专利名称：用于晶闸管整流桥的全数字化智能均流控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机励磁控制领域，主要涉及用于晶闸管整流桥的全数字化智能 均流控制装置。
背景技术：
并列运行的晶闸管整流桥由于各晶闸管的参数离散性、接线长短不同、接触电阻 大小不同等原因，会造成晶闸管整流桥输出电流存在较大差异，使得并列运行的晶闸管整 流桥负载很不均衡。这样，长期负荷重的晶间管的品质变坏，可靠性降低，寿命缩短，造成损 坏。损坏的晶闸管退出运行，又增加了其它晶闸管的负担，造成连锁反应。解决并列运行晶 闸管整流桥输出电流均衡的方法称为均流技术。通常采用的均流技术有选择适当的交流电 缆进行长线均流、通过晶间管参数匹配实现均流、在每个晶间管整流桥直流侧铜排加装可 调电抗器、对晶间管元件的触发脉冲进行微调等方法。其中采用交流电缆进行长线均流的 方式，电缆利用率低，故障晶闸管整流桥退出运行时，相应的电缆退出运行，因此，需要较多 的电缆冗余，增加成本。晶闸管参数匹配实现均流，由于晶闸管运行后，参数发生变化，均流 效果无法长期保证。加装可调电抗器均流，增加了电抗，对晶间管换向不利。而晶间管元件 的触发脉冲进行微调，采用的是模拟方法，不易实现支臂均流，且容易产生温漂，长期稳定 性差。
发明内容为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型旨在提供一种适合在励磁系统中整流 柜并联运行时需要均流场合使用的用于晶闸管整流桥的全数字化智能均流控制装置。本实 用新型采用数字式闭环控制，使稳定性大大提高。本实用新型通过下述技术方案实现用于晶闸管整流桥的全数字化智能均流控制装置，包括调节器、整流柜控制器、晶 闸管整流桥和检测器件，其特征在于所述调节器由机端信号处理模块、同步信号处理模块 和调节器控制器组成；所述整流柜控制器由整流柜控制器控制模块、整流柜控制器模数转 换模块、整流柜控制器脉冲形成模块、整流柜控制器开关量输入输出模块和整流桥显示控 制器组成；晶间管整流桥由晶间管全控整流桥、脉冲放大模块、脉冲变压器隔离触发模块和 集中反向阻断尖峰吸收模块组成；检测器件由电流传感器、传感器电源模块、整流柜控制器 和模数转换模块组成；所述机端信号处理模块调整发电机机端电压信号和电流信号输出到 调节器控制器模数转换模块；同步信号处理模块调整整流柜晶间管整流桥的阳极电压输出 到调节器控制器脉冲形成模块，成为晶闸管整流桥的阳极电压的同步信号。所述调节器控制器为PAC控制器或IPC控制器，由调节器控制器模数转换模块、调 节器控制器脉冲形成模块、调节器控制器控制模块、调节器控制器开关量输入模块和调节 器控制器开关量输出模块组成；所述调节器控制器计算晶间管整流桥的总控制角；调节器 控制器脉冲形成模块发出六相触发脉冲，输出到整流柜控制器脉冲形成模块。[0007]所述调节器控制器计算每一晶闸管整流桥支臂应通过的电流，该电流作为每个支 臂的电流给定值；比较支臂电流给定值与每一个整流柜晶闸管整流桥支臂电流实际值，得 出每一个支臂的均流移相角，最后传输到整流柜控制器。所述整流柜控制器计算晶闸管整流桥的每一个支臂电流的瞬时值，通过网络传输 到调节器控制器；整流柜控制器脉冲形成模块进行移相触发，发出触发信号，输出到脉冲放 大模块。