一种用于晶闸管的调压装置及方法与流程

本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及一种用于晶闸管的调压装置及方法。

背景技术：

晶闸管整流是目前的电力电子控制中必不可少的组件之一，也是在电子信息类专业教学中，学生所必须了解并学习使用的电子组件。

目前市场上用于电力电子实验平台中的晶闸管的整流部分还是采用传统设计，其中晶闸管的触发方式多采用专用的芯片或单片机。并且传统的触发电路十分复杂，出厂后不可编程也无法进行闭环控制，学生难以在此基础上拓展或自主开发进一步的晶闸管使用方案。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种用于晶闸管的调压装置及方法，能够进行快速编程，且提高了触发的稳定和移相的准确度，还方便了操作者实时获取实验参数，提高了实验效率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供的数字化晶闸管调压装置，包括：实时控制单元、同步信号采样单元、数据采集单元、晶闸管触发单元和晶闸管模块；其中，所述实时控制单元分别连接所述同步信号采样单元、所述数据采集单元和所述晶闸管触发单元，所述晶闸管模块分别连接所述数据采集单元和所述晶闸管触发单元；所述晶闸管模块由单相晶闸管调压电路和三相晶闸管调压电路并联组成；所述晶闸管触发单元由指定数量的触发放大电路并联组成；所述数据采集单元由电压采集电路和电流采集电路并联组成，用于采集所述晶闸管模块的负载数据并传输至所述实时控制单元，所述负载数据包括所述晶闸管模块的工作电压和工作电流；所述同步信号采样单元由多路电压采集模块组成，用于与所述数据采集单元同步采集单相交流信号和三相交流信号；

第二方面，本发明的实施例提供的开环控制的数字化晶闸管调压方法，包括：通过所述同步信号采集单元采集主电路供电用的交流信号，并将所述交流信号传送至实时控制单元；通过所述实时控制单元对所采集的交流信号进行过零检测，并获取正负过零信号，同时根据接受到的输入信息获取具体移相角度；通过所述数据采集单元采集所述晶闸管模块的负载数据并传至所述实时控制单元，并由所述实时控制单元实时显示所述晶闸管模块的负载数据；通过所述实时控制单元根据所述正负过零信号和所述具体的移相角度，生成移相触发控制信号，并将所述移相触发控制信号向所述晶闸管触发单元发送；通过所述晶闸管触发单元放大所述移相触发控制信号，并将放大后的所述移相触发控制信号向所述晶闸管模块发送，由所述晶闸管模块接受到所述移相触发控制信号后触发晶闸管。

第二方面，本发明的实施例提供的闭环控制的数字化晶闸管调压方法，包括：通过所述同步信号采集单元采集主电路供电用的交流信号，并将所述交流信号传送至实时控制单元；通过所述实时控制单元对所采集的交流信号进行过零检测，并获取正负过零信号；通过所述实时控制单元根据所述负载数据和预设的控制策略，计算得到移相触发控制信号；通过所述数据采集单元采集所述晶闸管模块的负载数据并传至所述实时控制单元，并由所述实时控制单元实时显示所述晶闸管模块的负载数据；通过所述实时控制单元根据所述正负过零信号和所述具体的移相角度，生成移相触发控制信号，并将所述移相触发控制信号向所述晶闸管触发单元发送；通过所述晶闸管触发单元放大所述移相触发控制信号，并将放大后的所述移相触发控制信号向所述晶闸管模块发送，由所述晶闸管模块接受到所述移相触发控制信号后触发晶闸管。

本发明实施例提供的数字化晶闸管调压装置及调压方法，能够通过实时控制单元进行快速编程，且触发电路的结构相对于专用晶闸管触发芯片的已大幅简化，提高了触发的稳定和移相的准确度。并且同时支持进行开环/闭环控制。进一步的，通过在实时控制单元中实时显示负载数据，便于操作者实时获取实验参数，提高了实验效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的触发放大电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的三相调压主电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的控制流程框图；

图5为本发明实施例提供的实验结果示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明实施例提供一种数字化晶闸管调压装置，如图1所示，包括：实时控制单元、同步信号采样单元、数据采集单元、晶闸管触发单元和晶闸管模块；

所述实时控制单元分别连接所述同步信号采样单元、所述数据采集单元和所述晶闸管触发单元，所述晶闸管模块分别连接所述数据采集单元和所述晶闸管触发单元；

所述晶闸管模块由单相晶闸管调压电路和三相晶闸管调压电路并联组成；

所述晶闸管触发单元由指定数量的触发放大电路并联组成；

所述数据采集单元由电压采集电路和电流采集电路并联组成，用于采集所述晶闸管模块的负载数据并传输至所述实时控制单元，所述负载数据包括所述晶闸管模块的工作电压和工作电流；

