专利名称：消磁副电源电流快速准确调整设备及调整方法
技术领域：
本发明涉及船舶消磁技术领域，具体地指一种消磁副电源电流快速准确调整设备及调整方法。
背景技术：
船舶消磁是降低船舶磁场、提高船舶生命力的主要手段。在船舶消磁过程中，消磁副电源的主要功能是给消磁补偿线圈提供稳恒电流，从而为船舶消磁提供无磁环境。由消磁理论可知，无磁环境产生的质量直接决定着船舶消磁效果，因此，消磁副电源电流调整的精度会对消磁效果产生很大影响。同时，为了保证船舶消磁时所处区域的磁场均匀度，现代消磁站将消磁补偿线圈划分成很多个区段，每个区段由一台消磁副电源供电，因此消磁副电源电流的调整速度直接影响了消磁速度。消磁副电源电流的调整速度和调整精度实际上是相互矛盾的，要想满足调整速度则调整精度难于保证，反之，要想满足调整精度则调整速度又难于保证。只有解决了这个矛盾，才能既保证消磁速度，又保证消磁质量，真正发挥大型消磁站消磁保障能力强的优势。目前，副电源通过调整调压器的输出电压来改变输出电流的大小，要想提高副电源的调整速度和调整精度，重点就落在如何提高调压器电机的调整速度和精度上。早期的控制方式就是利用配套的“上升”或“下降”按钮来控制调压电机的运行，电机的转速一般为约1440转/分。运行过程中，电机速度不发生变化，通过人工观察输出电流，快到需求的电流值时，按下“停止”按钮，由于调压电机具有较大惯性，输出电流可能超过需求值，只能再按动“下降”按钮向下调整输出电流。如此，反复调整，才能基本满足要求。这种方法反复操作，速度不高，精度也很差，如果需要几十台副电源一起运行，这种调整方法效率太低。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种能够实现消磁副电源电流快速准确调整的设备及调整方法。为实现此目的，本发明所设计的消磁副电源电流快速准确调整设备，其特征在于:它包括整流变压器、整流柜、分配柜、消磁补偿线圈、副电控制柜、控制中心、高压开关柜、与高压开关柜输出端连接的副电变压器、与副电变压器输出端连接的副电配电柜、与副电配电柜输出端连接的多台调压器，其中，所述每台调压器的输出端连接一台整流变压器，所述每台整流变压器的输出端连接一台整流柜，所有整流柜的输出端均与分配柜连接，所述分配柜的输出端连接有多个消磁补偿线圈，所述副电控制柜的输入端连接控制中心，副电控制柜的输出端分别连接每台调压器的控制端。所述高压开关柜有多个。所述调压器为油浸式调压器。所述副电控制柜为PLC (Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)。
一种利用权利要求1所述消磁副电源电流快速准确调整设备的消磁副电源电流调整方法，其特征在于，它包括如下步骤:步骤1:市电网送来的电压为IOKV的三相交流电经过高压开关柜后送给副电变压器；步骤2:所述副电变压器将电压为IOKV的三相交流电转换成电压为380V的三相交流电；步骤3:所述副电配电柜对副电变压器的副边供给各台调压器的三相交流电进行分、合闸控制，所述副电变压器的副边供给各台调压器的三相交流电的电压为380V ；步骤4:所述调压器将副电配电柜输出的380V三相交流电进行如下步骤40f 405的电流调整操作后，送给整流变压器；步骤401:在副电控制柜中设定调压器的目标调整电流值；步骤402:当调压器的 实际电流值距离目标调整电流值30A之外时，副电控制柜控制调压器的电机以260(Γ3000转/分的转速，使调压器的实际电流值向目标调整电流值靠近；步骤403:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值30 5Α之间时，副电控制柜控制调压器的电机以60(Γ800转/分的转速，使调压器的实际电流值向目标调整电流值
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罪近；步骤404:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值5A以内时，副电控制柜控制调压器的电机以10(Γ200转/分的转速，使调压器的实际电流值向目标调整电流值逼近；步骤405:当调压器的实际电流值达到目标调整电流值时，对调压器的电机启动制动命令；步骤5:所述整流变压器对调压器输出的交流电进行变压处理后，输给整流柜；步骤6:所述整流柜将输入的交流电整成直流电；步骤7:所述分配柜将上述得到的直流电通入对应的消磁补偿线圈；步骤402 404中，通过改变调压器电机的电源频率，来改变调压器电机的转速。步骤402中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为100Hz。