專利名稱：大電流整流裝置四象限運行控制方法
技術領域：
本發明涉及一種整流裝置的運行方法，尤其是大電流整流裝置四象限運行控制方法。
背景技術：
目前，人們為了在電解、核聚變和電氣傳動等場合中獲得正、反向直流大電流，常將由兩臺反并連接的同相逆并聯結構或非同相逆并聯結構的晶閘管三相全控橋構成的整流裝置于四象限方式下運行。有關四象限運行方法的相關技術在中國專利CN-1024616C、1045493A、2321535Y，日本專利JP-特開平8-182334A，歐洲專利EP-0621679A1、0784375A2，以及中國《煤炭科學技術》雜志2002年1月第30卷1期“新型可控硅無環流交-交變頻器”一文中已披露，綜觀這些現有技術，所涉及的四象限運行控制方法有兩種有環流運行和邏輯無環流運行。
有環流運行即在運行過程中正、反組的整流器都觸發，兩組整流器輸出電壓的平均值相等，但瞬時值不等，在兩者之間產生了不流過負載僅在變壓器繞組間流動的動態環流，此環流依靠串接在兩組整流器之間的電抗器予以抑止；該運行模式僅適用于中、小容量的系統，運行時，整流器和變壓器中除負載電流外還疊加有環流，致使設備的容量需加大，而且，在大容量系統中環流電抗器的容量也很難滿足要求。
邏輯無環流運行即當一組整流器工作時，用邏輯電路封鎖另一組整流器的觸發脈沖，當檢測到電流過零時，將兩組整流器同時封鎖；在該種運行方式中，雖環流不存在，節省了環流電抗器和變壓器、整流裝置的附加設備容量，但卻存在著不足之處，首先，主回路的零電流難以檢測，在大容量系統中，電流一般上萬安培，無法要求任何一個傳感器既能檢測上萬安培的電流，又能精確檢測出極小的近乎零電流；其次，將兩組整流器同時封鎖即意味著有控制死區，使電流不能連續過零，無論零電流檢測不準確或控制死區時間不夠，都會導致兩組整流器的同時導通，形成變壓器繞組間短路，造成整流裝置和電源的損壞。
發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種合理、實用，使用方便的大電流整流裝置四象限運行控制方法。
所采用的技術方案通過含有反并連接于兩繞組間電角度相差180度的三繞組變壓器副邊上的兩臺同相逆并聯結構的晶閘管整流器TC1、TC2，或反并連接于變壓器副邊上的兩臺非同相逆并聯結構的晶閘管整流器TC3、TC4，以及與晶閘管整流器TC1、TC2或晶閘管整流器TC3、TC4的觸發端電連接的脈沖觸發器、串接于負載回路中的電流傳感器和與所說脈沖觸發器、電流傳感器電連接的計算機，所說晶閘管整流器TC1的輸出正端與晶閘管整流器TC2的輸出負端間串接有電抗器L1，晶閘管整流器TC1的輸出負端與晶閘管整流器TC2的輸出正端間串接有電抗器L2，所說晶閘管整流器TC1由晶閘管整流器TC11、TC12構成、晶閘管整流器TC2由晶閘管整流器TC21、TC22構成，所說晶閘管整流器TC3的輸出正端與晶閘管整流器TC4的輸出負端間串接有電抗器L3、L4，晶閘管整流器TC3的輸出負端與晶閘管整流器TC4的輸出正端間串接有電抗器L5、L6，使其執行有環流或無環流運行，特別是所說方法包含以下步驟確定主回路電流的預設值為主回路額定電流值的10％～20％，產生一個決定有環流運行或無環流運行方式的判斷基準；檢測電流傳感器的電流值，當其小于預設值時，采用有環流運行方式，即對于同相逆并聯結構的晶閘管整流器TC1、TC2，觸發其中的晶閘管整流器TC11、TC22導通，對于非同相逆并聯結構的晶閘管整流器TC3、TC4，則同時觸發正、反向晶閘管整流器TC3、TC4導通；檢測電流傳感器的電流值，當其大于預設值時，采用無環流運行方式，即無論同相逆并聯結構的晶閘管整流器TC1、TC2，還是非同相逆并聯結構的晶閘管整流器TC3、TC4，均對于電流正向流過時觸發正向晶閘管整流器導通，對于電流反向流過時觸發反向晶閘管整流器導通。
作為技術方案的進一步改進，所述的電流傳感器為霍爾傳感器或電流互感器；所述的電流傳感器為霍爾傳感器時的主回路電流的預設值為主回路額定電流值的10％～15％；所述的電流傳感器為電流互感器時的主回路電流的預設值為主回路額定電流值的15％～20％。