所述脉冲放大模块触发脉冲，产生系列脉冲，并且产生强触发脉冲信号，脉冲信号 经过功率放大后，输出到脉冲变压器隔离触发模块；脉冲变压器隔离触发模块隔离控制回 路与晶闸管整流桥的高电压回路。所述集中反向阻断尖峰吸收模块由高压熔断器、高压三相整流桥和阻容元件组 成。使用时，电流检测器件测量晶闸管整流桥交流侧电流并将测量到的信号反馈到整 流柜控制器，通过整流柜控制器的采样计算，分别计算出晶间管整流桥上每个支臂晶闸管 元件的平均电流，该计算结果通过工业以太网络传输到调节器，调节器在进行常规控制计 算的同时，再采用调节控制数字均流算法，分别计算出并列运行晶闸管整流桥每个支臂晶 闸管为了均流而需要移动的的均流移相控制角度；该移相控制角度又通过工业以太网络发 送到各个整流柜控制器，每个支臂晶间管的触发控制脉冲得到调整，从而使并列运行晶闸 管整流桥输出电流趋于一致。通过实时的采样、闭环控制，可以确保并列运行的晶闸管整流 桥实时处于均流状态。本实用新型具有以下优点一、用于晶闸管整流桥的全数字化智能均流控制装置，采用的是数字式闭环均流 控制。调节器和整流柜控制器均为完全数字式的微机控制器，其信号采样、控制计算和脉 冲形成均采用数字方式实现；调节器和整流柜控制器之间采用双工业以太网络进行网络 通讯，所有采集的数据和均流移相控制角度全部以数字的方式通过双工业以太网络进行传 输。采用数字式闭环均流方式比其他均流方式控制精度高，而且无温漂，结构更简单可靠， 控制方案灵活，参数调整方便，也更稳定。二、通过整流柜控制器完成对晶间管整流桥上每个支臂晶间管元件平均电流的测 量和计算，由调节器实现均流的调节控制数字均流算法，可以方便的判断哪个支臂元件故 障，哪条支路退出运行，正常运行的并联支臂有多少。三、通过对并列运行的每只晶闸管整流桥的电流值实时采集、进行数字滤波和定 点采样分析，通过双工业以太网络进行数值传输，实现的均流是并联支臂的均流，优于整流 桥之间的均流。实现了在全动态环境下多并列运行晶闸管整流桥全数字化智能均流。
图1为励磁系统原理图图2为整流柜原理图图3为集中反向阻断尖峰吸收原理图图4为整流桥原理及支臂电流采样原理图图中标记1、调节器，2、整流柜控制器，3、晶闸管整流桥，4、检测器件，5、机端信号
4处理模块，6、同步信号处理模块，7、调节器控制器，8、整流柜控制器控制模块，9、整流柜控 制器模数转换模块，10、整流柜控制器脉冲形成模块，11、整流柜控制器开关量输入输出模 块，12、整流桥显示控制器，13、晶间管全控整流桥，14、脉冲放大模块，15、脉冲变压器隔离 触发模块，16、集中反向阻断尖峰吸收模块，17、电流传感器，18、传感器电源模块，19、模数 转换模块，20、调节器控制器模数转换模块，21、调节器控制器脉冲形成模块，22、调节器控 制器控制模块，23、调节器控制器开关量输入模块，24、调节器控制器开关量输出模块，25、 高压熔断器，26、高压三相整流桥。
具体实施方式
