电气同步式大功率恒流源实现方法和装置的制作方法

专利名称：电气同步式大功率恒流源实现方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流恒流源，具体地说是 一种电气同步式大功率恒流源实 现方法和装置。
背景技术：
目前，大功率恒流源在低压电气行业大电流产品的检测与调整中被广
泛应用。这些恒流源的电压调整部分有两种实现方法 一是采用感应式调 压器； 一是将多个接触式调压器并联并通过机械方法进行同步。前者很难 避免波形失真问题，影响检测结果的准确性，而后者则系统繁瑣，设计困 难，成本高，故障多，维护量大，维护不方便。

发明内容
为了克服上述两类装置的不足，本发明提供一种输出电流精度高、系 统实现简单的电气同步式大功率恒流源实现方法和装置。
为了实现该目的，本发明所采用的技术方案如下
电气同步式大功率恒流源实现方法采用电气同步的方式对多台接触 式电动调压器进行同步调节，以调整系统的输出电流保持恒定；具体是 采用动力部分提供系统功率，将小功率累加为大功率，输出所需的电流； 通过用检测手段实时的将输出电流和各调压器的电压反馈给控制部分，以 实现闭环调节；由控制部分进行恒流控制，通过执行机构将所控制的输出 电流恒流输出；实现同步大功率交流恒流系统调整；
其中所述调节分为电压预调和电流调节两部分，电压预调是指将电动 调压器的电压调到同一个给定电压上，电流调节是第一个电动调压器响应 电流反馈，其余电动调压器则跟踪第一个电动调压器的电压；所述控制部 分采用全数字控制技术，通过闭环调节，PID调节算法、以及PWM调节控 制执行机构。
电气同步式大功率交流恒流源实现方法的所用装置由动力部分，控 制部分，检测部分，执行机构和显示部分组成，其中
所述动力部分，通过偶数个配置、两两一组结构的电动调压器的滑动 端与奇数个平衡电抗器相连，以多个平衡级结构输出电压，为自耦变压器 提供输入电压，自耦变压器通过固态继电器经升流变压器接至待检测的产 品，并为其提供需要的检测电流；
检测部分，实时的将输出电流和各电动调压器的电压反馈给控制部分, 以实现闭环调节，其中由电流传感器将输出电流转换为模拟量，并将其反馈给控制部分的控制电路；由电压传感器将各电动调压器的输出电压转换 为模拟量，并将其反馈给控制部分中的每个控制电路；
控制部分采用全数字控制技术；通过控制电路接执行机构；对各电动 调压器相连的电机分别进行闭环同步调节；
执行机构为与控制电路分别连接的电机；两个电机接共用一个控制电
路；
显示部分，通过数显电流表连接在电流传感器输出端，显示模拟量转 换为数字量的数字。
进一步，其中直接连接在一组电动调压器之间的平衡电抗器构成第一 平衡级，其第一平衡级中平衡电抗器的输出端分别与本级中另一平衡电抗 器两端相连，构成第二平衡级，作为第二平衡级中的平衡电抗器的输出端 与下一级中平衡电抗器两端相连，构成第三平衡级，以此类推，前一平衡 级中的平衡电抗器的输出端与下一平衡级中的平衡电抗器两端相连，构成 新一平衡级；其中包括以下两种情况
当前一平衡级与下一级平衡电抗器两端相连构成新一级平衡级后在尾 部出现一个单数平衡电抗器未被连接时，所述新一级平衡级的平衡电抗器 的输出端与余下的单数平衡电抗器的输出端相连构成最后一平衡级；
当前一平衡级与下一级平衡电抗器两端相连构成新一级平衡级后在尾 部出现有多个单数平衡电抗器未被连接时，暂时放弃所述单数平衡电抗器 的连接，当所述新一级平衡级的平衡电抗器再没有新的平衡电抗器可以构 成偶数个配接时，再将偶数个配接后构成的新一平衡级的平衡电抗器的输 出端以先出现后连接的原则依次与余下的多个单数平衡电抗器的输出端相 连，最后构成收尾级的平衡级；
本发明接收220V和380V两种输入电压，其中
当输入电压为220V时，电动调压器数量为2N个，N是不为零的正整 数；平衡电抗器数量为2N-1个；
其中当输入电压为380V时，电动调压器数量为2N个，N是不为零的 正整数；平衡电抗器数量为2N-2个；
