一种大功率通用型整流装置及其控制方法与流程

1.本技术属于电机控制技术领域，特别涉及一种大功率通用型整流装置及其控制方法。


背景技术：

2.随着电力电子技术的快速发展，航空电力系统逐渐进入了多电化、全电化的时代。多电系统作为多电飞机的核心技术，与传统系统相比，其次级功率系统采取电能的方式进行控制和分配。二次电源作为连接发电系统及负载之间的纽带，是多电系统的基础，其性能的好坏直接影响到整个机载发电系统工作的可靠性。其中整流电路用于将交流电转换为直流电，其在直流电机的调速、发电机的励磁调节等领域有重大的意义。常见的可控硅整流电路是通过移相控制实现转换，会大大降低系统的功率因数。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本技术提供了一种大功率通用型整流装置及其控制方法，该装置是一种多重化控制的整流电路实现的大功率通用型整流装置，采用三相十八脉波整流电路和移相全桥电路为负载供电，用于提高整流装置的功率因数，同时提高系统的功重比，提高电能质量。
4.本技术第一方面提供了一种大功率通用型整流装置，包括：
5.自耦变压整流器，用于将输入的220v三相交流电整流为300v直流电；
6.电枢功率模块，输入端连接所述自耦变压整流器，输出端连接直流电机的电枢通道，所述电枢功率模块包括两路移相全桥电路，用于将300v直流电转换为指定的电枢电压及电枢电流；
7.励磁功率模块，输入端连接所述自耦变压整流器，输出端连接直流电机的励磁通道，所述励磁功率模块包括两路移相全桥电路，用于将300v直流电转换为指定的励磁电压及励磁电流；
8.控制单元，所述控制单元被配置成根据采样的所述电枢通道及励磁通道的电压、电流信号，及获取的用户设定的目标电流及目标电压，对电枢通道及励磁通道的电压、电流进行自动控制。
9.优选的是，所述自耦变压整流器采用p型18脉波自耦变压整流器。
10.优选的是，所述自耦变压整流器前端设置有输入滤波器，用于对输入的220v三相交流电进行滤波。
11.优选的是，所述电枢功率模块与所述直流电机的电枢通道之间设置有第一输出滤波，所述励磁功率模块与所述直流电机的励磁通道之间设置有第二输出滤波。
12.优选的是，所述控制单元包括：
13.电压偏差计算单元，用于计算电枢通道的电压与目标电压的电压偏差；
14.电流指令计算单元，用于根据所述电压偏差分别确定电枢通道的电流指令值及励
磁通道的电流指令值；
15.第一判定单元，用于根据电流指令的上下限，确定是否使用计算的电枢通道的电流指令值及励磁通道的电流指令值；
16.电流偏差计算单元，用于分别确定电枢通道的电流偏差及励磁通道的电流偏差；
17.第二判定单元，用于根据电流控制量的上下限，确定是否使用计算的电枢通道的电流偏差及励磁通道的电流偏差作为电流调整目标。
18.优选的是，还包括呈控面板，所述呈控面板至少用于显示电枢通道的电压电流、励磁通道的电压电流、以及接收并显示用户输入的电压电流的目标值。
19.优选的是，所述自耦变压整流器之前设置有交流到直流变换模块及直流到直流变换模块，所述交流到直流变换模用于将输入的交流电转变为直流电，所述直流到直流变换模块用于将直流电转变为多个不同电压值的供电直流电，所述供电直流电用于向所述呈控面板、所述控制单元供电。
20.优选的是，还包括远程控制模块，所述远程控制模块通过遥控控制所述控制单元。
21.本技术第二方面提供了一种大功率通用型整流装置控制方法，主要包括：
22.步骤s1、在t0时刻，控制所述励磁功率输出设定的励磁电流，同时控制所述电枢功率模块开始按起动电流曲线增大起动电流，所述电枢功率模块的输出电压开始持续增大；
23.步骤s2、在t1时刻，所述电枢功率模块的输出电流达到设定的电枢电流，t1时刻之后，所述电枢功率模块转入恒流输出状态；
24.步骤s3、在t2时刻，所述电枢功率模块的输出电压增大的设定的电枢电压，t2时刻之后，控制所述励磁功率降低输出的励磁电流，直至设定的最小值后，退出控制。
25.优选的是，所述设定的电枢电流选取自一级起动电流或二级起动电流，所述一级起动电流为600a，所述二级起动电流为1000a。
