勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置及其控制方法。本裝置包括一個有電壓V值的直流電源，一個使A和B兩端流過的電流I被設(shè)定在恒定電流值Ic的恒流控制器，一個勵磁單元，一個控制單元；直流電源、恒流控制器的A與B端、勵磁單元連接成一個串聯(lián)回路；勵磁單元由一個勵磁開關(guān)與一個勵磁線圈串聯(lián)組成，控制單元的一個輸出控制信號C聯(lián)接到勵磁開關(guān)而操作接通與關(guān)斷；恒流控制器的A和B兩端并聯(lián)一個由控制信號K操作的旁路開關(guān)，控制單元的另一個輸出聯(lián)接到旁路開關(guān)，旁路開關(guān)的接通與關(guān)斷由控制單元輸出的控制信號K操作。
【專利說明】勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置及其控制方法，具體涉及一種使勵磁線圈中的電流I先不受恒流控制器控制而快速上升；當(dāng)勵磁線圈中的電流I接近恒流控制器設(shè)定的恒定電流值Ic時，再讓勵磁線圈中的電流I受恒流控制器控制，使勵磁電流I被快速控制在恒定電流值Ic,實(shí)現(xiàn)勵磁線圈的快速恒流勵磁控制。
技術(shù)背景
[0002]恒流勵磁是一種讓勵磁線圈產(chǎn)生恒定磁場的方法。通常，恒流勵磁是采用恒流控制器使流過勵磁線圈中的電流I被控制在一個設(shè)定的恒定電流值Ic下,使勵磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。一般，恒流控制器是通過改變自身產(chǎn)生的壓降來控制回路電流I，使回路電流I被控制在恒定電流值Ic。
[0003]快速勵磁是指勵磁線圈在勵磁初始時使勵磁電流I快速上升的方法?？焖俸懔鲃畲攀侵敢环N讓勵磁線圈在勵磁初始時勵磁電流I快速上升到被要求的恒定電流值Ic。即實(shí)現(xiàn)勵磁線圈中的電流I快速上升達(dá)到恒定電流值Ic使勵磁線圈快速產(chǎn)生恒定勵磁。
[0004]由于每個勵磁線圈的電感L和電阻r形成的時間常數(shù)決定了單位階躍輸入下的勵磁電流的響應(yīng)時間。因此，讓加在勵磁線圈的電壓足夠高時才能使勵磁線圈電流I快速上升。通常是采用足夠高的電源電壓V來提高加在勵磁線圈的電壓。這樣，恒流控制器要控制恒定電流Ic時就會增加自身的壓降，從而變會使恒流控制器產(chǎn)生增加壓降帶來的熱耗。
[0005]為了減小恒流控制器壓降帶來的熱耗的，有采用高低壓電源切換驅(qū)動的方法，即在勵磁初始時采用較高電源電壓使勵磁電流快速上升，接近所設(shè)定的勵磁電流時采用較低電源電壓，這樣可減小了恒流控制器在恒流控制下的壓降而減小熱耗。如文獻(xiàn)《步進(jìn)電機(jī)高低壓電源驅(qū)動電路設(shè)計》(羅延明等，應(yīng)用科技，Vo 1.31，N0.9，2004年9月)，文獻(xiàn)《.高低壓整流橋式勵磁控制方案及仿真分析》(陸繼明等，電力系統(tǒng)自動化，Vol.31，N0.6,2006年6月)。
[0006]雖然，用高低壓電源驅(qū)動的方法可以減小恒流控制器在恒流控制時的熱耗，但在勵磁初始時的較高電源電壓下，由于勵磁回路中的恒流控制器的最小壓降存在，勵磁線圈中的電流I上升速率也會被有所限制。并同時也會使恒流控制器產(chǎn)生對應(yīng)的熱耗。對應(yīng)這個問題，有中國專利CN 101644591 B (一種基于線性電源的單/雙頻電磁流量計勵磁控制系統(tǒng))采用了一個電流旁路電路來分擔(dān)恒流控制器在恒流控制時的能量耗散熱耗。但此專利沒有解決勵磁線圈中的電流I在初始上升階段的速率被限制問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置及其控制方法，在勵磁初始時將恒流控制器的恒流控制功能屏蔽掉，這樣加快了勵磁線圈中電流I的上升速率，消除了此時恒流控制器的熱耗；僅當(dāng)勵磁線圈中的電流I接近所恒流控制器設(shè)定的恒定電流值Ic時，控制單元才讓恒流控制器進(jìn)行恒流控制，使勵磁線圈快速進(jìn)入恒流勵磁狀態(tài)。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:在控制恒流勵磁的恒流控制器兩端并聯(lián)一個由控制信號K操作的可通斷的旁路開關(guān)，在使勵磁線圈中開始有電流I的初始時刻T0，由控制單元輸出信號K使旁路開關(guān)接通，讓勵磁線圈中的電流I自由快速上升并使勵磁線圈快速增強(qiáng)勵磁；當(dāng)勵磁線圈中的電流I接近恒流控制器設(shè)定的恒定電流值Ic時，控制單元輸出控制信號K使旁路開關(guān)關(guān)斷，這時恒流控制器使流過勵磁線圈的電流I被快速控制在恒定電流值Ic,從而實(shí)現(xiàn)勵磁線圈的快速恒流勵磁控制。