所述电压传感器两两一组，其输入端按组分别接在所述动力部分的电 动调压器上，其输出端分别接至控制部分的一个控制电路的传感器接口部 分，用于将电动调压器的输出电压转换为模拟量，并将其反馈到相应的控 制电路中；电流传感器的输入信号来自升流变压器，输出接至控制部分的 第一个控制电路，用于检测并反馈恒流源输出的实际电流，将该电流转换 为模拟量，并将其反馈至控制电路中第一个控制电路中；电压传感器数量 与电动调压器数量相等。
所述控制电路为多个，其中一个结构包括电源部分，单片机，通信 部分，传感器接口部分和驱动电路；其中
电源部分，为整个电路提供电源，与单片机、通信部分、传感器接口 部分和驱动电路电连接；
所述单片机，嵌入有PID调节算法、PWM控制、RS485通信程序；
所述通信部分，釆用RS485总线，实现RS485通信的接口，与单片机 相连，实现恒流源与工业控制计算机通信，接收来自工业控制计算机的命 令，并上传恒流源的状态；
所述传感器接口部分，用于切换所用的传感器，由至少二个继电器组 成，输入端接收电压传感器模拟量信号，输出端与单片机通信；
所述驱动电路，由第一 四功率三极管，第一 二功率三极管与第三 四 功率三极管分别为推挽式连接方式，其输入信号分别来自单片机，输出分 别与电机相连；在单片机的控制下实现电动调压器电机的驱动；电机数量 与电动调压器个数相等。
本发明所述执行机构的电机电枢与驱动电路相连输出轴分别与电动调 压器的滑动端相连，电机在控制电路的作用下转动时会带动与之相连的滑 动端运动，从而能够改变调压器滑动端的输出电压，调整系统的输出电流。
本发明具有如下优点
1. 本发明为电气同步方式，分别对多个接触式电动调压器进行闭环同 步调节，在系统自动调节下，能输出高精度的交流电流，且无波形失真。
2. 本发明系统实现容易，维护方便，故障少。
3. 本发明由于结构简单，所以成本较低。
4. 本发明可与工业控制计算机或可编程控制器通过RS485总线进行通 信，接线简单。
5. 本发明采用全数字控制技术，人机界面良好，可靠性高。
附困说明


图1为本发明的动力部分(主回路)与检测部分原理框图。
图2为本发明的控制部分、通信部分和执行机构原理框图。
图3为图2中控制电路原理图。
图4为平衡电抗器工作原理说明图。 图5为采用单相电源(220V)时5组电动调压器结构图。
图6为采用单相电源(220V)时13组电动调压器结构图。
图7-l为采用两相(380V)时10组电动调压器结构图(不包括自耦变 压器的前半部)。
图7-2为釆用两相(380V)时IO组电动调压器结构图(包括自耦变压 器的后半部)。
图8为釆用单相电源(220V)时5组电动调压器的控制部分与执行及 构原理图。
图9为采用单相电源(220V)时的13组电动调压器控制部分与执行及构原理图。
图IO为釆用两相电源(380V)时的IO组电动调压器控制部分与执行 及构原理图。
具体实施例方式
下面参见附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
电气同步式大功率交流恒流源实现方法，釆用电气同步的方式对多台 接触式电动调压器进行同步调节，以调整系统的输出电流保持恒定；具体 是采用动力部分提供系统功率，将小功率累加为大功率，输出所需的电 流；通过用检测手段实时的将输出电流和各调压器的电压反馈给控制部分， 以实现闭环调节；由控制部分进行恒流控制，通过执行机构将所控制的输 出电流恒流输出；如此实现同步大功率交流恒流系统调整；
所述调节分为电压预调和电流调节两部分，电压预调是指将电动调压 器的电压调到同一个给定电压上，电流调节是第一个电动调压器响应电流 反馈，其余电动调压器则跟踪第一个电动调压器的电压；所述控制部分釆 用全数字控制技术，通过闭环调节，PID调节算法、以及PWM调节控制各 电动调压器的电机。