26.本技术采用多重化控制的整流电路提高整流电路的功率因数，系统通过采用一路三相十八脉波整流电路和两路移相全桥电路实现电枢、励磁两通道的电流电压设定值，十八脉波整流电路可以明显降低输入侧电流谐波畸变率，移相全桥电路可以轻易实现软开关，提升开关频率，在提高系统工作效率的同时减小体积。
27.本技术可独立作为整流变换器使用，也可驱动直流电机工作，系统易实现通用化。
28.本技术采用电压、电流双闭环pi控制策略，可根据实际的负载特性及需求灵活选取移相全桥电路的路数及相应的控制策略。本技术用于驱动直流电机，控制策略选取两个通道的电压外环均为电枢通道的电压，内环采用的各自输出电流，提高了响应速度，提高了系统控制的鲁棒性。
附图说明
29.图1是本技术大功率通用型整流装置的结构示意图。
30.图2是本技术大功率通用型整流装置控制方法时序图。
31.图3是本技术图1所示实施例的双闭环运算程序流程图。
具体实施方式
32.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式
中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
33.本发明的目的主要包括：
34.1)采用多重化控制的不控整流电路，通过一路三相十八脉波整流电路和两路移相全桥电路实现电枢、励磁两通道的电流电压设定值，提高系统的功率因数；
35.2)应用场合广泛，可独立作为整流变换器使用，也可驱动直流电机工作；
36.3)采用电压、电流双闭环pi控制策略，针对不同负载响应曲线，灵活控制后级移相全桥电路的输出电压电流值，本发明中选用两路移相全桥电路，两个通道的电压外环均为电枢通道的电压，内环采用的各自输出电流；可根据实际的负载灵活选取移相全桥电路的级数及相应的控制策略。
37.如图1所示，本技术首先提供了一种大功率通用型整流装置，主要包括：
38.自耦变压整流器，用于将输入的220v三相交流电整流为300v直流电；
39.电枢功率模块，输入端连接所述自耦变压整流器，输出端连接直流电机的电枢通道，所述电枢功率模块包括两路移相全桥电路，用于将300v直流电转换为指定的电枢电压及电枢电流；
40.励磁功率模块，输入端连接所述自耦变压整流器，输出端连接直流电机的励磁通道，所述励磁功率模块包括两路移相全桥电路，用于将300v直流电转换为指定的励磁电压及励磁电流；
41.控制单元，所述控制单元被配置成根据采样的所述电枢通道及励磁通道的电压、电流信号，及获取的用户设定的目标电流及目标电压，对电枢通道及励磁通道的电压、电流进行自动控制。
42.在一些可选实施方式中，所述自耦变压整流器采用p型18脉波自耦变压整流器。
43.本技术所提出的起动整流装置可用于将艇上220v/400hz三相交流电通过变换电路变换为60v和50v两路直流电输出，向负载发动机起动系统供电，用来保证直流起动电机的电枢电路及其励磁线圈用电。如图1所示，整流装置由主功率电路、控制单元、电源组件和显控单元等部分组成，用于将艇上220v/400hz三相交流电通过变换电路转换为直流电，驱动直流起动电机。主功率电路主要由功率输入滤波器、p型18脉波自耦变压整流器、直流母线支撑电容、软上电电路、电枢功率模块、励磁功率模块、谐振电感、高频变压器、整流二极管和输出滤波器等组成。
44.进一步，所述p型18脉波自耦变压整流器用于将艇上220v/400hz三相交流电整流为300v的直流电，通过两路移相全桥电路，使得电枢通道输出直流电压为60v，输出电流为1000a；励磁通道输出直流电压为50v，输出电流为34a。
45.在一些可选实施方式中，所述自耦变压整流器前端设置有输入滤波器，用于对输入的220v三相交流电进行滤波。
46.在一些可选实施方式中，所述电枢功率模块与所述直流电机的电枢通道之间设置
有第一输出滤波，所述励磁功率模块与所述直流电机的励磁通道之间设置有第二输出滤波。
47.在一些可选实施方式中，所述控制单元包括：
48.电压偏差计算单元，用于计算电枢通道的电压与目标电压的电压偏差；
49.电流指令计算单元，用于根据所述电压偏差分别确定电枢通道的电流指令值及励磁通道的电流指令值；
50.第一判定单元，用于根据电流指令的上下限，确定是否使用计算的电枢通道的电流指令值及励磁通道的电流指令值；
51.电流偏差计算单元，用于分别确定电枢通道的电流偏差及励磁通道的电流偏差；
