本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种晶闸管均流装置。
背景技术：
单只晶闸管的电流容量非常有限，目前市场上最大电流4500a，并且价格非常昂贵，远远超过了所有并联小电流晶闸管的价格总和，所以在工程应用中通常会采用合适电流等级的晶闸管并联使用。而晶闸管并联使用时，就需要均流，若电流分配不均衡，有的电流很大，有的电流很小，甚至有的电流为零，那电流大的晶闸管就有可能损坏。
传统均流方式需要将各并联晶闸管回路的参数严格匹配，比如在晶闸管回路中加入感性或容性元件，以手动的方式边试边调，使各回路等效阻抗尽量相等。这种方式耗时长，随着温度、湿度等环境的变化，等效阻抗可能变化，导致均流失败；并且在更换任一只晶闸管后，回路等效阻抗需要重新匹配，即传统晶闸管均流方式存在生产效率低的问题。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可提高生产效率的晶闸管均流装置。
一种晶闸管均流装置，包括电流检测单元、控制单元以及晶闸管均流执行单元，其中，晶闸管均流执行单元包括多个磁环，待均流晶闸管回路包括多个并联的晶闸管回路单元；
晶闸管均流执行单元中的单个磁环产生的磁场覆盖单个晶闸管回路单元，电流检测单元分别与待均流晶闸管回路中的各晶闸管回路单元以及控制单元连接，控制单元与晶闸管均流执行单元连接；
电流检测单元获取各晶闸管回路单元的电流实时值，控制单元根据各晶闸管回路单元的电流实时值以及电流预设值生成脉冲信号，并将脉冲信号发送至晶闸管均流执行单元，由晶闸管均流执行单元根据脉冲信号调节各磁环的磁场强度，以使各晶闸管回路单元的等效阻抗相同。
上述晶闸管均流装置，电流检测单元获取待均流晶闸管回路中各晶闸管回路单元的电流实时值，并将获取到的各电流实时值发送至控制单元，控制单元根据各电流实时值以及电流预设值生成脉冲信号，通过该脉冲信号驱动晶闸管均流执行单元，调节晶闸管均流执行单元中各磁环的磁场强度，以改变各晶闸管回路单元的等效阻抗，使各晶闸管回路单元的等效阻抗相同，进而实现流过各晶闸管回路单元的电流均衡，这样无需手动调试可实现各晶闸管回路单元的等效阻抗相同，可以极大地提高生产效率。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的控制单元根据各晶闸管回路单元的电流实时值以及电流预设值，基于pid算法生成脉冲信号。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的晶闸管均流执行单元包括驱动机构、传动机构、动磁芯和定磁芯；
驱动机构与传动机构连接，传动机构与动磁芯连接，以使动磁芯跟随传动机构运动，动磁芯与定磁芯形成磁环。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中传动机构包括主动件和从动件，驱动机构与主动件连接，主动件与从动件连接，从动件与动磁芯连接，以使动磁芯跟随从动件运动。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的主动件为传动齿轮，从动件为螺杆，驱动机构与传动齿轮连接，传动齿轮与螺杆啮合，动磁芯与螺杆连接，以使动磁芯跟随螺杆运动。
在一个实施例中，晶闸管均流装置还包括导向件，导向件具有导向通道，从动件穿设于导向通道并与导向通道形成滑动配合。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的驱动机构包括电机驱动器和电机，电机驱动器与电机连接，电机与传动机构连接。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的电机为步进电机。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的电流检测单元包括多个电流传感器，电流传感器的数量与晶闸管回路单元的数量相同，单个电流传感器与单个晶闸管回路单元连接。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中磁环的数量与晶闸管回路单元的数量相同。
附图说明
图1为一个实施例中晶闸管均流装置的结构框图；
图2为一个实施例中晶闸管回路单元中的晶闸管穿过磁环的示意图；
图3为一个实施例中执行单元的结构意图；
图4为另一个实施例中执行单元的结构意图。