本发明方法的实现装置，主要由动力部分(主回路)，检测部分，控制 部分，执行机构，显示部分组成，具体描述如下
如图1所示，所述动力部分(主回路)，提供系统功率，将小功率累加 为大功率，输出所需的电流。该部分主要包括第一 八电动调压器T1 T8， 第一 七平衡电抗器L1 L7，自耦变压器T9，升流变压器TIO。其连接关系 如下
第一 八电动调压器T1 T8的输入端分别接电源进线AC220V,第一~ 八电动调压器T1 T8的滑动端则分别接在第一 四平衡电抗器L卜L4的输 入端，每一电动调压器滑动端的输出电压经平衡电抗器平衡后由平衡电抗 器的输出端输出；第一 二平衡电抗器L1 L2的输出端接在第五平衡电抗器 L5的输入端，输出为经平衡后的电压；第三 四平衡电抗器L3 L4的输出 端接在第六平衡电抗器L6的输入端，输出为经平衡后的电压；第五 六平 衡电抗器L5 L6的输出端接在第七平衡电抗器L7的输入端，输出为经再次 平衡后的电压接在自耦变压器T9的输入端，为自耦变压器T9提供输入电 压，自耦变压器T9的另一个输入端接零线N,自耦变压器T9有6个输出 端,分别通过第九 十四固态继电器K9 K14接至升流变压器T10的输入端, 从而提供升流变压器T10原边电压；升流变压器T10的输出端通过编织线 接至待检测的产品上，并为其提供需要的检测电流。
第一 七平衡电抗器L1-L7的作用是当其两个输入端的电压不平衡时，
能够抑制由于此电压所引起的电流，而当其两端电压平衡时则相当于一段
导线，对电路几乎没有任何影响。原理参见附图4。描述如下
1. Uab^时，lab=0 ， Ic=Iac+Ibc ,此时lac与Ibc大小相等，方向相 反，两者产生的磁动势互相抵消，平衡电抗器的感抗表现为0，对系统理论 没有任何影响;其中:Uab为一平衡电抗器a、 b两点的电压，lab为一平衡 电抗器a、 b两点通过的电流，Ibc为 一平衡电抗器a、 c 两点通过的电流。
2. Uab^0时，Iab=Uab/coL (co=2ji^2jix50， L为平衡电抗器的感抗， 巿电频率为50Hz),此时平衡电抗器的感抗表现为对Iab电流的阻止作用， 以免两台电动调压器之间流过过大的电流而导致损坏。
其中电动调压器、平衡电抗器的连接构成平衡级的连接原则直接 连接在一组电动调压器之间的平衡电抗器构成第一平衡级，其第一平衡级 中平衡电抗器的输出端分别与本级中另一平衡电抗器两端相连，构成第二 平衡级，作为第二平衡级中的平衡电抗器的输出端与下一级中平衡电抗器 两端相连，构成第三平衡级，以此类推，前一平衡级中的平衡电抗器的输 出端与下一平衡级中的平衡电抗器两端相连，构成新一平衡级。
另外，系统正常工作时，在控制电路的控制下，8台电动调压器的输出 电压始终保持一致，即平衡电抗器两端的电压差始终为0。因此每台平衡电 抗器的输出电流都是其两个输入电流之和。
根据上面的叙述，可以知道，(如附图l所示)若系统工作时总电流为 I，则流过第七平衡电抗器L7两侧的电流分别为1/2,而流过第五、六平衡 电抗器L5、 L6两侧的则分别为1/4,同理，流过第一 四平衡电抗器L1 L4 两侧的电流则分别为/81，既流过每一电动调压器的电流仅为1/8,也就是说 每一电动调压器仅需要提供I/8的小电流，系统即可获得总电流I的大电流， 因此系统所能输出的最大功率为第一八电动调压器T1-T8的功率之和。
检测部分的功能是实时的将输出电流和各电动调压器的电压反馈给控 制部分，以实现闭环调节，包括电流传感器SQ9、第一 八电压传感器 SQ1 SQ8，电流传感器的作用是将回路中的大电流(如5000A以上)转 换为0-5V的模拟量，并将其反馈给控制部分。电压传感器的作用是将各电 动调压器的输出电压转换为0-5V的模拟量，并将其反馈给控制部分。其连 接关系如下
