一種12脈波相控直流電源均流控制方法及電路與流程
2024-03-25 16:19:05
本發明屬於電力電子技術領域，具體涉及一種12脈波相控直流電源均流控制方法及電路。
背景技術：
大功率整流系統通過交直流電能變換為電能利用提供了一個新途徑，已成為國民產業的重要組成部分。晶閘管是大功率電力變換較理想器件。晶閘管具有容量大、耐壓高、效率高、無噪音、體積小、重量輕、反應快、可控制、可靠性好等優點，成為了變流技術發展的基礎。晶閘管變流裝置在現代工業中的各行各業得到廣泛的應用。
由於2組6脈波三相全控晶閘管整流橋之間相互影響，而不能同時以同樣的電壓、電流輸出，就會造成其中一臺模塊電源進行調節時另1臺模塊電源跟作進行調節，這臺電源的調節又引起第一臺電源的調節，如此惡性循環，從而引發振蕩。輕微的振蕩，會造成負載兩端電流、電壓不穩，影響充電運行效果，振蕩幅度過大，輕則燒壞負載、電源本身，重則引起供電線路毀損，造成嚴重事故。可見，當多個模塊並聯運行時，有必要對各臺模塊的輸出電流進行監測，同時採用適當的控制策略來保證每臺變換器模塊較為平均地分擔總的輸出電流，實現多個模塊的並聯均流運行。只有選擇了適當的均流策略，才能防止模塊運行在輸出電流臨界狀態，才能保證變換器並聯運行的可靠性。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種12脈波相控直流電源均流控制方法及電路，以實現通過輸出穩壓或者穩流控制功能來實現整流橋的均流。
為解決上述技術問題，本發明提供一種12脈波相控直流電源均流控制方法，兩組整流橋均設置均流環，兩均流環的給定信號相同：
當恆壓充電時，均流環的給定信號為給定電壓信號與直流電源輸出電壓信號的誤差信號；
當恆流充電時，均流環的給定信號為給定電流信號與直流電源輸出電流信號之差經過PI之後與直流電源輸出電壓的誤差信號。
本發明還提供一種12脈波相控直流電源均流控制電路，所述電路包括電流外環、電壓內環和第一整流橋均流環、第二整流橋均流環；
電流外環：給定電流信號通過第一跟隨器與第一運放器的同相輸入端相連，直流電源輸出電流信號與第一運放器的反相輸入端相連，第一運放器的輸出信號為電流外環的輸出信號；
電壓內環：給定電壓信號通過第二跟隨器與第二運放器的同相輸入端相連，電流外環的輸出信號經過反向的二極體與第二運放器的同相輸入端相連，直流電源輸出電壓信號與第二運放器的反相輸入端相連，第二運放器的輸出信號為電壓內環的輸出信號；
第一整流橋均流環：電壓內環的輸出信號連接第三運放器的同相輸入端，第一整流橋輸出電流信號經過第三跟隨器連接第三運放器的反相輸入端，第三運放器的輸出用於連接驅動電路；
第二整流橋均流環：電壓內環的輸出信號連接第四運放器的同相輸入端，第二整流橋輸出電流信號經過第四跟隨器連接第四運放器的反相輸入端，第四運放器的輸出用於連接驅動電路。
本發明的有益效果是：通過在不同的控制模式，即恆壓或恆流模式，採用不同的均流環的給定信號，實現整流橋的均流；同時，控制電路採用電流外環、電壓內環、均流環依次相結合的控制方式，實現輸出穩壓或者穩流控制功能的同時使兩組三相整流橋的輸出電流相等，實現了均流控制。本發明防止模塊運行在輸出電流臨界狀態，保證變換器並聯運行的可靠性。
附圖說明
圖1是本發明的原理結構示意圖；
圖2是本發明的控制電路示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本發明進行進一步地詳細說明。
結合圖1和圖2，總的輸出電流io、總的輸出電壓uo、以及2組整流橋的輸出電流io1和io2經SCR控制單元中的調理電路變換為0～10V的模擬電壓信號，分別為直流電源輸出電流信號iof、直流電源輸出電壓信號uf、第一整流橋輸出電流信號io1f和第二整流橋輸出電流信號io2f。
所述電路包括電流外環、電壓內環和均流環。如圖2所示，其中，從給定電流信號iref和直流電源輸出電流信號iof進入到電流外環的輸出信號ie為電流外環；從電流外環的輸出信號ie、給定電壓信號uref和直流電源輸出電壓信號uf進入到電壓內環的輸出信號ue為電壓內環；從電壓內環的輸出信號ue和第一整流橋輸出電流信號io1f到第三運放器的輸出信號uk1以及電壓內環的輸出信號ue和第一整流橋輸出電流信號io2f到第四運放器的輸出信號uk2為均流環，前面環路的輸出作為後面環路的給定信號。
