[实用新型]真空触发开关交流条件下相位跟踪与触发控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及真空触发开关领域，具体涉及一种真空触发开关交流条件下相位跟踪与触发控制装置。

背景技术

真空触发开关(Triggered Vacuum Switch，TVS)又称为真空触发间隙(Triggered Vacuum Gap，TVG)，是真空开关的一个重要分支，它的发展与真空开关的发展是息息相关的。是一种将真空开关技术和三电极火花间隙技术相结合而发展起来的新型开关器件，其特点是利用真空作为主触头间的绝缘介质和灭弧介质，并采用特殊设计的触发极来控制开关进行快速关合。TVS作为一种具有极高发展前途的高参数快速可靠关合开关装置正引起研究人员的关注，作为电容储能型脉冲功率系统中的一个关键部件在电磁发射系统、各种高电压充磁机、爆炸力学研究中的脉冲放电系统、脉冲激光系统、脉冲磁场系统、高压断路器合成试验系统、故障电流限制等领域拥有较好的实用价值和广阔的应用前景。TVS的触发时延、触发精度以及工作寿命是TVS的关键参数。触发时延和触发精度主要受触发极结构参数、触发极介质材料、触发电压、触发电流即触发能量、主间隙电压、触发极和主电极极性等因素的影响。几乎所有TVS的寿命，都不是由于真空下降或电极烧损而告终，而是因触发系统中的触发极不能正常触发而停止工作，触发源的性能实际决定了TVS的触发极工作寿命。对TVS的性能要求一般包括：动作迅速性；一定的导流能力；可重复运行性；精确触发控制等。

以往主要将TVS作为闭合开关，控制事先充电的电容器（组）对特定负载放电，主电路的初始工作电压为直流，不存在触发相位（交流电压工作点）的控制问题。而对于TVS在重复频率脉冲功率系统中的应用，比如高压开关的高电压实验系统、故障电流限制等场合，则需要对TVS主电极的信号特征进行判断和预测，以便在预期的相位点对TVS进行精确的触发控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种真空触发开关交流条件下相位跟踪与触发控制装置，其能够对重复频率脉冲功率系统中的真空触发开关的触发源进行精确触发控制。

为解决上述问题，本实用新型所设计的一种真空触发开关交流条件下相位跟踪与触发控制装置，主要由电压互感器、信号调理单元、信号采集单元、数据处理单元、触发控制单元、状态监控单元和触发单元组成；电压互感器的一次侧接在真空触发开关的主电极交流输入端上，电压互感器的二次侧与信号调理单元的输入端相连；信号调理单元的输出端经由信号采集单元接至数据处理单元的输入端；数据处理单元的输出端连接触发控制单元；触发控制单元的输出端连接在触发单元的输入端上；状态监控单元的输入端连接触发单元和真空触发开关，状态监控单元的输出端则连接数据处理单元；触发单元的输出端接在真空触发开关的触发极上。

上述方案中，所述数据处理单元包括采样数据模块、数字滤波模块、数字锁相环模块、插值算法模块、零点预测模块、预期触发相位模块和数字延时模块；信号采集单元的输出端经采样数据模块与数字滤波模块的输入端相连；数字滤波模块的输出端分为两路，一路经由数字锁相环模块与预期触发相位模块的输入端连接，另一路则依次经过插值算法模块和零点预测模块与预期触发相位模块的输入端连接；数字延时模块连接在预期触发相位模块的输入输出端上；预期触发相位模块的输出端连接触发控制单元的输入端。

上述方案中，所述数字滤波模块为有限长单位冲激响应数字滤波模块。

上述方案中，所述电压互感器的一次侧经由变压器和电抗器与真空触发开关的主电极交流输入端相连；上述电压互感器的一次侧与变压器的一次侧连接，变压器的二次侧的其中一端经过电抗器与真空触发开关的阳极相连，变压器的二次侧的另一端则直接与真空触发开关的阴级相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1．交流主电路电压预期触发相位点的控制，硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）、16位A/D转换器和DSP2812，软件实现采用64点有限长冲激响应FIR数字滤波和插值算法，进行相位检测和跟踪，具有检测速度快和控制精度高的优点；

2．TVS触发电源采用高压击穿、大电流续流的工作方式，设置触发源自身储能单元监测和控制模块，实现单次触发供给TVS的触发能量精确可控，采用本方法可以有效的避免由于保证可靠导通而施加过多不必要的触发能量，造成TVS触发极不必要的烧蚀和触发材料的耗散；