第一 八电压传感器SQ1 SQ8的输入端分别接在所述动力部分的第一 八电动调压器T1 T8上，第一、第二电压传感器SQ1、 SQ2的输出端分别 接在第一控制电路AP1的接线端子XS4的4脚、3脚，用于将第一、第二 电动调压器T1、 T2的输出电压转换为0-5V的模拟量，并将其通过该引脚 反馈到控制部分的第一控制电路AP1中。第三、第四电压传感器SQ3、SQ4 的输出端接在第二控制电路AP2的接线端子XS4的4脚、3脚，用于将第 三、第四电动调压器T3、 T4的输出电压转换为0-5V的模拟量，并将其通 过该引脚反馈到第二控制电路AP2中。第五、第六电压传感器SQ5、 SQ6
的输出端接在第三控制电路AP3的接线嬙子XS4的4脚、3脚，用于将第 五、第六电动调压器T5、 T6的输出电压转换为0-5V的模拟量，并将其通 过该引脚反馈到第三控制电路AP3中。第七、第八电压传感器SQ7、 SQ8 的输出端接在第四控制电路AP4的接线端子XS4的4脚、3脚，用于将第 七、第八电动调压器T7、 T8的输出电压转换为0-5V的模拟量，并将其通 过该引脚反馈到第四控制电路AP4中。该部分用于检测并反馈第一 笫八电 动调压器T1 T8滑动端的电压，这样第一至第八电动调压器T1 T8的输出 电压经过第一 笫八电压传感器SQ1 SQ8都反馈到了控制部分。电流传感 器SQ9的输出接至第一控制电路AP1的接线端子XS4的2脚，在编织线中 将用于检测(接检测部分的数显电流表)并反馈恒流源输出的实际电流， 然后将该电流转换为0-5V的模拟量，并通过该引脚将其反馈至控制部分的 第一控制电路AP1中。
控制部分(参见图2和图3 )通过各电动调压器的电机对其滑动端电压 分别进行闭环同步调节，釆用全数字控制技术；包括第一 四控制电路 AP1 AP4，其中第一 四控制电路AP1 AP4的输出端接执行机构。图3为 控制电路原理图，所述第一 四控制电路AP1 AP4中各控制电路的原理相 同、结构相同。现以其中一个为例加以详细说明
控制电路包括电源部分，单片机MCU (釆用MEGA16芯片)，通信部 分，传感器接口部分和驱动电路。其中电源部分为整个电路提供电源，与单 片机MCU、 RS485通信部分(RS485 )、传感器接口部分和驱动电路电连接， 主要器件是第一 三稳压电源块W1 W3(本实施例釆用7812, 7912和7805， 具体结构参见图3 );单片机MCU中嵌入了PID调节算法、PWM控制、RS485 通信程序等；所述通信部分采用RS485总线，实现RS485通信的接口 (本 实施例采用SN75176芯片)，与单片机MCU相连，功能是实现恒流源与工 业控制计算机通信，接收来自工业控制计算机的命令，并上传恒流源的状态； 所述传感器接口部分用于切换所用的传感器，由第一 四继电器KA1 KA4 组成(本实例釆用DS4E);输入端接收第一~八电压传感器SQ1 SQ8的0-5V 的模拟量信号，输出端与单片机MCU通信；所述驱动电路由第一 四功率三 极管Q1 Q4 (本实施例采用TIP41C、 TIP42C),第一 二功率三极管Q1 Q2 与第三 四功率三极管Q3 Q4分别为推挽式连接方式，其输入信号分别来自 单片机MCU,输出分别与与各电动调压器相连的第一~八电机M1 M8相连； 在单片机MCU的控制下实现电动调压器电机的驱动。上述主要芯片的连接 方式为单片机MCU的AD输入引脚(PIN40)分别接第一 四继电器 KA1—KA4的l脚，用于接收来自第一 四继电器KA1-KA4的模拟量信号， 第一 四继电器KA1—KA4的2脚分别接至接线端子XS4的1 4脚，用于接 收来自传感器的0-5V的模拟量信号；单片机MCU的PWM0输出引脚PIN20 接至第一 二功率三极管Q1 Q2的基极，此引脚输出的是PWM信号，用于
