一种励磁电源一体装置的制作方法

1.本发明涉及调相机励磁电源的技术技域，尤其涉及一种励磁电源一体装置。


背景技术：

2.在目前的电网无功补偿装置领域中，主要以静止无功补偿器和静止同步补偿器为主，而近些年出现的新一代大容量调相机，其性能优势相对于前两者显得更加明显。新一代大容量调相机出现之后，也出现了超导同步调相机等其他分类。在此之前，同步电机的励磁电源往往采用单电源来供电，这也就决定了如果要求励磁系统提供较高的强励倍数，在电源工作在额定状态时，晶闸管整流器的控制角将会处在较大的深控调节状态，以便工作于强励状态时有足够的强励储备。这种单电源供电的方式虽然控制较为简单，但也带来了一系列的缺点，不仅降低了供电电源的功率因数，而且使整流电压的波形发生严重的畸变。随着超导同步调相机的出现，由于其转子采用超导绕组绕制，基本呈现零电阻的特性，因此对于励磁电源的性能要求更高，一种新型的高低压切换式励磁电源的研发已迫在眉睫。
3.现有的调相机励磁电源系统大致可以分为直流励磁系统、交流励磁系统和静止励磁系统。但是，直流励磁系统存在启动复杂、整机体积大、动态响应慢等一系列问题，并且励磁机通常等效为为单励磁电源，不适合用于超导同步调相机中；交流励磁系统存在可靠性低、成本高、性能较差以及无法提供负励磁电压等问题，也不适合用于超导调相机；静止励磁系统的应用较广泛，但存在晶闸管控制换相失败交流侧功率因数低以及响应时间较长的问题，同时由于能量取自发电机端电压，因此可以将其等效为单电源供电，同样不适合用于超导同步调相机。
4.因此，为了提高超导同步调相机工作的可靠性，解决目前存在的超导同步调相机的励磁电源由于单电源供电导致不能同时满足电流调整快速性和低纹波的技术问题，亟需构建一种励磁电源一体装置。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种励磁电源一体装置，用于解决超导同步调相机的励磁电源由于单电源供电导致不能同时满足电流调整快速性和低纹波的问题。
6.本发明提供的一种励磁电源一体装置，所述装置包括双极型晶体管模块、高压模块、低压模块、保护模块和控制模块；所述双极型晶体管模块分别与所述高压模块、所述低压模块、所述保护模块和所述控制模块连接，所述高压模块与所述低压模块连接，所述保护模块分别与所述高压模块和所述双极型晶体管模块连接，所述控制模块分别与所述低压模块和所述双极型晶体管模块连接；
7.所述高压模块，用于提供强励时所需的高电压；
8.所述低压模块，用于提供调相机正常工作时的低电压；
9.所述双极型晶体管模块，用于通过开通不同的双极型晶体管，切换电源的工作模式；
10.所述保护模块，用于灭磁时吸收超导绕组中能量，以保护装置的安全运行；
11.所述控制模块，用于通过检测负载电流数值和电压数值，以及接收到的调相机信号，向所述双极型晶体管模块发出控制信号，以实现高低压工作模式的切换。
12.可选地，所述高压模块包括相互连接的十二脉波整流装置与第一lc滤波稳压模块；
13.所述十二脉波整流装置，用于提供高电压母线侧直流电压；
14.所述第一lc滤波稳压模块，用于滤除高频谐波，以保证直流侧电压的稳定。
15.可选地，所述低压模块包括相互连接的三相整流装置、四相交错并联buck模块和第二lc滤波稳压模块；
16.所述三相整流装置，用于提供低电压母线侧直流电压；
17.所述四相交错并联buck模块，用于向负载绕组提供低压工作模式的直流电流；
18.第二lc滤波稳压模块，用于滤除高频谐波，以保证直流侧电压的稳定。
19.可选地，所述四相交错并联buck模块包括buck电路；
20.所述buck电路，用于实现励磁电源的高精度和高调节速度特性。
21.可选地，所述控制模块通过励磁电流的给定值和实际值的差值的大小，来判定选择高压和低压工作模式。
22.可选地，所述控制模块具体用于当所述励磁电流的给定值和所述实际值的差值大于预设阈值时，进入高压工作模式。
23.可选地，所述控制模块还具体用于当所述励磁电流的给定值和所述实际值的差值小于所述预设阈值时，进入低压工作模式。
24.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
25.本发明的一种励磁电源一体装置，所述励磁电源一体装置包括高压模块，用于提供强励时所需的高电压，低压模块，用于提供调相机正常工作时的低电压，双极型晶体管模块，用于通过开通不同的双极型晶体管，切换电源的工作模式，保护模块，用于灭磁时吸收超导绕组中能量，以保护装置的安全运行，控制模块，用于通过检测负载电流数值和电压数值，以及接收到的调相机信号，向所述双极型晶体管模块发出控制信号，以实现高低压工作模式的切换。
26.通过高压模块、低压模块和控制模块，对高低压工作模式进行切换，通过保护模块，保护装置的安全运行，通过一种励磁电源一体装置，实现了励磁电流的高精度和高调节速率，解决目前存在的超导同步调相机的励磁电源由于单电源供电导致不能同时满足电流调整快速性和低纹波的技术问题，提高了超导同步调相机工作的可靠性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；
28.图1为本发明的一种励磁电源一体装置实施例的结构框图；
29.图2为本发明的一种高低压切换式超导同步调相机励磁电源的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.请参阅图1，图1为本发明的一种励磁电源一体装置实施例的结构框图；其中，101为高压模块，102为低压模块，103为双极型晶体管模块，104为保护模块，105为所述控制模块；所述双极型晶体管模块103分别与所述高压模块101、所述低压模块102、所述保护模块104和所述控制模块105连接，所述高压模块101与所述低压模块102连接，所述保护模块104分别与所述高压模块101和所述双极型晶体管模块103连接，所述控制模块105分别与所述低压模块102和所述双极型晶体管模块103连接；
