸管触发系统中的应用

吴亮

（山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同037009）

随着科学技术的不断发展，世界上一些西方国家一直在对晶闸管触发系统进行研究和发展，并试图对能源短缺问题从根本上予以解决。作为我国非常重视的研究方向，其中的试验装置早在上世纪就被批准立项。其中高功率电源系统在这种变试验装置中包括一系列具有很高技术含量的组件系统。其中非常重要的子系统就是极向场电源系统，向相互耦合的12组极向场超导线圈供电的就是12组晶闸管变流器，从而对等离子体的平衡、加热以及产生进行实时的控制。本文针对光纤通讯技术在晶闸管触发系统中的应用进行了分析和探讨，希望对大家有所帮助。

1 晶闸管触发系统的现状分析

2 EAST变流器简介

变流器主回路在进行对整流线路进行并联时采用的是三相桥式同逆流方式。其中的原理就是利用两个相同的器件来作为反并联连接，按照一定的规律从结构上将它们组合在一起，从而实现了两组同相反极性的构成，要保证引线最大限度的与配置相靠近，在随便一个时间段其通过的电流都具有各种相反的性质，在两种不同器件的外部使它们所产生的一些磁性相互抵消[2]。从而使其中的许多线路电抗有效的减少，同时还可以使臂间、相间阻抗的对称性增加。

3 触发方案的比较

极向场电源晶闸管具有相当多的数量，其中有数百个晶闸管在运行的过程中发挥作用，在这种情况下，出现的电磁干扰强度非常高。在不断地受到强电磁干扰的条件当中，晶闸管触发系统中的触发脉冲就会因为强干扰的影响，而出现晶闸管误触发或不触发以及脉冲品质变差的现象[1]。晶闸管整流器常常处于高压状态下，电压高达数千伏。作为一种低压弱电系统，触发控制系统要想使自身能够正常安全的运行，必须要对其他的相关的元件采取相应的隔离措施。当前数千伏电压的隔离问题能够以光耦隔离方式和变压器隔离方式而予以解决，然而在进行更高等级电压隔离时就相对来说比较困难了，与此同时，长距离运输过程中触发系统的抗干扰问题也无法得以解决。为了使脉冲传输受干扰问题以及低压电路高压隔离问题得到有效的解决，就采取了晶闸管光纤触发方案[2]。

3.1 直接电触方式

材料变压器隔离也就是所谓的直接电触方式，在其中的相关元件将低电位触发脉冲信号隔离之后，再输送到其他的元件当中。由于这种方式是采用是一种比较落后的传统方式，所以具有十分强大的电磁干扰，与此同时，在设计和制造其中一些高端元件时，在技术方面具有相当大的难度，很难解决干扰和隔离问题。

3.2 直接光触发方式

将触发脉冲信号向需要的信号种类进行转化以后，就会引起其中的光控晶闸管的直接触发。这种情况主要是在光纤中进行所有的过程，所以不会受到其中一些不利因素的影响，与此同时，由于光纤的优良的绝缘特性使得以前很多难以解决的问题得到了有效的解决。然而光控晶闸管在价格上有些使人难以接受，所以直到现在，仍然很难对这种方式予以采用。

3.3 间接光触发方式

首先是光耦隔离触发，经过光耦合器将触发脉冲传送到高位脉冲将电路放大，然而在电压持续升高的时候，就会出现难以胜任的现象。光耦隔离触发在进行脉冲传送时仍然采用全电路的方式，所以无法解决脉冲传输会受到干扰的问题；其次是光纤隔离触发，这种触发方式采用的是光纤通讯技术，也就是通过电光转换器将其中的信号传送到光纤，然后再经过光纤向其他的元件传输并进行放大，知道最后由某高端元件将电信号输出，经过一系列的调整之后，向相应的元件极输送[3]。这种方式使一些旧有的问题得到了有效的解决，与此同时，因为在进行脉冲传输时采用的是光线，所以电磁干扰在传输过程中不会使光受到干扰，这样就使信号受其他因素干扰的机会得到了极大限度的减少。

4 晶闸管光纤触发方案简介

因为光控晶闸管具有很高的成本，所以为了使脉冲传输受干扰问题以及电路高压隔离问题得到解决，同时还为了使成本的问题得到兼顾，就可以利用间接光触发方案中的最后一种方案——光纤触发隔离。

光纤通讯方式就是将光导纤维作为传输媒介，将光波作为载波的一种通讯方式。这种通讯方式具有很多优点：具有很宽的传输频带、较大的传输容量、较低的损耗、重量轻、线径细以及不受电磁干扰等优点[4]。与此同时，光纤制造材料具备的绝缘性也十分高，几乎不受隔离电压等级的限制。

由一组整流器在EAST极向场电源中输出1kV电压以及15kA电流，是采用多晶闸管作为并联结构的，同时还是采取的两组整流桥反并联运行的方式。每个桥臂在每组整流器中都是由3个晶闸管通过并联的方式而构成的，同一路触发脉冲由每6个晶闸管成一组共同接收。由于三相六路触发脉冲是由Alpha板产生的，所以需要按照3×2路的形式对6路脉冲中的每路脉冲进行划分。在电路中将触发脉冲先一分为二，随后在光路中利用光分路器将其一分为三，这种方案具有成本低、光纤发送器最少以及线路简单的特点。

由于LED源光纤收发器具有低功耗的特点，所以应该选择作为光发送器。光接收HFBR-2412与光发送HFBR-1414这两个模块进行配合使用。在这里，其性能指标为：5MBd为通讯速率的最大值；-40～+85℃是其正常工作的温度范围[5]；越大的发送器电流就会产生相对来说比较远的传输距离，2km是其最大的纯属距离，光线采用的是71.5/325型号。

作为一种先进的技术应用，光分路器采用的技术比较高，具有一定的优势。光纤传输的中的一路光纤信号可以通过区中的一种仪器被分成非常多的光纤信号。相对于原先的光信号而言，再被分开之后的每路光纤信号知识光强度旅游衰减，其他特性在所传输的信号中保持不变。这样在光路中就可以按照比例分配传输信号。

5 结语

在很多晶闸管系统当中都已经科学合理的采用了光纤触发系统。由于光纤触发方式采用了很多先进的技术，所以在传输过程中触发脉冲不会受到电磁干扰的影响，从而将触发系统抗干扰的能力提高了；在供电时利用光纤材料的耦合取能方式和高绝缘特性，可以使触发控制电路隔离高压问题得到有效的解决。相对于光控晶闸管的使用而言，成本低是晶闸管光纤触发方式的最大特点。相对于旧有的传统方法和技术来讲，晶闸管光纤触发方式在很多方面都实现了很大的提高。所以，由于晶闸管光纤触发方法具有一系列可喜的优点，肯定会更多的运用在很多方面的技术中。

[1]王燕,王喜宝,卢云鹏.BESIII触发系统MDC子系统光纤发送插件设计[J].核电子学与探测技术,2008(1):13-16.

[2]De Lorenz A,Bettini P,Peruzzo S,et al.Thyristor Making Switch System for Plasma Startup Control in RFX[J].Fusion Engineering,18th Symposium[C].2011(10):421-424.

[3]王亚琼,卢正伟,王军.光触发晶闸管换流阀技术及其应用[J].电力自动化设备（应用技术版）,2011(4):72-75.

[4]蒋燕,陈华忠,张逸帆.用于TCR的晶闸管光电触发与检测系统[J].中国新技术新产品,2012(9):52-54.