52.第二判定单元，用于根据电流控制量的上下限，确定是否使用计算的电枢通道的电流偏差及励磁通道的电流偏差作为电流调整目标。
53.如图1所示，当系统上电后，控制器软件进行上电初始化，系统正常后，待收到起动指令后，整流装置工作输出两路电压，一路电枢电压60v，一路励磁电压50v，两路输出通道实现电压电流双闭环控制、输入输出过压、过流、过热等保护以及声光报警、显控等功能。同时，它还与主控台通过遥控驱动电路进行控制，并且系统的工作模式、故障信息、电压值、电流值等信息也会上传到显控屏上。
54.在一些可选实施方式中，大功率通用型整流装置还包括呈控面板，所述呈控面板至少用于显示电枢通道的电压电流、励磁通道的电压电流、以及接收并显示用户输入的电压电流的目标值。
55.在一些可选实施方式中，所述自耦变压整流器之前设置有交流到直流变换模块及直流到直流变换模块，所述交流到直流变换模用于将输入的交流电转变为直流电，所述直流到直流变换模块用于将直流电转变为多个不同电压值的供电直流电，所述供电直流电用于向所述呈控面板、所述控制单元供电。
56.在一些可选实施方式中，还包括远程控制模块，所述远程控制模块通过遥控控制所述控制单元。
57.本技术第二方面提供了一种大功率通用型整流装置控制方法，主要包括：
58.步骤s1、在t0时刻，控制所述励磁功率输出设定的励磁电流，同时控制所述电枢功率模块开始按起动电流曲线增大起动电流，所述电枢功率模块的输出电压开始持续增大；
59.步骤s2、在t1时刻，所述电枢功率模块的输出电流达到设定的电枢电流，t1时刻之后，所述电枢功率模块转入恒流输出状态；
60.步骤s3、在t2时刻，所述电枢功率模块的输出电压增大的设定的电枢电压，t2时刻之后，控制所述励磁功率降低输出的励磁电流，直至设定的最小值后，退出控制。
61.在一些可选实施方式中，所述设定的电枢电流选取自一级起动电流或二级起动电流，所述一级起动电流为600a，所述二级起动电流为1000a。
62.所述起动整流装置对应的工作时序图如图2所示，具体的工作过程如下：
63.a)t0时刻，通道ⅱ(励磁通道)立即输出设定的励磁电流(34a)，使起动电机内部建立磁场；同时，通道ⅰ(电枢通道)按设定的起动电流曲线逐步增大起动电流，使燃气轮机克服内部游隙，开始平稳起动。
64.b)t1时刻，通道ⅰ输出电流达到“主动力控制”或者“显控面板”选择的一级或者二
级起动电流(600～1000a)，转入恒流输出状态，使直流起动电机以接近恒转矩方式运行，驱动燃气轮机加速。随着转速的上升，电机反电动势升高，为恒定通道ⅰ的输出电流，该装置输出电压同步升高。
65.c)t2时刻，为保证起动电机能继续带转，装置采用弱磁升速控制方式，逐步降低通道ⅱ输出励磁电流到设定的最小值(t3)时刻。
66.d)t3时刻之后，随着燃气轮机的点火成功，燃气轮机作功与起动电机输出叠加，使燃气轮机升速，起动电机输出转矩下降，通道ⅰ输出电流自动下降，当电流下降到设定的t4时刻，该整流装置将由控制系统(或就地显控面板控制时自动退出运行)决定退出运行。
67.进一步，所述移相全桥电路采用电压、电流双闭环pi控制策略，结合图2工作特性曲线，两个通道的电压外环均为电枢通道电压，内环运算电流以各自电流为主。具体运算采用增量式算法，先进行电压外环的计算，电压外环的输出作为电流内环的给定，电流内环的输出作为控制量。为了实现限幅，可依次判断pi调节器的输出是否大于上限值和是否小于下限值，若大于上限值则取pi调节器的输出为上限值，若小于下限值则取pi调节器的输出为下限值。电枢和励磁两个通道的双闭环运算程序结构相同，这里以电枢通道为例阐述程序设计步骤，如图3所示，进入程序后，完成以下步骤：
68.①
计算电压偏差。
69.②
进行pi运算，计算电流指令值。
70.③
判断电流指令值是否大于上限值，若是则令电流指令值等于上限值，跳到步骤
⑤
，否则转下一条指令。
71.④
判断电流指令值是否小于下限值，若是则令电流指令值等于下限值。
72.⑤
计算电流偏差。
73.⑥
进行pi运算，计算控制量。
74.⑦
判断控制量是否大于上限值，若是则令控制量等于上限值，结束子程序，否则转下一条指令。
75.⑧
判断控制量是否小于下限值，若是则令控制量等于下限值。
76.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。