控制第一 二功率三极管Q1 Q2的姿通与关断；单片机MCU的PWM1输 出引脚PIN21接至第三 四功率三极管Q3 Q4的基极，此引脚输出的也是 PWM信号，用于控制第三 四功率三极管Q3 Q4的导通与关断；第一 二 功率三极管Q1 Q2的发射极接至接线端子XS2的2脚，该引脚又接至相应 的电机上，从而实现控制电机的目的；第三 四功率三极管Q3 Q4的发射极 接至接线端子XS3的2脚，该引脚也接至相应的电机上，从而实现控制电机 的目的；单片机MCU的9脚、10脚分别接至SN75176的3脚、2脚，这些 引脚传输的是485信号，用于485串口数据的收发，通信部分(SN75176) 的5脚，6脚分别接至接线端子XS1的l脚，2脚，以实现与工业控制计算 机通信的功能。
执行机构为第一 八电机M1 M8 (本实施例采用直流电机)，每个控制 电路分别与2台电机(本实施例采用小型直流电机)连接，其中第一控制 电路AP1的驱动电路接第一、第二机M1、 M2，第二控制电路AP2的驱动 电路接第三、第四电机M3、 M4，第三控制电路AP3的驱动电路接第五、 第六电机M5、 M6,第四控制电路AP4的驱动电路接第七、第八电机M7、 M8。第一 八电机M1 M8的输出轴分别与第一 八电动调压器T1 T8的滑 动端相连，电机在控制电路的作用下转动时会带动与之相连的滑动端运动， 从而能够改变调压器滑动端的输出电压，如此便可调整系统的输出电流。
显示部分为数显电流表(参见图1 ),数显电流表连接在电流传感器SQ9 输出端，其作用是将电流传感器SQ9输出的0-5V的模拟量转换为数字量并 通过其自带的七段码数码管显示出来，从而便于操作者直接读出电流传感 器SQ9，显示恒流源输出的实际电流。
系统的工作过程如下
工业控制计算机通过RS485总线向本发明单片机MCU下传目标电压 和目标电流值及开始调节的命令。
单片机MCU收到目标电流值及调节命令后，首先进行电压预调，即根 据目标值的大小将各电动调压器同步到同一个给定电压上。此时第一控制 电路AP1的单片机MCU实时的对第一 二电压传感器SQ1 SQ2的输出进 行釆样，并与目标电压值进行比较，通过PID运算后用PWM调节的方式 经驱动电路来驱动与第一 二电动调压器T1 T2电连接的第一 二电机 M1 M2。第二 四控制电路AP2 AP4亦然。该过程完成后，第一 八电动 调压器T1 T8的滑动端电压达到一致。
电压预调完成后再进行电流调节。在控制部分的控制下，第九 十四固 态继电器K9-K14有且仅有一个闭合。这时第一电动调压器T1，第二电动调 压器T2的输出电流经第一平衡电抗器L1汇合输出；第三电动调压器T3， 第四电动调压器T4的输出电流经第二平衡电抗器L2汇合输出；第五电动调 压器T5，第六电动调压器T6的输出电流经第三平衡电抗器L3汇合输出；
第七电动调压器T7,紫八电动调压器T8的输出电流经第四平衡电抗器L4 汇合输出；第一平衡电抗器Ll,第二平衡电抗器L2的输出电流经第五平衡 电抗器L5汇合输出；第三平衡电抗器L3，第四平衡电抗器L4的输出电流 经第六平衡电抗器L6汇合输出；第五平衡电抗器L5，第六平衡电抗器L6 的输出电流经第七平衡电抗器L7汇合输出。此时同时第一控制电路API 的单片机MCU实时的对电流传感器SQ9,第二电压传感器SQ2的输出进行 釆样，并与目标电流值进行比较，通过PID运算后用PWM调节的方式经驱 动电路来驱动第一 第二电动调压器T1 T2的第一 第二电机M1 M2。第一 电动调压器Tl进行电流调节，第二电动调压器T2跟踪第一电动调压器Tl 的电压进行电压调节；第二控制电路AP2则对来自第一电压传感器SQ1、第 三电压传感器SQ3、第四电压传感器SQ4的信号进行实时釆样(第一电压 传感器SQ1、第三电压传感器SQ3、第四电压传感器SQ4分别接至控制电 路的传感器接口部分的XS4端)，这时第一电压传感器SQ1的信号为给定， 第三电压传感器SQ3，第四电压传感器SQ4的信号为反馈，通过PID运算 后控制第三 四电动调压器T3 T4滑动端的电压实时跟踪第一电动调压器T1 滑动端的电压。第三 第四控制电路AP3 AP4的情况和第二控制电路AP2 相同。整个过程中第一电动调压器Tl进行电流调节，第二 八电动调压器 (T2 T8)跟踪第一电动调压器T1滑动端的电压进行电压调节，通过这个调节 过程，使输出电流保持恒定。