实施例1用于晶间管整流桥的全数字化智能均流控制装置，包括调节器1、整流柜控制器 2、晶间管整流桥3和检测器件4，所述调节器1由机端信号处理模块5、同步信号处理模块6 和调节器控制器7组成；所述整流柜控制器2由整流柜控制器控制模块8、整流柜控制器模 数转换模块9、整流柜控制器脉冲形成模块10、整流柜控制器开关量输入输出模块11和整 流桥显示控制器12组成；晶间管整流桥3由晶间管全控整流桥13、脉冲放大模块14、脉冲 变压器隔离触发模块15和集中反向阻断尖峰吸收模块16组成；检测器件4由电流传感器 17、传感器电源模块18、整流柜控制器2和模数转换模块19组成；所述机端信号处理模块5 调整发电机机端电压信号和电流信号，使其适合输出到调节器控制器模数转换模块20 ；同 步信号处理模块6调整晶间管整流桥3的阳极电压，使其适合输出到调节器控制器脉冲形 成模块21，成为晶闸管整流桥3的阳极电压的同步信号。所述调节器1的核心部件调节器控 制器7为PAC控制器，机端信号处理模块5调整发电机机端电压信号和电流信号，使其适合 输出到调节器控制器模数转换模块20。同步信号处理模块6调整晶间管整流桥3的阳极电 压，使其适合输出到调节器控制器脉冲形成模块21，成为晶闸管整流桥3的阳极电压的同 步信号。调节器控制器7采样机端信号，通过交流算法，计算出发电机的瞬时三相线电压、 相电压、各相有功功率、各相无功功率、电压有效值、电流有效值、总的有功功率和总的无功 功率以及功率因数。调节器控制器7根据发电机信号和给定信号，通过PID算法，计算出晶 闸管整流桥3的总控制角。调节器控制器脉冲形成模块21根据总控制角和晶间管整流桥3 的阳极电压的同步信号，发出六相触发脉冲，输出到整流柜控制器脉冲形成模块10，成为晶 闸管整流桥3的总触发同步信号。每一个整流柜控制器2计算出晶闸管整流桥3的每一个 支臂电流的瞬时值，通过网络，传输到调节器控制器7。调节器控制器7根据实际的运行整 流柜的个数，计算出每一晶闸管整流桥3支臂应通过的电流，该电流作为每个支臂的电流 给定值。在计算支臂电流给定值时，采用实际的并联的晶闸管数量，因此晶闸管整流桥3每 一支臂+U、+V、+W、-U、-V、-W不一定相同，由于可能有些支臂因故障退出运行，因而支臂电 流给定值不一定相同。比较支臂电流给定值与每一个晶闸管整流桥3支臂电流实际值，如 果支臂电流给定值大于相应的晶闸管整流桥3支臂电流实际值，该支臂的均流移相角等于 零；如果支臂电流给定值小于相应的晶闸管整流桥3支臂电流实际值，该误差值经过PI调 节和延时，计算出支臂的均流移相角。均流移相角一般给予最大最小限制。调节器控制器7 计算出晶闸管整流桥3的每一个支臂的均流移相角，一般只计算晶闸管整流桥3正组的支 臂的均流移相角，通过网络，传输到整流柜控制器2。整流柜控制器脉冲形成模块10根据总
5触发同步信号和每一个支臂的均流移相角，进行移相触发，发出触发信号，输出到脉冲放大 模块14。脉冲放大模块14的功能是触发脉冲，产生系列脉冲，并且产生强触发脉冲信号，脉 冲信号经过功率放大后，输出到脉冲变压器隔离触发模块15。调节器控制器7通过以太网 与整流柜控制器2通讯，晶间管整流桥3运行时，会出现换相过电压，换相过电压是由励磁 变漏感及线路电感引起的，在每个晶闸管整流桥3交流侧接入一套集中反向阻断式阻容吸 收回路，可同时吸收晶闸管整流桥3的交流侧过电压和换相过电压尖峰。集中反向阻断尖 峰吸收模块16由高压熔断器25、高压三相整流桥26、阻容元件组成。高压熔断器25防止 元件故障引起事故扩大。高压三相整流桥26—方面将三相交流电压整流，另一方面使换向 尖峰可以加到阻容元件上，使换向尖峰被抑制和吸收。由于高压三相整流桥26的存在，电 容不会通过晶闸管放电，保护了电容，因此称为反向阻断式。又由于阻容是集中配置，整个 晶闸管整流桥3配置一套，减少元器件的数量。