步骤403中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为25Hz。步骤404中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为6Hz。步骤40广405中的目标调整电流值就是电流调整精度，范围为-0.5^0.5A。本发明通过设计由高压开关柜、副电变压器、副电配电柜、调压器、整流变压器、整流柜、分配柜、消磁补偿线圈和副电控制柜，实现了消磁站消磁副电源系统的电流快速准确调整，其中，在副电控制柜中设置上述步骤40广405的三段式控制逻辑，相对于现有技术中介绍的“通过人工观察输出电流，快到需求的电流值时，按下“停止”按钮，由于调压电机具有较大惯性，输出电流可能超过需求值，只能再按动“下降”按钮向下调整输出电流”的人工调节方式具有更快的调整速度和更高的调整精度，特别是需要几十台副电源一起运行时，上述由PLC控制的三段式控制逻辑能更加明显的提高控制效率，同时自动控制也节约了人力成本。另外，本发明通过分析消磁副电源系统的结构组成和消磁副电源的主电路工作原理，采用变频调速加电磁制动的方式对调压器进行电动调整以提高消磁副电源电流的调整速度，采用电流控制的非线性校正方法设置刹车电流来提高消磁副电源电流的输出精度，从而明显提高了消磁副电源电流的调整速度和调整的准确性。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明中副电源非线性校正原理图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:如图1所示的一种消磁副电源电流快速准确调整设备，它包括整流变压器、整流柜、分配柜、消磁补偿线圈、副电控制柜、控制中心、高压开关柜、与高压开关柜输出端连接的副电变压器、与副电变压器输出端连接的副电配电柜、与副电配电柜输出端连接的多台调压器，其中，每台调压器的输出端连接一台整流变压器，每台整流变压器的输出端连接一台整流柜，所有整流柜的输出端均与分配柜连接，分配柜的输出端连接有多个消磁补偿线圈，副电控制柜的输入端连接控制中心，副电控制柜的输出端分别连接每台调压器的控制端。上述技术方案中，高压开关柜有多个。调压器为油浸式调压器。副电控制柜为PLC。选择油浸式调压器调整输出电压从而达到调整输出电流的方式具有可靠性高、输出电流脉动小、维护简单等特点。上述技术方案中，调压器采用现有的常规油浸式调压器，该调压器的传动装置由传动机构和控制部分组成。控制方式为电动或手动两用式。传动机构由两级蜗杆、蜗轮、伺服电动机和手轮组成，第一级蜗杆和蜗轮用来降低电动机的转速并带动第二级蜗杆和蜗轮工作。在第二级蜗杆的一端装有手轮，手轮向里推进可电动或自动调压，电动控制时，通过控制按钮来控制电动机的正反向运转，从而使调压器的输出电压获得改变。手轮向外拉出可手动调压(正常电机调节时，手轮一定要推入到位，否则电机调节不起作用)，手动控制一般用在伺服电动机及控制线路发生故障时，仍然保证调压器正常调节电压。在第二级半圆蜗轮的两极限位置处装有行程开关，当输出电压调至两极限值时，行程开关动作，切断伺服电动机电源。本发明采用的调压器电机的转速n=60f/p，其中:n为转速(单位:转/分)f为电机电源频率(单位:赫兹)，P为磁极对数。常用的调压电机磁极对数一般为2对，所以一般电机转速n=60X 50/2=1500。由于有转差率，实际的转速一般在1440转/分左右。要想改变调压电机转速，常用方法就是改变电机的电源频率。一种利用上述消磁副电源电流快速准确调整设备的消磁副电源电流调整方法，它包括如下步骤:步骤1:市电网送来的电压为IOKV的三相交流电经过高压开关柜后送给副电变压器；步骤2:所述副电变压器将电压为IOKV的三相交流电转换成电压为380V的三相交流电；步骤3:所述副电配电柜对副电变压器的副边供给各台调压器的三相交流电进行分、合闸控制，所述副电变压器的副边供给各台调压器的三相交流电的电压为380V ；步骤4:所述调压器将副电配电柜输出的380V三相交流电进行如下步骤40f 405的电流调整操作后，送给整流变压器；副电源是固定电阻性负载，U=IR,调整调压器电压就可以达到调整输出电流的目的。