检测完成后工业控制计算机通过RS485总线向恒流源下传结束调节命令。
恒流源收到结東命令后结束调节过程。
本发明所述电机还可釆用步进电机或其它伺服电机。所述工业控制计 算机可以用可编程控制器替代。
实施例2
与实施例l不同之处在于电动调压器为10个(加设第十一 十二电 动调压器T11 T12 )，平衡电抗器为九个(加设第八 九平衡电抗器L8 L9 )、 控制电路为5个(加设第五控制电路AP5);
连接原则当前一平衡级与下一级平衡电抗器两端相连构成新一级平 衡级后在尾部出现一个单数平衡电抗器未被连接时，所述新一级平衡级的 平衡电抗器的输出端与余下的单数平衡电抗器的输出端相连构成最后一平 衡级。本实施例为第七 八平衡电抗器L7 L8的输出端与第九平衡电抗器 L9两端相连，第九平衡电抗器L9的输出端与自耦变压器T9相连(参见附 图5);加设第五控制电路AP5，其连接结构与实施例l相同(参见附图8)。 本实施例所述电机釆用步进电机(或其它伺服电机)。
实施例3
与实施例l不同之处在于
电^/调庄器为26+ (如设禁+ — 二 +八电动调压器Tll T28)，平衡 电抗器为25个(加设第八 二十五平衡电抗器L8 L25),控制电路为13个 (加设第五 十三控制电路AP5 AP13 );
连接原则当前一平衡级与下一级平衡电抗器两端相连构成新一级平 衡级后在尾部出现有多个单数平衡电抗器未被连接时，暂时放弃所述单数 平衡电抗器的连接，当所述新一级平衡级的平衡电抗器再没有新的平衡电 抗器可以构成偶数个配接时，再将偶数个配接后构成的新一平衡级的平衡 电抗器的输出端以先出现后连接的原则依次与余下的多个单数平衡电抗器 的输出端相连，最后构成收尾级的平衡级。
本实施例为第八 十七平衡电抗器L8 L17分别接在两两一组的第十 一 二十八电动调压器T11 T28之间；第十八 二十一平衡电抗器L18 L21 的两端分别接在第八 十六平衡电抗器L8 L16的输出端，第七、二十二、 二十三平衡电抗器L7、 L22、 L23的两端分别接在第五 六、十八 二十一 平衡电抗器L5 L6、 L18 L21的输出端，第九平衡电抗器L9的两端分别接 在第七、二十二平衡电抗器L7、 L22的输出端，第二十四平衡电抗器L24 的两端分别接在第九、二十三平衡电抗器L9、 L23的输出端，第二十五平 衡电抗器L25的两端分别接在第二十四、十七平衡电抗器L24、 L17的输出 端，第二十五平衡电抗器L25的输出端与自耦变压器T9相连(参见附图6 ); 加设第五 十三控制电路AP5 AP13，其连接结构与实施例l相同(参见附 图9)。
实施例4
与实施例2不同之处在于本实施例输入电压为380V,电动调压器为 20个，其中IO个为一组( 一组为第一 八、十一 十二电动调压器T1 T8、 T11 T12,另一组为第十三 二十二电动调压器TT T8' 、Tll' T12'), 每组连接方式与与实施例2相同；平衡电抗器为十八个，其中9个为一组 (一组为第一 九平衡电抗器L1 L9，另一组为第三十 三十九平衡电抗器 Lr L9'),第九平衡电抗器L9和第三十九平衡电抗器L9'的输出端一 起与自耦变压器T9相连(参见附图7-1, 7-2);控制电路为IO个(加设第 六 十控制电路AP6 10),其连接结构与实施例2相同(参见附图IO)。
总之，当输入电压为220V时，电动调压器数量为2N个，N是不为零 的正整数；平衡电抗器数量为2N-1个；当输入电压为380V时，电动调压 器数量为2N个，N是不为零的正整数；平衡电抗器数量为2N-2个；以上 实施例为对本发明的详细说明，并不是用于限制本发明。
权利要求