当交流侧出现过电压时，将通过晶闸管整流 桥3向电容器充电，由于电容器两端电压不能突变，交流侧过电压得以限制。当过电压能量 被转移后，电容器又通过电阻释放所储存的电荷。该吸收回路的放电电流由于晶闸管整流 桥3的反向阻断作用而自成回路，有助于减小晶闸管元件导通时的电流上升率，此外，还可 避免电容器和励磁变压器回路电感构成谐振。晶间管整流桥3并联运行时，允许部分集中 反向阻断尖峰吸收模块16退出运行，剩余的集中反向阻断尖峰吸收模块16可以完成换向 尖峰的抑制和吸收。当发电机励磁电流较大时，如2000A，需要几个整流柜晶闸管整流桥3并联运行， 每个晶闸管整流桥3的检测器件4包括电流传感器17，在U、V、W相交流进线上分别安装三 只电流传感器17。电流传感器17采用霍尔传感器，防止电磁式电流传感器由于电流不对称 产生的偏磁而测量不准确。每一相霍尔传感器可以检测与该相连接的正晶间管和负晶闸管 的电流，避免每一支臂安装电流传感器17。晶闸管整流桥3的检测器件4输出连接到整流 柜控制器模数转换模块9，整流柜控制器2采集电流传感器17的信号，通过滤波计算和交流 计算，计算出晶闸管整流桥3的每一个支臂电流。每一个支臂导通120°电角度。该波形为 梯形波，梯形波的斜边由发电机的励磁电流和励磁变压器的二次侧漏抗决定。实施例2用于晶间管整流桥的全数字化智能均流控制装置，包括调节器1、整流柜控制器 2、晶间管整流桥3和检测器件4，所述调节器1由机端信号处理模块5、同步信号处理模块6 和调节器控制器7组成；所述整流柜控制器2由整流柜控制器控制模块8、整流柜控制器模 数转换模块9、整流柜控制器脉冲形成模块10、整流柜控制器开关量输入输出模块11和整 流桥显示控制器12组成；晶间管整流桥3由晶间管全控整流桥13、脉冲放大模块14、脉冲 变压器隔离触发模块15和集中反向阻断尖峰吸收模块16组成；检测器件4由电流传感器 17、传感器电源模块18、整流柜控制器2和模数转换模块19组成；所述机端信号处理模块5 调整发电机机端电压信号和电流信号，使其适合输出到调节器控制器模数转换模块20 ；同 步信号处理模块6调整晶间管整流桥3的阳极电压，使其适合输出到调节器控制器脉冲形 成模块21，成为晶闸管整流桥3的阳极电压的同步信号。所述调节器1的核心部件调节器控 制器7为IPC控制器，机端信号处理模块5调整发电机机端电压信号和电流信号，使其适合 输出到调节器控制器模数转换模块20。同步信号处理模块6调整晶间管整流桥3的阳极电 压，使其适合输出到调节器控制器脉冲形成模块21，成为晶闸管整流桥3的阳极电压的同步信号。调节器控制器7采样机端信号，通过交流算法，计算出发电机的瞬时三相线电压、 相电压、各相有功功率、各相无功功率、电压有效值、电流有效值、总的有功功率和总的无功 功率以及功率因数。调节器控制器7根据发电机信号和给定信号，通过PID算法，计算出晶 闸管整流桥3的总控制角。调节器控制器脉冲形成模块21根据总控制角和晶间管整流桥3 的阳极电压的同步信号，发出六相触发脉冲，输出到整流柜控制器脉冲形成模块10，成为晶 闸管整流桥3的总触发同步信号。每一个整流柜控制器2计算出晶闸管整流桥3的每一个 支臂电流的瞬时值，通过网络，传输到调节器控制器7。调节器控制器7根据实际的运行整 流柜的个数，计算出每一晶闸管整流桥3支臂应通过的电流，该电流作为每个支臂的电流 给定值。