副电源的控制目的就是调整输出电流，所以本文以电流调整速度和精度作为实现目标，而调整调压器输出电压只是一种实现方法；步骤4是以电流调整为最终目的，但是以调整调压器输出电压的方式实现的；步骤401:在副电控制柜中设定调压器的目标调整电流值；该目标调整电流值，是以往设备使用过程中摸索总结的经验值，可以在实际使用过程中根据具体情况进行修改；步骤402:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值30A之外时，副电控制柜控制调压器的电机以260(Γ3000转/分的转速高速运行，使调压器的实际电流值向目标调整电流值靠近；步骤403:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值30 5Α之间时，副电控制柜控制调压器的电机以60(Γ800转/分的转速低速运行，使调压器的实际电流值向目标调整电流值靠近；步骤404:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值5Α以内时，副电控制柜控制调压器的电机以10(Γ200转/分的转速慢速运行，使调压器的实际电流值向目标调整电流值逼近；步骤405:当调压器的实际电流值达到目标调整电流值时，副电控制柜对调压器的电机启动制动命令，调压器的电机在极短的时间内完全停止下来，保证输出电流值与设定电流值的误差范围不超过±1Α;这种控制方式既提高了调整速度，又保证了调整精度，克服了以前调整技术的缺点。特别是在要求几十台设备同时工作的情况下，利用远程计算机控制，可以大大提高调整速 度。调压器电动调整过程；步骤5:所述整流变压器对调压器输出的交流电进行变压处理后，输给整流柜；整流变压器为固定变比，变压器原边就是调压器输出电压(大小根据需求电流进行相应调整)，变压器副边按照变比输出相应电压；变比和实际负载有关；步骤6:所述整流柜将输入的交流电整成直流电；步骤7:所述分配柜将上述得到的直流电通入对应的消磁补偿线圈；上述技术方案的步骤402 404中，通过改变调压器电机的电源频率，来改变调压器电机的转速。步骤402中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为100Hz。步骤403中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为25Hz。步骤404中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为6Hz。上述技术方案的步骤40f405中的目标调整电流值就是电流调整精度，一般为±1A。高精度要求时可以是±0.5A等范围。上述技术方案的步骤4中，调压器的电动调整采用变频调速加电磁制动的方式，以PLC智能化控制互相配合，在副电源制造过程中，不同副电源所使用的元器件的性能会存在一些差异，从而导致每个副电源电流控制精度也会产生差异，因而要使多台副电源都具有IA的电流控制精度相对困难。为提高副电源系统电流控制的精度，采用了电流控制的非线性校正方法。采用非线性校正方法来提高副电源电流输出精度的原理如图2所示，当副电源制造完成之后，测试该副电源调压器惯性参数，即记录设定输出电流与刹车电流(刹车电流就是调压电机接到停止运行指令之后，由于惯性原因，电机还要运行一会，再静止不动，通俗说法就是刹车距离。这段行程带来调压器输出电压变化，相应造成输出电流的变化，这个电流变化叫做刹车电流)之间的对应关系，通过拟合可以得到图2所示曲线，并将其记录在该副电源数据库中，该对应关系一般是非线性的，若该副电源控制误差为零，则该曲线为图2中所示直线。当副电源投入使用时，PLC首先会收到设定输出电流，可根据数据库中的对应关系来寻找设定输出电流相对应的刹车电流，假如要给消磁补偿线圈提供输出电流I1-output，则在副电源控制系统中设置刹车电流值为Ii即可。假设，50A测试点的刹车电流是1.5A，当检测的输出电流达到50-1.5=48.5A时，设备下达停止运行指令，在电机惯性和电磁制动的影响下，使输出电流达到要求的50A。通过对副电源系统的试验测试，副电源设备性能能够满足船舶消磁对电流调整精度和速度的需求。本发明中的消磁副电源电流调整方法根据消磁副电源的特点设计，能在线学习调压器惯性参数，并通过软件进行非线性补偿，可保证电流调节精度小于1A，在实际使用中，一般可达到0.5A ;采用变频调速自动切换电流调整速度，在满足电流调节精度的同时，大大缩短了调整时间。当消磁副电源制造完成之后，连接各自实际使用负载，根据需求的调整精度要求，利用设备自带的自控人机界面，设置校准测试电流点。调整精度要求高，测试点可设置的多一些；调整精度要求不高，测试点可设置的少一些。设置完成后，设备自动运行，记录下每个测试点的刹车电流，这样就测试出了该副电源调压器惯性参数，即记录设定输出电流与刹车电流之间的对应关系，并将其记录在该副电源数据库中，该对应关系一般是非线性的。当副电源投入使用时，PLC首先会收到设定输出电流，可根据数据库中的对应关系来寻找设定输出电流相对应的刹车电流，并将该刹车电流作为副电源运行时的比较基准。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