1.一种电气同步式大功率交流恒流源实现方法，其特征为采用电气同步的方式对多台接触式电动调压器进行同步调节，以调整系统的输出电流保持恒定；具体是采用动力部分提供系统功率，将小功率累加为大功率，输出所需的电流；通过用检测手段实时的将输出电流和各调压器的电压反馈给控制部分，以实现闭环调节；由控制部分进行恒流控制，通过执行机构将所控制的输出电流恒流输出；实现同步大功率交流恒流系统调整。
2. 按权利要求l所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法，其特征 为所述调节分为电压预调和电流调节两部分，电压预调是指将电动调压 器的电压调到同一个给定电压上，电流调节是第一个电动调压器响应电流 反馈，其余电动调压器则跟踪第一个电动调压器的电压；
3. 按权利要求l所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法，其特征 为所述控制部分采用全数字控制技术，通过闭环调节，PID调节算法、以 及PWM调节控制执行机构。
4. 一种按权利要求1所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用 装置，其特征为由动力部分，控制部分，检测部分，执行机构和显示部 分组成，其中所述动力部分，通过偶数个配置、两两一组结构的电动调压器的滑动 端与奇数个平衡电抗器相连，以多个平衡级结构输出电压，为自耦变压器 提供输入电压，自耦变压器通过固态继电器经升流变压器接至待检测的产 品，并为其提供需要的检测电流；检测部分，实时的将输出电流和各电动调压器的电压反馈给控制部分， 以实现闭环调节，其中由电流传感器将输出电流转换为模拟量，并将其反 馈给控制部分的控制电路；由电压传感器将各电动调压器的输出电压转换 为模拟量，并将其反馈给控制部分中的每个控制电路；控制部分釆用全数字控制技术；通过控制电路接执行机构；对各电动 调压器相连的电机分别进行闭环同步调节。执行机构为与控制电路分别连接的电机；两个电机接共用一个控制电路；显示部分，通过数显电流表连接在电流传感器输出端，显示模拟量转 换为数字量的数字。
5. 按权利要求4所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装置， 其特征为其中直接连接在一组电动调压器之间的平衡电抗器构成第一平衡级，其第一平衡级中平衡电抗器的输出端分别与本级中另一平衡电抗器 两端相连，构成第二平衡级，作为第二平衡级中的平衡电抗器的输出端与下一级中平衡电抗器两端相连，构成第三平衡级，以此类推，前一平衡级 中的平衡电抗器的输出端与下一平衡级中的平衡电抗器两端相连，构成新 一平衡级。
6. 按权利要求5所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装置， 其特征为当前一平衡级与下一级平衡电抗器两端相连构成新一级平衡级 后在尾部出现一个单数平衡电抗器未被连接时，所述新一级平衡级的平衡 电抗器的输出端与余下的单数平衡电抗器的输出端相连构成最后一平衡 级。
7. 按权利要求5所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装置, 其特征为当前一平衡级与下一级平衡电抗器两端相连构成新一级平衡级 后在尾部出现有多个单数平衡电抗器未被连接时，暂时放弃所述单数平衡 电抗器的连接，当所述新一级平衡级的平衡电抗器再没有新的平衡电抗器 可以构成偶数个配接时，再将偶数个配接后构成的新一平衡级的平衡电抗 器的输出端以先出现后连接的原则依次与余下的多个单数平衡电抗器的输 出端相连，最后构成收尾级的平衡级。
8. 按权利要求4所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装置, 其特征为其中当输入电压为220V时，电动调压器数量为2N个，N是不 为零的正整数；平衡电抗器数量为2N-1个。