相對于現有技術的有益效果是，其一，主回路電流預設值的恰當確定，以及控制模式的切換點設在該電流預設值，使主回路的電流檢測僅需準確檢測該預設值，而無需準確檢測零電流，既減輕了傳感器檢測小電流時的難度，使檢測變得簡便易行，又能使檢測精度得到保證；其二，當主回路的電流小于預設值時，采用有環流運行，避免了控制死區，使電流的過渡平滑，大于預設值時，采用無環流運行，整流器和變壓器中流過的電流僅為預設值加環流電流或額定電流，即不大于額定電流，因此，整流器和變壓器的容量不僅沒有增加，同時還允許流過的環流電流可達到預設值的30％以上，減少了環流電抗器的大小及容量；其三，對于同相逆并聯結構的整流器而言，有環流運行時，可以利用已有的兩套變壓器繞組，使導通的整流器分別連接不同的變壓器繞組，從而使環流通道僅為一條，環流電抗器的個數減少了卻并沒有增加設備。
下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。
圖1是本發明采用同相逆并聯結構構成的晶閘管整流器對的一種實施例電路結構圖；圖2是本發明采用非同相逆并聯結構構成的晶閘管整流器對的一種實施例電路結構圖；圖3是本發明運行控制方法的流程圖；圖4是本發明實施后整流器輸出的電流波形圖，其中，縱坐標為電流，單位為千安培，橫坐標為時間，單位為秒。
具體實施例方式
參見圖1，三繞組變壓器BY1的副邊為電角度相差180度的兩個繞組(abc，-a-b-c)，該兩個繞組(abc，-a-b-c)均與兩臺反并連接的同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)電連接，其中，晶閘管整流器TC1由晶閘管整流器(TC11，TC12)構成、晶閘管整流器TC2由晶閘管整流器(TC21，TC22)構成，兩個繞組之一的abc與晶閘管整流器TC11、TC21電連接，-a-b-c與晶閘管整流器TC12、TC22電連接。晶閘管整流器TC1的輸出正端與晶閘管整流器TC2的輸出負端間串接有電抗器L1，晶閘管整流器TC1的輸出負端與晶閘管整流器TC2的輸出正端間串接有電抗器L2。電流傳感器CG(現選為霍爾傳感器)串接于負載FZ的回路中，且與計算機PC電連接。脈沖觸發器MC分別與晶閘管整流器(TC1，TC2)的觸發端、計算機PC電連接。
參見圖2，變壓器BY2的副邊def與兩臺反并連接的非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC3，TC4)電連接。晶閘管整流器TC3的輸出正端與晶閘管整流器TC4的輸出負端間串接有電抗器(L3，L4)，晶閘管整流器TC3的輸出負端與晶閘管整流器TC4的輸出正端間串接有電抗器(L5，L6)。電流傳感器CG(現選為電流互感器)串接于負載FZ的回路中，且與計算機PC電連接。脈沖觸發器MC分別與晶閘管整流器(TC3，TC4)的觸發端、計算機PC電連接。
參見圖1、圖2、圖3和圖4，大電流整流裝置四象限運行控制方法和裝置工作流程如下步驟10為初始動作。在步驟20中，設定整流器為兩臺同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)或兩臺非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC3，TC4)，以適用于兩種不同結構的晶閘管整流器。在步驟30中，根據實際的電路情況和所選用的電流傳感器CG，設定主回路的額定電流值和主回路電流的預設值，以產生一個決定有環流運行或無環流運行方式的判斷基準；其中，若電流傳感器CG為霍爾傳感器時的主回路電流的預設值為主回路額定電流值的10％～15％，電流傳感器CG為電流互感器時的主回路電流的預設值為主回路額定電流值的15％～20％。在步驟40中，根據實際需要，確定負載兩端的電流方向。在步驟50中，判斷現行的整流器為何種？若為兩臺同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)，則在步驟100通過電流傳感器CG采集主回路的電流；若步驟50中為兩臺非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC3，TC4)，則轉入步驟200。