权利要求
1.一种消磁副电源电流快速准确调整设备，其特征在于:它包括整流变压器、整流柜、分配柜、消磁补偿线圈、副电控制柜、控制中心、高压开关柜、与高压开关柜输出端连接的副电变压器、与副电变压器输出端连接的副电配电柜、与副电配电柜输出端连接的多台调压器，其中，所述每台调压器的输出端连接一台整流变压器，所述每台整流变压器的输出端连接一台整流柜，所有整流柜的输出端均与分配柜连接，所述分配柜的输出端连接有多个消磁补偿线圈，所述副电控制柜的输入端连接控制中心，副电控制柜的输出端分别连接每台调压器的控制端。
2.根据权利要求1所述的消磁副电源电流快速准确调整设备，其特征在于:所述高压开关柜有多个。
3.根据权利要求1所述的消磁副电源电流快速准确调整设备，其特征在于:所述调压器为油浸式调压器。
4.根据权利要求1所述的消磁副电源电流快速准确调整设备，其特征在于:所述副电控制柜为PLC。
5.一种利用权利要求1所述消磁副电源电流快速准确调整设备的消磁副电源电流调整方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤1:市电网送来的电压为IOKV的三相交流电经过高压开关柜后送给副电变压器； 步骤2:所述副电变压器将电压为IOKV的三相交流电转换成电压为380V的三相交流电； 步骤3:所述副电配电柜对副电变压器的副边供给各台调压器的三相交流电进行分、合闸控制，所述副电变压器的副边供给各台调压器的三相交流电的电压为380V ； 步骤4:所述调压器将副电配电柜输出的380V三相交流电进行如下步骤40f405的电流调整操作后，送给整流变压器； 步骤401:在副电控制柜中设定调压器的目标调整电流值； 步骤402:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值30A之外时，副电控制柜控制调压器的电机以260(Γ3000转/分的转速，使调压器的实际电流值向目标调整电流值靠近； 步骤403:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值30 5Α之间时，副电控制柜控制调压器的电机以60(Γ800转/分的转速，使调压器的实际电流值向目标调整电流值靠近； 步骤404:当调压器的实际电流值距离目标调整电流值5Α以内时，副电控制柜控制调压器的电机以10(Γ200转/分的转速，使调压器的实际电流值向目标调整电流值逼近； 步骤405:当调压器的实际电流值达到目标调整电流值时，对调压器的电机启动制动命令； 步骤5:所述整流变压器对调压器输出的交流电进行变压处理后，输给整流柜； 步骤6:所述整流柜将输入的交流电整成直流电； 步骤7:所述分配柜将上述得到的直流电通入对应的消磁补偿线圈。
6.根据权利要求5所述的消磁副电源电流调整方法，其特征在于:步骤402 404中，通过改变调压器电机的电源频率，来改变调压器电机的转速。
7.根据权利要求5所述的消磁副电源电流调整方法，其特征在于:步骤402中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为100Hz。
8.根据权利要求5所述的消磁副电源电流调整方法，其特征在于:步骤403中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为25Hz。
9.根据权利要求5所述的消磁副电源电流调整方法，其特征在于:步骤404中，所述副电控制柜控制调压器电机的电源频率为6Hz。
10.根据权利要求5所述的消磁副电源电流调整方法，其特征在于:步骤40广405中的目标调整电流值就是电流调整精度， 范围为-0.5^0.5A。
全文摘要
本发明所设计的一种消磁副电源电流快速准确调整设备，它包括整流变压器、整流柜、分配柜、消磁补偿线圈、副电控制柜、控制中心、高压开关柜、与高压开关柜输出端连接的副电变压器、与副电变压器输出端连接的副电配电柜、与副电配电柜输出端连接的多台调压器，其中，所述每台调压器的输出端连接一台整流变压器，所述每台整流变压器的输出端连接一台整流柜，所有整流柜的输出端均与分配柜连接，分配柜的输出端连接有多个消磁补偿线圈，副电控制柜的输入端连接控制中心，副电控制柜的输出端分别连接每台调压器的控制端。本发明明显提高了消磁副电源电流的调整速度和调整的准确性。
文档编号H02P7/00GK103199780SQ20131007055
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者洪泽宏, 唐申生, 赵文春, 刘大明, 王占辉, 肖昌汉, 刘胜道, 高俊吉, 郭成豹, 周国华, 李志新 申请人:中国人民解放军海军工程大学