在计算支臂电流给定值时，采用实际的并联的晶闸管数量，因此晶闸管整流桥3每 一支臂+U、+V、+W、-U、-V、-W不一定相同，由于可能有些支臂因故障退出运行，因而支臂电 流给定值不一定相同。比较支臂电流给定值与每一个晶闸管整流桥3支臂电流实际值，如 果支臂电流给定值大于相应的晶闸管整流桥3支臂电流实际值，该支臂的均流移相角等于 零；如果支臂电流给定值小于相应的晶闸管整流桥3支臂电流实际值，该误差值经过PI调 节和延时，计算出支臂的均流移相角。均流移相角一般给予最大最小限制。调节器控制器7 计算出晶闸管整流桥3的每一个支臂的均流移相角，一般只计算晶闸管整流桥3正组的支 臂的均流移相角，通过网络，传输到整流柜控制器2。整流柜控制器脉冲形成模块10根据总 触发同步信号和每一个支臂的均流移相角，进行移相触发，发出触发信号，输出到脉冲放大 模块14。脉冲放大模块14的功能是触发脉冲，产生系列脉冲，并且产生强触发脉冲信号，脉 冲信号经过功率放大后，输出到脉冲变压器隔离触发模块15。调节器控制器7通过以太网 与整流柜控制器2通讯，晶间管整流桥3运行时，会出现换相过电压，换相过电压是由励磁 变漏感及线路电感引起的，在每个晶闸管整流桥3交流侧接入一套集中反向阻断式阻容吸 收回路，可同时吸收晶闸管整流桥3的交流侧过电压和换相过电压尖峰。集中反向阻断尖 峰吸收模块16由高压熔断器25、高压三相整流桥26、阻容元件组成。高压熔断器25防止 元件故障引起事故扩大。高压三相整流桥26 —方面将三相交流电压整流，另一方面使换向 尖峰可以加到阻容元件上，使换向尖峰被抑制和吸收。由于高压三相整流桥26的存在，电 容不会通过晶闸管放电，保护了电容，因此称为反向阻断式。又由于阻容是集中配置，整个 晶闸管整流桥3配置一套，减少元器件的数量。当交流侧出现过电压时，将通过晶闸管整流 桥3向电容器充电，由于电容器两端电压不能突变，交流侧过电压得以限制。当过电压能量 被转移后，电容器又通过电阻释放所储存的电荷。该吸收回路的放电电流由于晶闸管整流 桥3的反向阻断作用而自成回路，有助于减小晶闸管元件导通时的电流上升率，此外，还可 避免电容器和励磁变压器回路电感构成谐振。晶间管整流桥3并联运行时，允许部分集中 反向阻断尖峰吸收模块16退出运行，剩余的集中反向阻断尖峰吸收模块16可以完成换向 尖峰的抑制和吸收。 当发电机励磁电流较大时，如2200A，需要几个整流柜晶闸管整流桥3并联运行， 每个晶闸管整流桥3的检测器件4包括电流传感器17，在U、V、W相交流进线上分别安装三 只电流传感器17。电流传感器17采用霍尔传感器，防止电磁式电流传感器由于电流不对称 产生的偏磁而测量不准确。每一相霍尔传感器可以检测与该相连接的正晶间管和负晶闸管 的电流，避免每一支臂安装电流传感器17。晶闸管整流桥3的检测器件4输出连接到整流 柜控制器模数转换模块9，整流柜控制器2采集电流传感器17的信号，通过滤波计算和交流计算，计算出晶闸管整流桥3的每一个支臂电流。每一个支臂导通120。电角度。该波形为
梯形波，梯形波的斜边由发电机的励磁电流和励磁变压器的二次侧漏抗决定。 本实用新型不限于以上实施例，但均应落入本实用新型权利要求保护范围之内。