在步驟110中，將采集到的主回路的電流值與主回路電流的預設值進行大小的比較？若比較的結果為大，則采用無環流運行方式，即在步驟120中判斷負載兩端的電流方向？若比較的結果為小，則采用有環流運行方式，轉入步驟150。在步驟120中，若電流方向為正，則觸發正向晶閘管整流器導通，即在步驟130使脈沖觸發器MC觸發導通晶閘管整流器TC1，同時封鎖晶閘管整流器TC2，使整流裝置中的電流流動方向為變壓器繞組(a、b、c)中某相→TC11共陰極某晶閘管→L1、CG、FZ→TC11共陽極某晶閘管→變壓器繞組(a、b、c)中另一相，變壓器繞組(-a、-b、-c)中某相→TC12共陰極某晶閘管→L1、CG、FZ→TC12共陽極某晶閘管→變壓器繞組(-a、-b、-c)中另一相，然后返回步驟100。若電流方向為負，則觸發反向晶閘管整流器導通，即轉入步驟140，使脈沖觸發器MC觸發導通晶閘管整流器TC2，同時封鎖晶閘管整流器TC1，使整流裝置中的電流流動方向為變壓器繞組(a、b、c)中某相→TC21共陰極某晶閘管→L2、FZ、CG→TC21共陽極某晶閘管→變壓器繞組(a、b、c)中另一相，變壓器繞組(-a、-b、-c)中某相→TC22共陰極某晶閘管→L2、FZ、CG→TC22共陽極某晶閘管→變壓器繞組(-a、-b、-c)中另一相，然后返回步驟100。在步驟150中，使脈沖觸發器MC觸發導通晶閘管整流器TC1中的TC11、晶閘管整流器TC2中的TC22，同時封鎖晶閘管整流器TC1中的TC12、晶閘管整流器TC2中的TC21，使整流裝置中的環流電流流動方向為變壓器繞組(a、b、c)中某相→TC11共陰極某晶閘管→L1→TC22共陽極某晶閘管→變壓器繞組(-a、-b、-c)中某相→變壓器繞組(-a、-b、-c)中另一相→TC22共陰極某晶閘管→L2→TC11共陽極某晶閘管→變壓器繞組(a、b、c)中另一相，同時，整流器還供給負載ZF電流；然后返回步驟100。
在步驟200中，通過電流傳感器CG采集主回路的電流。在步驟210中，將采集到的主回路的電流值與主回路電流的預設值進行大小的比較？若比較的結果為大，則采用無環流運行方式，即在步驟220中判斷負載兩端的電流方向？若比較的結果為小，則采用有環流運行方式，轉入步驟250。在步驟220中，若電流方向為正，則觸發正向晶閘管整流器導通，即在步驟230使脈沖觸發器MC觸發導通正向晶閘管整流器TC3，同時封鎖反向晶閘管整流器TC4，使整流裝置中的電流流動方向為變壓器繞組(d、e、f)中某一相→TC3共陰極某晶閘管→L3、CG、FZ、L5→TC3共陽極某晶閘管→變壓器繞組(d、e、f)中另一相，然后返回步驟200。若電流方向為負，則觸發反向晶閘管整流器導通，即轉入步驟240，使脈沖觸發器MC觸發導通反向晶閘管整流器TC4，同時封鎖正向晶閘管整流器TC3，使整流裝置中的電流流動方向為變壓器繞組(d、e、f)中某相→TC4共陰極某晶閘管→L6、FZ、CG、L4→TC4共陽極某晶閘管→變壓器繞組(d、e、f)中另一相，然后返回步驟200。在步驟250中，使脈沖觸發器MC同時觸發導通正、反向晶閘管整流器TC3，TC4，使整流裝置中的環流電流流動方向為變壓器繞組(d、e、f)中某相→TC3共陰極某晶閘管→L3、L4→TC4共陽極某晶閘管→變壓器繞組(d、e、f)中另一相，變壓器繞組(d、e、f)中某一相→TC4共陰極某晶閘管→L6、L5→TC3共陽極某晶閘管→變壓器繞組(d、e、f)中另一相，同時，整流器還供給負載FZ電流；然后返回步驟200。
不論是采用同相逆并聯結構構成的晶閘管整流器對，還是采用非同相逆并聯結構構成的晶閘管整流器對，實施本四象限運行控制方法后，其整流器輸出的電流波形圖均為圖4所示，由圖中可看出，電流的過渡非常平滑，且無任何控制死區。