具体实施方式
一种晶闸管均流装置，如图1所示，包括电流检测单元100、控制单元200以及晶闸管均流执行单元300，其中，晶闸管均流执行单元300包括多个磁环，待均流晶闸管回路包括多个并联的晶闸管回路单元；晶闸管均流执行单元300中的单个磁环产生的磁场覆盖单个晶闸管回路单元，电流检测单元100分别与待均流晶闸管回路中的各晶闸管回路单元以及控制单元200连接，控制单元200与晶闸管均流执行单元300连接；电流检测单元100获取各晶闸管回路单元的电流实时值，控制单元200根据各晶闸管回路单元的电流实时值以及电流预设值生成脉冲信号，并将脉冲信号发送至晶闸管均流执行单元300，由晶闸管均流执行单元300根据脉冲信号调节各磁环的磁场强度，以使各晶闸管回路单元的等效阻抗相同。
电流检测单元100用于获取待均流晶闸管回路中各并联晶闸管回路单元的电流实时值，比如可以通过电流传感器串联在晶闸管回路单元，获取各晶闸管回路单元的电流实时值。
控制单元200根据各晶闸管回路单元的电流实时值以及电流预设值生成脉冲信号，并将脉冲信号发送至晶闸管均流执行单元300。控制单元具体可以包括stm32控制芯片，比如stm32f103rbt6控制芯片，stm32f103rbt6控制芯片基于32位cortex-m3架构内核，内置128k的flash闪存、20k的ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)、12位模数转换器、4个16位定时器和3路usart(universalsynchronous/asynchronousreceiver/transmitter，通用同步/异步串行接收/发送器)通讯口等多种资源，时钟频率最高可达72mhz。或者stm32f103zet6控制芯片，stm32f103zet6控制芯片是一款32位带512k字节闪存的微型处理器芯片，具有较高的性能，stm32f103zet6基于arm内核，相比较于传统的单片机芯片，它拥有更多更强的功能；在单芯片控制系统中，它具有32位cpu(centralprocessingunit，中央处理器)、11个定时器、3个模数转换器、13个通信接口以及112个快速i/o端口。
晶闸管均流执行单元300响应控制单元200发出的脉冲信号，根据脉冲信号调节各磁环的磁场强度，晶闸管回路单元穿过的磁环的磁场强度越强，该晶闸管回路单元的等效阻抗越大，通过该晶闸管回路单元的电流越小；反之，晶闸管回路单元穿过的磁环的磁场强度越弱，该晶闸管回路单元的等效阻抗越小，通过该晶闸管回路单元的电流越大。
并联的晶闸管回路单元各自穿过一个由两个u型磁芯组成的磁环，如图2所示。电流检测单元采集各晶闸管回路单元的电流实时值并发送给控制单元，控制单元将各晶闸管回路单元的电流实时值与电流预设值比较产生偏差，输出脉冲信号至晶闸管均流执行单元，以调节各磁环两个磁芯的接触面积，从而改变磁场强度的大小，进而改变各晶闸管回路单元的等效阻抗。各晶闸管回路单元的等效阻抗相等，那么在电压相同和触发信号一致(对各并联晶闸管施加同一触发信号)的情况下，各并联晶闸管回路单元的电流就会相等。
上述晶闸管均流装置，电流检测单元100获取待均流晶闸管回路中各晶闸管回路单元的电流实时值，并将获取到的各电流实时值发送至控制单元200，控制单元200根据各电流实时值以及电流预设值生成脉冲信号，通过该脉冲信号驱动晶闸管均流执行单元300，调节晶闸管均流执行单元300中各磁环的磁场强度，以改变各晶闸管回路单元的等效阻抗，使各晶闸管回路单元的等效阻抗相同，进而实现流过各晶闸管回路单元的电流均衡，这样无需手动调试可实现各晶闸管回路单元的等效阻抗相同，可以极大地提高生产效率。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的控制单元根据各晶闸管回路单元的电流实时值以及电流预设值，基于pid算法生成脉冲信号。pid算法中有p(比例)、i(积分)、d(微分)三个参数，比例参数的作用是对放大倍数进行调节，△p＝kp×e，式中kp为比例增益，kp可大于1，也可小于1；e为测量值与给定值之差，又称为偏差。积分参数的作用就是为了消除余差，积分就是随时间进行累积，即当有偏差输入e存在时，控制单元将偏差随时间不断累积，也就是积分累积的快慢与偏差e的大小和积分速度成正比。只要有偏差e存在，控制单元的输出就要改变，也就是说积分只有在偏差不存在时才会停止。对于恒定的偏差，调整积分参数的作用是改变控制单元输出的变化速率，这个速率是通过积分作用的输出等于比例作用的输出所需的一段时问来衡量的。积分时间小，表示积分速度大，积分作用就强；反之，积分时问大，则积分作用就弱。如果积分时间无穷大，表示没有积分作用，控制单元就成为纯比例控制。