所述同步信号采样单元由多路电压采集模块组成，用于与所述数据采集单元同步采集单相交流信号和三相交流信号。

具体的，同步信号采集单元采集到的交流信号传输至实时控制单元，在Matlab/Simulink或Labview中进行软件过零检测，配合所需要的移相角度发出最终的移相触发控制信号。数据采集单元采集到的各类数据反馈到实时控制单元，并以图形、数据等形式显示同时可通过改变移相角度形成闭环控制。所有的控制算法在Matlab/Simulink或Labview中实现，快速、高效，是真正数字化的实验装置。

其中，所述实时控制单元包括运行了Matlab/Simulink或Labview软件环境的PC机设备和与所述PC机设备相连的Quanser或NI平台设备，所述Matlab/Simulink或Labview软件环境中包括显示单元、单相过零检测及触发控制单元和三相过零检测及触发控制单元，所述Quanser或NI平台中包括数据采集卡和实时控制软件包括；或者，所述实时控制单元包括运行了所述Matlab/Simulink或Labview软件环境和所述Quanser或NI平台的PC机设备。

具体的，如图4所示，为实时控制平台Matlab/Simulink或Labview软件环境下编写的控制程序框图，其中大致的控制流程包括：a0,a1,a2模拟信号采集通道传送同步信号采集单元采集到的U,V,W三相相电压至过零检测及移相控制处理模块中的A0，A1，A2，移相角给定值C链接过零检测及移相控制处理模块中的Phase_Angle,VT1-VT6为经过移相处理的控制信号连接到数字信号输出模块的d1-d6；d1-d6输出分别接晶闸管触发单元6路触发放大电路的控制信号端。

在本实施例的优选方案中，所述晶闸管触发单元具体由6路触发放大电路并联组成，其中，每一路触发放大电路由功率三极管、脉冲变压器、二极管和电阻组成，触发放大电路用于对所述实时控制单元发出的移相触发控制信号进行放大，并将放大后的移相触发控制信号向所述晶闸管模块发送。

其中，如图2所示的，所述实时控制单元发出所述移相触发控制信号后，由触发放大电路的R1左端接收，经由功率三极管Q1后接入脉冲变压器T1，在脉冲变压器T1进行放大并得到放大后的移相触发控制信号G、K，所述触发放大电路通过5V直流电供电。

本实施例中，所述三相晶闸管调压电路包括如图3所示的三相调压主电路，由6个反并联的晶闸管组成，即VT1和VT4反并联后串联在交流电路中，VT3和VT6反并联后串联在交流电路中，VT5和VT2反并联后串联在交流电路中，L1，L2，L3接入三相电，分别对6个晶闸管的移相控制角进行控制就可以调节输出电压。

本发明实施例提供一种数字化晶闸管调压方法，用于上述如图1所示的数字化晶闸管调压装置。所述方法适用于开环控制，包括：

A1、通过所述同步信号采集单元采集主电路供电用的交流信号，并将所述交流信号传送至实时控制单元。

A2、通过所述实时控制单元对所采集的交流信号进行过零检测，并获取正负过零信号，同时根据接受到的输入信息获取具体移相角度。

A3、通过所述数据采集单元采集所述晶闸管模块的负载数据并传至所述实时控制单元，并由所述实时控制单元实时显示所述晶闸管模块的负载数据。

A4、通过所述实时控制单元根据所述正负过零信号和所述具体的移相角度，生成移相触发控制信号，并将所述移相触发控制信号向所述晶闸管触发单元发送。

A5、通过所述晶闸管触发单元放大所述移相触发控制信号，并将放大后的所述移相触发控制信号向所述晶闸管模块发送，由所述晶闸管模块接受到所述移相触发控制信号后触发晶闸管。

本发明实施例提供还一种数字化晶闸管调压方法，用于上述如图1所示的数字化晶闸管调压装置。所述方法适用于闭环控制，包括：

B1、通过所述同步信号采集单元采集主电路供电用的交流信号，并将所述交流信号传送至实时控制单元。

B2、通过所述实时控制单元对所采集的交流信号进行过零检测，并获取正负过零信号。

B3、通过所述实时控制单元根据所述负载数据和预设的控制策略，计算得到移相触发控制信号。

B4、通过所述数据采集单元采集所述晶闸管模块的负载数据并传至所述实时控制单元，并由所述实时控制单元实时显示所述晶闸管模块的负载数据。

B5、通过所述实时控制单元根据所述正负过零信号和所述具体的移相角度，生成移相触发控制信号，并将所述移相触发控制信号向所述晶闸管触发单元发送。

B6、通过所述晶闸管触发单元放大所述移相触发控制信号，并将放大后的所述移相触发控制信号向所述晶闸管模块发送，由所述晶闸管模块接受到所述移相触发控制信号后触发晶闸管。

本发明实施例提供的调压方法，能够通过实时控制单元进行快速编程，且触发电路的结构相对于专用晶闸管触发芯片的已大幅简化，相对于移相角为30度时三相调压电阻负载理论波形，参照如图5所示的移相角为30度时三相调压电阻负载实时采集波形可以见得，本实施例提高了触发的稳定和移相的准确度。并且同时支持进行开环/闭环控制。进一步的，通过在实时控制单元中实时显示负载数据，便于操作者实时获取实验参数，提高了实验效率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。