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置，包括一個有電壓V值的直流電源，一個使A和B兩端流過的電流I被設(shè)定在恒定電流值Ic的恒流控制器，一個勵磁單元，一個控制單元；所述的直流電源、恒流控制器的A與B端、勵磁單元連接成一個串聯(lián)回路；所述的勵磁單元由一個勵磁開關(guān)與一個勵磁線圈串聯(lián)組成，所述的控制單元輸出控制信號C操作勵磁開關(guān)的接通與關(guān)斷，勵磁開關(guān)的接通與關(guān)斷操作決定了串聯(lián)回路即勵磁線圈中電流I的接通和關(guān)斷；所述的恒流控制器的A和B兩端并聯(lián)一個由控制信號K操作的旁路開關(guān)，旁路開關(guān)的接通與關(guān)斷由控制單元輸出的控制信號K操作。
[0010]所述的直流電源是由一個高壓電源和一個低壓電源以及一個二選一開關(guān)組成；所述高壓電源和低壓電源分別連接二選一開關(guān)的兩個輸入選接頭，所述的控制單元連接二選一開關(guān)的控制接頭而控制兩個輸入選接頭的接通和關(guān)斷。
[0011]所述的勵磁單元是勵磁線圈串聯(lián)一個勵磁開關(guān)，所述的勵磁開關(guān)由一個左上開關(guān)、一個左下開關(guān)、一個右上開關(guān)和一個右下開關(guān)組成，勵磁線圈的一端連接左上開關(guān)的輸出端和左下開關(guān)的輸入端，勵磁線圈的另一端連接右上開關(guān)的輸出端和右下開關(guān)的輸入端，左上開關(guān)與右上開關(guān)的輸入端連接一起作為勵磁單元的輸入端，左下開關(guān)與右下開關(guān)的輸出端連接一起作為勵磁單元的輸出端。
[0012]一種勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置的控制方法，采用上述的勵磁線圈的快速勵磁裝置進(jìn)行勵磁，其特征在于:當(dāng)串聯(lián)回路即勵磁線圈中電流I=O的一個TO時刻，控制單元輸出的控制信號C和控制信號K讓勵磁開關(guān)和旁路開關(guān)接通，電流I通過旁路開關(guān)而不受恒流控制器控制，使串聯(lián)回路即勵磁線圈中的電流I以最快速度上升；隨后使勵磁線圈進(jìn)入恒流勵磁的控制方法有以下兩種:
(a).對于所述的勵磁線圈有確定的電感值L和內(nèi)組值r，根據(jù)電感值L和內(nèi)組值r有確定的電流I接近恒流控制器的恒定電流值Ic時的Tl時刻，即在Tl時刻控制單元輸出控制信號K使旁路開關(guān)關(guān)斷，這時恒流控制器使串聯(lián)回路即勵磁線圈中的電流I被快速控制在恒定電流值Ic,使勵磁線圈進(jìn)入恒流勵磁狀態(tài)。
[0013](b).在所述的由直流電源、恒流控制器的A與B端、勵磁線圈和一個勵磁單元串聯(lián)的回路中，再串聯(lián)一個阻值R的取樣電阻；并有一個電壓監(jiān)測單元對取樣電阻的兩端電壓Vr進(jìn)行測量，當(dāng)Vr/R=I接近恒流控制器的恒定電流值Ic時，電壓監(jiān)測單元用輸出信號F觸發(fā)控制單元輸出控制信號K使旁路開關(guān)關(guān)斷，這時恒流控制器使串聯(lián)回路即勵磁線圈中的電流I被快速控制在恒定電流值Ic,使勵磁線圈進(jìn)入恒流勵磁狀態(tài)。
[0014]上述的勵磁線圈的快速勵磁控制方法，所述的勵磁開關(guān)接通時兩端有壓降Vh ;所述的旁路開關(guān)接通時兩端有壓降Vp，估算所述的Tl時刻是使通過勵磁線圈的電流I滿足關(guān)
【權(quán)利要求】
1.一種勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置，包括一個有電壓V值的直流電源(I )，一個使A和B兩端流過的電流I被設(shè)定在恒定電流值Ic的恒流控制器(2)，一個勵磁單元(3)，一個控制單元(4);其特征在于:所述的直流電源(I)、恒流控制器(2)的A與B端、勵磁單元(3)連接成一個串聯(lián)回路；所述的勵磁單元(3)由一個勵磁開關(guān)(3.1)與一個勵磁線圈(3.2)串聯(lián)組成，所述的控制單元(4)的一個輸出控制信號C聯(lián)接到勵磁開關(guān)(3.1)而操作接通與關(guān)斷；所述的恒流控制器(2)的A和B兩端并聯(lián)一個由控制信號K操作的旁路開關(guān)(5)，控制單元(4)的另一個輸出聯(lián)接到旁路開關(guān)(5)，旁路開關(guān)(5)的接通與關(guān)斷由控制單元(4)輸出的控制信號K操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