9. 按权利要求4所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装置, 其特征为其中当输入电压为380V时，电动调压器数量为2N个，N是不 为零的正整数；平衡电抗器数量为2N-2个。
10. 按权利要求4所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装 置，其特征为所述电压传感器两两一组，其输入端按组分别接在所述动 力部分的电动调压器上，其输出端分别接至控制部分的一个控制电路的传 感器接口部分，用于将电动调压器的输出电压转换为模拟量，并将其反馈 到相应的控制电路中；电流传感器(SQ9)的输入信号来自升流变压器，输 出接至控制部分的第一个控制电路，用于检测并反馈恒流源输出的实际电 流，将该电流转换为模拟量，并将其反馈至控制电路中第一个控制电路中。
11. 按权利要求8或9所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所 用装置，其特征为电压传感器数量与电动调压器数量相等。置，其特征为 、乂乂'乂h 、 y 农所述控制电路为多个，其中一个结构包括电源部分，单片机(MCU), 通信部分，传感器接口部分和驱动电路；其中电源部分，为整个电路提供电源，与单片机(MCU)、通信部分、传感 器接口部分和驱动电路电连接；所述单片机(MCU),嵌入有PID调节算法、PWM控制、RS485通信程序；
12.所述通信部分，采用RS485总线，实现RS485通信的接口，与单片机 (MCU)相连，实现恒流源与工业控制计算机通信，接收来自工业控制计 算机的命令，并上传恒流源的状态；所述传感器接口部分，用于切换所用的传感器，由至少二个继电器组 成，输入端接收电压传感器模拟量信号，输出端与单片机(MCU)通信；所述驱动电路，由第一 四功率三极管(Q1 Q4),第一 二功率三极管 (Q1 Q2)与第三 四功率三极管(Q3 Q4)分别为推挽式连接方式，其输 入信号分别来自单片机(MCU),输出分别与电机相连；在单片机(MCU) 的控制下实现电动调压器电机的驱动。
13. 按权利要求4所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装 置，其特征为执行机构的电机电枢与驱动电路相连输出轴分别与电动调 压器的滑动端相连，电机在控制电路的作用下转动时会带动与之相连的滑 动端运动，从而能够改变调压器滑动端的输出电压，调整系统的输出电流。
14. 按权利要求12所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装置，其特征为电机数量与电动调压器个数相等。
15. 按权利要求4或12所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装置，其特征为所述电机可釆用直流电机或步进电机或其它伺服电机。
16. 按权利要求12所述电气同步式大功率交流恒流源实现方法所用装 置，其特征为所述工业控制计算机为可编程控制器。
全文摘要
本发明公开一种电气同步式大功率恒流源实现方法和装置，通过平衡电抗器连接各电动调压器，将小功率累加为大功率，采用电气同步的方式，分别控制各电动调压器的电机，调节其滑动端的电压达到同步，调节过程分为电压预调和电流调节，输出电流保持恒定。采用闭环调节，PWM控制技术，通过RS485总线与工业控制计算机进行通信，接收来自工业控制计算机的命令，并上传恒流源的各种状态。具有输出电流精度高、系统实现简单等特点。
文档编号G05F1/10GK101196753SQ20061013453
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者于向洋, 刘付军, 宋克威, 张双林, 王玉山, 胡炳德, 邱继红 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司