权利要求用于晶闸管整流桥的全数字化智能均流控制装置，包括调节器(1)、整流柜控制器(2)、晶闸管整流桥(3)和检测器件(4)，其特征在于所述调节器(1)由机端信号处理模块(5)、同步信号处理模块(6)和调节器控制器(7)组成；所述整流柜控制器(2)由整流柜控制器控制模块(8)、整流柜控制器模数转换模块(9)、整流柜控制器脉冲形成模块(10)、整流柜控制器开关量输入输出模块(11)和整流桥显示控制器(12)组成；晶闸管整流桥(3)由晶闸管全控整流桥(13)、脉冲放大模块(14)、脉冲变压器隔离触发模块(15)和集中反向阻断尖峰吸收模块(16)组成；检测器件(4)由电流传感器(17)、传感器电源模块(18)、整流柜控制器(2)和模数转换模块(19)组成；所述机端信号处理模块(5)调整发电机机端电压信号和电流信号输出到调节器控制器模数转换模块(20)；同步信号处理模块(6)调整整流柜晶闸管整流桥(3)的阳极电压输出到调节器控制器脉冲形成模块(21)，成为晶闸管整流桥(3)的阳极电压的同步信号。
2.根据权利要求1所述用于晶间管整流桥的全数字化智能均流控制装置，其特征在 于所述调节器控制器(7)为PAC控制器或IPC控制器，由调节器控制器模数转换模块 (20)、调节器控制器脉冲形成模块(21)、调节器控制器控制模块(22)、调节器控制器开关 量输入模块(23)和调节器控制器开关量输出模块(24)组成；所述调节器控制器(7)计算 晶闸管整流桥(3)的总控制角；调节器控制器脉冲形成模块(21)发出六相触发脉冲，输出 到整流柜控制器脉冲形成模块(10)。
3.根据权利要求1或2所述用于晶闸管整流桥的全数字化智能均流控制装置，其特征 在于所述调节器控制器(7)计算每一晶闸管整流桥(3)支臂应通过的电流，该电流作为每 个支臂的电流给定值；比较支臂电流给定值与每一个整流柜晶闸管整流桥(3)支臂电流实 际值，得出每一个支臂的均流移相角，最后传输到整流柜控制器(2)。
4.根据权利要求3所述用于晶间管整流桥的全数字化智能均流控制装置，其特征在 于所述整流柜控制器(2)计算晶闸管整流桥(3)的每一个支臂电流的瞬时值，通过网络传 输到调节器控制器(7)；整流柜控制器脉冲形成模块(10)进行移相触发，发出触发信号，输 出到脉冲放大模块(14)。
5.根据权利要求4所述用于晶间管整流桥的全数字化智能均流控制装置，其特征在 于所述脉冲放大模块(14)触发脉冲，产生系列脉冲，并且产生强触发脉冲信号，脉冲信号 经过功率放大后，输出到脉冲变压器隔离触发模块(15)。
6.根据权利要求5所述用于晶间管整流桥的全数字化智能均流控制装置，其特征在 于所述集中反向阻断尖峰吸收模块(16)由高压熔断器(25)、高压三相整流桥(26)和阻 容元件组成。
专利摘要本实用新型公开了一种用于晶闸管整流桥的全数字化智能均流控制装置，包括调节器、整流柜控制器、晶闸管整流桥和检测器件，所述调节器的机端信号处理模块调整发电机机端电压信号和电流信号，使其适合输出到调节器控制器模数转换模块；同步信号处理模块调整整流柜晶闸管整流桥的阳极电压，使其适合输出到调节器控制器脉冲形成模块，成为晶闸管整流桥的阳极电压的同步信号。本实用新型采用数字式闭环控制，通过实时的采样、控制，实现了在全动态环境下多并列运行晶闸管整流桥全数字化智能均流。
文档编号H02M1/08GK201682409SQ20102013226
公开日2010年12月22日 申请日期2010年3月16日 优先权日2010年3月16日
发明者汪大卫 申请人:东方电气集团东方电机有限公司;东方电机控制设备有限公司