积分参数很少单独使用，通常与比例参数一起使用，使其既具有把偏差放大(或缩小)的比例作用，又具有将偏差随时间累积的积分作用，且其作用方向是一致的。这时控制单元的输出为：△p＝ke+△pi，式中△p为控制单元输出值的变化；ke为比例作用引起的输出；△pi为积分作用引起的输出。微分参数的作用主要是用来克服被控对象的滞后，微分作用的输出变化与微分时间和偏差变化的速度成比例，而与偏差的大小无关，偏差变化的速度越大，微分时间越长，则微分作用的输出变化越大。但如果微分作用过强，则可能由于变化太快而由其自身引起振荡，使控制单元输出中产生明显的“尖峰”或“突跳”。因此，可以先进行微分，当改变预设电流值时，不会造成控制单元输出的突变，避免了改变预设电流值的瞬间带来的扰动。当输入阶跃信号后，微分作用一开始输出的最大变化值与微分作用消失后的输出变化的比值就是微分放大倍数kd，即微分增益，微分増益的单位是时间，设置微分时间(或者微分增益)为零会取消微分的功能。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的晶闸管均流执行单元包括驱动机构、传动机构、动磁芯和定磁芯；驱动机构与传动机构连接，传动机构与动磁芯连接，以使动磁芯跟随传动机构运动，动磁芯与定磁芯形成磁环。驱动机构是指根据控制单元发出的脉冲信号提供动力来源的机构，传动机构是指在驱动机构的带动下传递驱动机构所提供动力的机构。驱动机构接收控制单元发出的脉冲信号，将脉冲信号转换为驱动信号，驱动传动机构运行，传动机构与动磁芯连接，比如动磁芯固定在传动机构的某一位置，在传动机构运动时，动磁芯跟随传动机构运动，此时动磁芯相对于定磁芯发生了位移，动磁芯与定磁芯的接触面积改变，导致动磁芯与定磁芯形成的磁环的磁场强度发生改变，进而改变穿过磁环的晶闸管回路单元的等效阻抗。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中传动机构包括主动件和从动件，驱动机构与主动件连接，主动件与从动件连接，从动件与动磁芯连接，以使动磁芯跟随从动件运动。主动件是指驱动机构动力的直接接收对象，从动件是指在主动件带动下，跟随主动件运动的对象。驱动机构接收控制单元发出的脉冲信号，将脉冲信号转换为驱动信号，驱动主动件运动，主动件与从动件连接，主动件带动从动件运动，从动件与动磁芯连接，比如动磁芯固定在从动件的某一位置，在从动件运动时，动磁芯跟随从动件运动，此时动磁芯相对于定磁芯发生了位移，动磁芯与定磁芯的接触面积改变，导致动磁芯与定磁芯形成的磁环的磁场强度发生改变，进而改变穿过磁环的晶闸管回路单元的等效阻抗。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的主动件为传动齿轮，从动件为螺杆，驱动机构与传动齿轮连接，传动齿轮与螺杆啮合，动磁芯与螺杆连接，以使动磁芯跟随螺杆运动。驱动机构接收控制单元发出的脉冲信号，将脉冲信号转换为驱动信号，驱动传动齿轮运动，传动齿轮与螺杆啮合，传动齿轮带动螺杆运动，螺杆与动磁芯连接，比如动磁芯固定在螺杆的某一位置，在螺杆运动时，动磁芯跟随螺杆运动，此时动磁芯相对于定磁芯发生了位移，动磁芯与定磁芯的接触面积改变，导致动磁芯与定磁芯形成的磁环的磁场强度发生改变，进而改变穿过磁环的晶闸管回路单元的等效阻抗。
在一个实施例中，晶闸管均流装置还包括导向件，导向件具有导向通道，从动件穿设于导向通道并与导向通道形成滑动配合。比如导向件分别设置于螺杆的两端，这样形成导向通道，螺杆贯穿设置于导向通道，可与导向通道形成滑动配合。具体地，当螺杆与水平面平行时，位于螺杆两端的导向件也与水平面平行，由于导向件的导向作用，那么螺杆只能水平移动。当螺杆与水平面垂直时，位于螺杆两端的导向件也与水平面垂直，由于导向件的导向作用，那么螺杆只能竖直移动。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的驱动机构包括电机驱动器和电机，电机驱动器与电机连接，电机与传动机构连接。电机驱动器控制电机的运行，电机运行给传动机构提供动力。具体地，电机可以是步进电机，相应地，电机驱动器为步进电机驱动器。步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中的电流检测单元包括多个电流传感器，电流传感器的数量与晶闸管回路单元的数量相同，单个电流传感器与单个晶闸管回路单元连接。电流传感器的数量与晶闸管回路单元的数量相同，单个电流传感器与单个晶闸管回路单元连接，电流传感器与晶闸管回路单元一一对应，通过各电流传感器采集各晶闸管回路单元的电流实时值。比如有四个并联晶闸管回路单元，那么四个电流传感器分别串联在四个晶闸管回路单元中，采集各晶闸管回路单元的电流实时值。