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明的整流裝置進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種大電流整流裝置四象限運行控制方法，該方法通過含有反并連接于兩繞組間電角度相差180度的三繞組變壓器(BY1)副邊上的兩臺同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)，或反并連接于變壓器(BY2)副邊上的兩臺非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC3，TC4)，以及與晶閘管整流器(TC1，TC2)或晶閘管整流器(TC3，TC4)的觸發端電連接的脈沖觸發器(MC)、串接于負載回路中的電流傳感器(CG)和與所說脈沖觸發器(MC)、電流傳感器(CG)電連接的計算機(PC)，所說晶閘管整流器(TC1)的輸出正端與晶閘管整流器(TC2)的輸出負端間串接有電抗器(L1)，晶閘管整流器(TC1)的輸出負端與晶閘管整流器(TC2)的輸出正端間串接有電抗器(L2)，所說晶閘管整流器(TC1)由晶閘管整流器(TC11，TC12)構成、晶閘管整流器(TC2)由晶閘管整流器(TC21，TC22)構成，所說晶閘管整流器(TC3)的輸出正端與晶閘管整流器(TC4)的輸出負端間串接有電抗器(L3，L4)，晶閘管整流器(TC3)的輸出負端與晶閘管整流器(TC4)的輸出正端間串接有電抗器(L5，L6)，使其執行有環流或無環流運行，其特征是所說方法包含以下步驟(1)確定主回路電流的預設值為主回路額定電流值的10％～20％，產生一個決定有環流運行或無環流運行方式的判斷基準；(2)檢測電流傳感器(CG)的電流值，當其小于預設值時，采用有環流運行方式，即對于同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)，觸發其中的晶閘管整流器(TC11，TC22)導通，對于非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC3，TC4)，則同時觸發正、反向晶閘管整流器(TC3，TC4)導通；(3)檢測電流傳感器(CG)的電流值，當其大于預設值時，采用無環流運行方式，即無論同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)，還是非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC3，TC4)，均對于電流正向流過時觸發正向晶閘管整流器導通，對于電流反向流過時觸發反向晶閘管整流器導通。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，電流傳感器(CG)為霍爾傳感器或電流互感器。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，電流傳感器(CG)為霍爾傳感器時的主回路電流的預設值為主回路額定電流值的10％～15％。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，電流傳感器(CG)為電流互感器時的主回路電流的預設值為主回路額定電流值的15％～20％。
全文摘要
本發明公開了一種大電流整流裝置四象限運行控制方法。它通過含有兩臺反并連接的同相或非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)或(TC3，TC4)，以及與脈沖觸發器MC、電流傳感器CG電連接的計算機PC，控制方法為確定主回路電流的預設值為主回路額定電流值的10％～20％；當電流傳感器CG的電流值小于預設值時，采用有環流運行方式，即對于同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC1，TC2)，觸發其中的晶閘管整流器(TC11，TC22)導通，對于非同相逆并聯結構的晶閘管整流器(TC3，TC4)，則同時觸發正、反向晶閘管整流器(TC3，TC4)導通；當大于預設值時，采用無環流運行方式，即對于電流正向流過時觸發正向晶閘管整流器導通，對于電流反向流過時觸發反向晶閘管整流器導通。
文檔編號H02M7/155GK1567691SQ0313190
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月13日 優先權日2003年6月13日
發明者傅鵬, 高格 申請人:中國科學院等離子體物理研究所