34.所述高压模块101，用于提供强励时所需的高电压；
35.所述低压模块102，用于提供调相机正常工作时的低电压；
36.所述双极型晶体管模块103，用于通过开通不同的双极型晶体管，切换电源的工作模式；
37.所述保护模块104，用于灭磁时吸收超导绕组中能量，以保护装置的安全运行；
38.所述控制模块105，用于通过检测负载电流数值和电压数值，以及接收到的调相机信号，向所述双极型晶体管模块发出控制信号，以实现高低压工作模式的切换。
39.具体地，所述高压模块101包括相互连接的十二脉波整流装置与第一lc滤波稳压模块；
40.所述十二脉波整流装置，用于提供高电压母线侧直流电压；
41.所述第一lc滤波稳压模块，用于滤除高频谐波，以保证直流侧电压的稳定。
42.具体地，所述低压模块102包括相互连接的三相整流装置、四相交错并联buck模块和第二lc滤波稳压模块；
43.所述三相整流装置，用于提供低电压母线侧直流电压；
44.所述四相交错并联buck模块，用于向负载绕组提供低压工作模式的直流电流；
45.第二lc滤波稳压模块，用于滤除高频谐波，以保证直流侧电压的稳定。
46.具体地，所述四相交错并联buck模块包括buck电路；
47.所述buck电路，用于实现励磁电源的高精度和高调节速度特性。
48.通过调节所述buck电路的占空比，以改变所述励磁电流大小，达到实时改变超导同步调相机无功输出的目的。
49.具体地，所述控制模块通过励磁电流的给定值和实际值的差值的大小，来判定选择高压和低压工作模式。
50.具体地，所述控制模块具体用于当所述励磁电流的给定值和所述实际值的差值大于预设阈值时，进入高压工作模式。
51.具体地，所述控制模块还具体用于当所述励磁电流的给定值和所述实际值的差值小于所述预设阈值时，进入低压工作模式。
52.具体地，请参阅图2，图2为本发明的一种高低压切换式超导同步调相机励磁电源的结构示意图，所述励磁电源一体装置应用于所述低压切换式超导同步调相机中；
53.检测励磁绕组的总电流，然后将给定值与检测值的比较，通过控制模块判断差异值大小来决定高低压模块的工作方式。若差值较大，则igbt模块(双极型晶体管模块)的g1、g2同时开通，此时切换二极管承受反压，低压模块被闭锁，转入高压模块运行；若差值较小，则igbt模块的g1关断，g2开通，此时高压模块被闭锁，切换二极管承受正电压，转入低压模块运行；若电源收到灭磁保护信号，则迅速关断g1、g2两只开关管，超导绕组中的能量释放到灭磁回路中，电源转入保护模式。
54.高压模块运行时，十二脉波整流装置中整流变压器组的变比关系为：
[0055][0056]
整流变压器二次侧电压有效值可以看做相等，则可以得到，电网电压u1与十二脉波整流电路输出电压u
dh
关系为：
[0057]udh
＝2
×
2.34u2＝4.68nu1；
[0058]
低压模块运行时，三相整流装置输出电压u
d1
与电网电压u1关系为：
[0059]ud1
＝2.34cosαu1；
[0060]
若buck模块输出占空比为d，则buck模块输出电压u
dl
与电网电压关系u1为：
[0061]udl
＝2.34dcosαu1；
[0062]
其中，本公式为电网电压有效值u1到励磁绕组输出电压u
dx
的关系式，(u
dx
＝u
dl
，u
dh
)，若将超导励磁绕组的电阻等效为r0，则实际励磁电流为：
[0063][0064]
其中，r0为超导励磁绕，u
dx
为组励磁绕组输出电压的电阻，i0为实际励磁电流；低压模块工作时，通过调节三相整流模块的导通角α，pwm环节输出的占空比d，即可改变励磁电流io的大小。
[0065]
同时开通g1、g2两开关管，高压模块开通，低压模块被闭锁，高电压u
dh
直接加在励磁绕组两端，电流快速上升，满足超导同步调相机强励时所需要的高调节速度；关闭g1，开通g2开关管，此时高压模块闭锁，低压模块开通，此时低压u
dl
加在超导励磁绕组两端，励磁电流通过控制模块改变buck模块占空比和整流装置导通角来改变励磁电流，使励磁电流实际值跟随给定值，同时由于四相交错buck模块的存在，低压模块工作时电流纹波大大减小，满足励磁电源所要求的高精度低纹波特性。
[0066]
本发明的一种励磁电源一体装置，所述励磁电源一体装置包括高压模块，用于提供强励时所需的高电压，低压模块，用于提供调相机正常工作时的低电压，双极型晶体管模
块，用于通过开通不同的双极型晶体管，切换电源的工作模式，保护模块，用于灭磁时吸收超导绕组中能量，以保护装置的安全运行，控制模块，用于通过检测负载电流数值和电压数值，以及接收到的调相机信号，向所述双极型晶体管模块发出控制信号，以实现高低压工作模式的切换。
[0067]
通过高压模块、低压模块和控制模块，对高低压工作模式进行切换，通过保护模块，保护装置的安全运行，通过一种励磁电源一体装置，实现了励磁电流的高精度和高调节速率，解决目前存在的超导同步调相机的励磁电源由于单电源供电导致不能同时满足电流调整快速性和低纹波的技术问题，提高了超导同步调相机工作的可靠性。
[0068]
应当理解，在本技术中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0069]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。