在一个实施例中，晶闸管均流装置中磁环的数量与晶闸管回路单元的数量相同。单个晶闸管回路单元穿过一个由两个u型磁芯组成的磁环，调节两个磁芯的接触面积，从而改变磁环磁场强度的大小，进而改变穿过磁环的晶闸管回路单元的等效阻抗。
在一个实施例中，晶闸管均流装置包括电流检测单元、控制单元和执行单元，执行单元包括步进电机和步进电机驱动器，步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。控制单元发出控制驱动信号，包括使能信号和脉冲驱动信号，步进电机根据控制单元发出的脉冲个数运转指定角度。步进电机运转一周所需的脉冲个数可以通过步进电机驱动器的参数设置，发出脉冲的频率决定步进电机的运转的速度。步进电机驱动器通过电机电缆将控制脉冲转化为实际的驱动电机电能，将电能输送给步进电机，反馈电流电缆线用于传送电机运转的反馈信号，从而达到每个脉冲精确的位置控制。
当步进电机驱动系统出现故障时，将反馈信号传递给控制单元，控制单元进行逻辑判断后，采取相应的处理措施，以确保整个控制系统故障的可预测性及可控性。通过改变两磁芯的接触面积来改变磁场强度大小的结构方式有多种，如螺杆方式(如图3所示)、皮带方式(如图4所示)等。这些结构方式均是动态调节晶闸管回路的磁场强度大小，使晶闸管回路的等效阻抗变化，最终达到瞬时电流均衡的效果。以螺杆方式为例阐述执行单元如何动态调节磁场强度大小，如图3所示。执行单元包括磁芯、齿轮、步进电机、螺杆和导向块，右边磁芯的外表面固定在螺杆上，螺杆固定在导向块中，螺杆的锯齿部分与传动齿轮紧密结合。当电机轴转动时，传动齿轮带动螺杆移动，右边磁芯也跟着移动，在左边磁芯固定不动的情况下，左右两边磁芯的接触面积发生变化，磁环(左右两边磁芯组成圈称为磁环)的磁性容量发生改变，进而改变晶闸管回路的等效阻抗。
电流检测单元采集晶闸管回路的电流有效值，并发送给控制单元，控制单元根据晶闸管回路的电流有效值与给定电流值进行比较，输出脉冲驱动步进电机，通过电机的旋转调节左右两边磁芯的接触面积，从而改变晶闸管回路的等效阻抗，确保各并联晶闸管回路的等效阻抗均衡，在同一触发脉冲驱动下，各并联晶闸管回路的电流均衡。
在一个实施例中，晶闸管均流方式包括基于有效值的晶闸管均流，通过数字控制的方式改变每个晶闸管的触发角度，根据实际运行中各晶闸管电流的不同，调整各晶闸管触发时间，使电流小的晶闸管先触发导通，电流大的晶闸管后导通，从而实现各晶闸管电流有效值均衡。这种方式可实现各并联晶闸管电流平均值(有效值)的均衡，未能实现各晶闸管电流瞬时值的均衡。在多个晶闸管并联时，先导通的晶闸管要承受所有并联晶闸管的电流之和，虽然是短时的超额运行，但也容易损坏。晶闸管均流方式也可以是纯硬件晶闸管均流，从硬件的角度严格匹配各并联晶闸管回路的参数，比如在晶闸管回路中加入感性或容性元件，以手动的方式边试边调，使各晶闸管回路的等效阻抗相等。这种方式需要耗费很长时间完成并联晶闸管的瞬时电流均衡，且随着温度、湿度等环境的变化，各晶闸管回路的等效阻抗可能变化，最终导致均流失败；在更换任意一支晶闸管后，晶闸管回路的等效阻抗都需要重新匹配，十分不方便。
通过电流检测单元获取待均流晶闸管回路中各晶闸管回路单元的电流实时值，并将获取到的各电流实时值发送至控制单元，控制单元根据各电流实时值以及电流预设值生成脉冲信号，通过该脉冲信号驱动晶闸管均流执行单元，调节晶闸管均流执行单元中各磁环的磁场强度，以改变各晶闸管回路单元的等效阻抗，使各晶闸管回路单元的等效阻抗相同，进而实现流过各晶闸管回路单元的电流均衡，这样的晶闸管均流装置兼具纯硬件晶闸管均流方式瞬时电流均衡和基于有效值的晶闸管均流方式实时调节的优点，有效地解决了纯硬件晶闸管均流方式和基于有效值的晶闸管均流方式中存在的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。