給定電流信號iref進入第一跟隨器U1的同相輸入端，第一跟隨器U1的反相輸入端與U1的輸出端相連得到給定信號iG，iG作為電流環的給定輸入經電阻R1與第一運放器U2的同相輸入端相連；直流電源輸出電流信號iof作為電流環的反饋輸入連接第一運放器U2的反相輸入端，同時第一運放器U2的反相輸入端經電阻RiG和電容CiG與第一運放器U2的輸出端相連，得到電流外環的輸出信號ie。
電流外環的輸出信號ie作為電壓內環的給定輸入經電阻R2和反向二極體D連接第二運放器U4的同相輸入端；給定電壓信號uref進入第一跟隨器U3的同相輸入端，第一跟隨器U3的反相輸入端與U3的輸出端相連得到給定信號uG，uG作為電壓環的給定輸入經電阻R3連接第二運放器U4的同相輸入端；直流電源輸出電壓信號uf作為電壓環的反饋輸入連接第二運放器U4的反相輸入端，同時第二運放器U4的反相輸入端經電阻RuG和電容CuG與第二運放器U4的輸出端相連，得到電壓內環的輸出信號ue。
第一整流橋輸出電流信號io1f進入第三跟隨器U5的同相輸入端，第三跟隨器U5的反相輸入端與第三跟隨器U5的輸出端相連得到第一整流橋的均流反饋信號，作為第一整流橋均流環的反饋輸入經電阻R5連接第三運放器U7的反相輸入端；電壓內環的輸出信號ue作為第一整流橋均流環的給定輸入經電阻R4連接第三運放器U7的同相輸入端，同時第三運放器U7的反相輸入端經電阻Re和電容Ce與第三運放器U7的輸出端相連，得到第一輸出信號uk1。
第二整流橋輸出電流信號io2f進入第四跟隨器U6的同相輸入端，第四跟隨器U6的反相輸入端與第四跟隨器U6的輸出端相連得到第二整流橋的均流反饋信號，作為第二整流橋均流環的反饋輸入經電阻R6連接第四運放器U8的反相輸入端；電壓內環的輸出信號ue作為第二整流橋均流環的給定輸入經電阻R9連接第四運放器U8的同相輸入端，同時第四運放器U8的反相輸入端經電阻Re和電容Ce與第四運放器U8的輸出端相連，得到第二輸出信號uk2。
根據運放的虛短虛斷特性可知，當R4＝R9，R5＝R6時，io1f與io2f相等，從而實現均流。
兩組整流橋均設置均流環，兩均流環的給定信號相同：當恆壓充電時，均流環的給定信號為給定電壓信號與直流電源輸出電壓信號的誤差信號；當恆流充電時，均流環的給定信號為給定電流信號與直流電源輸出電流信號之差經過PI之後與直流電源輸出電壓的誤差信號。具體的工作過程為：
當核島12脈波相控直流電源處於恆流充電時，直流電源輸出電流信號iof經過電流環輸出電流外環的輸出信號ie，ie比給定電壓信號uref小，電流外環的輸出信號ie作為電壓內環的給定信號，經過電壓內環輸出電壓內環輸出信號ue，ue作為兩組三相整流橋的給定信號經過均流環輸出的誤差信號來控制晶閘管的觸發角，最終使直流電源輸出電流信號iof等於恆流控制的給定信號。由於ie＜uref使輸出直流電源輸出電壓信號uf小於恆壓充電的電壓值，並且均流環的給定ue相同，經均流環的PI後，控制調節io1f和io2f都等於ue且等於的iof一半。
當核島12脈波相控直流電源處於恆壓充電時，由於iof＜iref則二極體D截止，電流環不起作用，電流外環的輸出信號ie不影響電壓環的給定，直流電源輸出電壓信號uf作為電壓內環的給定信號。經過電壓內環輸出電壓內環輸出信號ue，ue作為兩組三相整流橋的給定信號經過均流環輸出的誤差信號來控制晶閘管的觸發角，最終使輸出直流電源輸出電壓信號uf等於電壓給定信號uref，並且均流環的給定ue相同，經均流環的PI後，控制調節io1f和io2f都等於輸出電流iof一半。
第一輸出信號uk1經電阻R7與SCR驅動單元相連接，同時1組6脈波三相全控晶閘管整流橋的同步信號也與SCR驅動單元相連接，其輸出驅動信號SCR1控制此組6脈波三相全控晶閘管整流橋的6個晶閘管；第二輸出信號uk2經電阻R8與SCR驅動單元相連接，同時另1組6脈波三相全控晶閘管整流橋的同步信號也與SCR驅動單元相連接，其輸出驅動信號SCR2控制此組6脈波三相全控晶閘管整流橋的6個晶閘管。實現了輸出穩壓或者穩流的控制功能，同時實現了2組整流橋均流控制。
以上給出了本發明涉及具體的實施方式，但本發明不局限於所描述的實施方式。在本發明給出的思路下，採用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術手段進行變換、替換、修改，並且起到的作用與本發明中的相應技術手段基本相同、實現的發明目的也基本相同，這樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調形成的，這種技術方案仍落入本發明的保護範圍內。