勵磁線圈的快速勵磁裝置，其特征在于所述的直流電源(I)是由一個高壓電源(1.1)和一個低壓電源(1.2)以及一個二選一開關(guān)(1.3)組成；所述高壓電源(1.1)和低壓電源(1.2)分別連接二選一開關(guān)(1.3)的兩個輸入選接頭，所述的控制單元(4)連接二選一開關(guān)(1.3)的控制接頭而控制兩個輸入選接頭的接通和關(guān)斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的勵磁線圈的快速勵磁裝置，其特征在于所述的勵磁單元(3)是勵磁線圈(3.2)串聯(lián)一個勵磁開關(guān)(3.1)，所述的勵磁開關(guān)(3.1)由一個左上開關(guān)(3.11)、一個左下開關(guān)(3.12)、一個右上開關(guān)(3.13)和一個右下開關(guān)(3.14)組成，勵磁線圈(3.2)的一端連接左上開關(guān)(3.11)的輸出端和左下開關(guān)(3.12)的輸入端，勵磁線圈(3.2)的另一端連接右上開關(guān)(3.13)的輸出端和右下開關(guān)(3.14)的輸入端，左上開關(guān)(3.11)與右上開關(guān)(3.13)的輸入端連接一起作為勵磁單元(3)的輸入端，左下開關(guān)(3.12)與右下開關(guān)(3.14)的輸出端連接一起作為勵磁單元(3)的輸出端。
4.一種勵磁線圈的快速恒流勵磁裝置的控制方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的勵磁線圈的快速勵磁裝置進(jìn)行勵磁，其特征在于:當(dāng)串聯(lián)回路中電流I=O的一個TO時刻，控制單元(4)輸出的控制信號C和控制信號K讓勵磁開關(guān)(3.1)和旁路開關(guān)(5)接通，串聯(lián)回路中的電流I上升；隨后使勵磁線圈(3.2)進(jìn)入恒流勵磁的控制方法有以下兩種: (a).對于所述的勵磁線圈(3.2`)有確定的電感值L和內(nèi)組值r，根據(jù)電感值L和內(nèi)組值r有確定的電流I接近恒流控制器(2)的恒定電流值Ic時的Tl時刻，即在Tl時刻控制單元(4)輸出控制信號K使旁路開關(guān)(5)關(guān)斷，這時恒流控制器(2)使串聯(lián)回路即勵磁線圈(3.2)中的電流I被快速控制在恒定電流值Ic，使勵磁線圈(3.2)進(jìn)入恒流勵磁狀態(tài)。 (b).在所述的由直流電源(I)、恒流控制器(2)的A與B端、勵磁線圈(3.2)和一個勵磁單元(3)串聯(lián)的回路中，再串聯(lián)一個阻值R的取樣電阻(6);并有一個電壓監(jiān)測單元(7)對取樣電阻(6)的兩端電壓Vr進(jìn)行測量，當(dāng)Vr/R=I接近恒流控制器(2)的恒定電流值Ic時，電壓監(jiān)測單元(7)用輸出信號F觸發(fā)控制單元(4)輸出控制信號K使旁路開關(guān)(5)關(guān)斷，這時恒流控制器(2)使串聯(lián)回路即勵磁線圈(3.2)中的電流I被快速控制在恒定電流值Ic，使勵磁線圈(3.2)進(jìn)入恒流勵磁狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的勵磁線圈的快速勵磁控制方法，其特征在于所述的勵磁開關(guān)(3.1)接通時兩端有壓降Vh ;所述的旁路開關(guān)(5)接通時兩端有壓降Vp，所述的Tl時刻的值是串聯(lián)回路即勵磁線圈(3.2)中的電流I滿足如下關(guān)系:
V Vh Vp ? ^ T 1--------(1- ) * Ic。
r
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的勵磁線圈的快速勵磁控制方法，其特征在于所述的直流電源(I)是由一個高壓電源(1.1)和一個低壓電源(1.2)以及一個二選一開關(guān)(1.3)組成；二選一開關(guān)(1.3)在控制信號X操作下選擇直流電源(I)中的高壓電源(1.1)或低壓電源(1.2)作為輸出，二選一開關(guān)(1.3)的控制信號X由控制單元(4)輸出；當(dāng)控制單元(4)輸出控制K使旁路開關(guān)(5)接通時控制單元(4)輸出的控制信號X操作二選一開關(guān)(1.3)讓高壓電源(1.1)作為直流電源(I)的輸出；當(dāng)控制單元(4)輸出控制K使旁路開關(guān)(5)關(guān)斷時控制單元(4)輸出的控制信號X操作二選一開關(guān)(1.3)讓低壓電源(1.2)作為直流電源(I)的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的勵磁線圈的快速勵磁控制方法，其特征在于所述的勵磁單元(3)是一個能使勵磁線圈(3.2)中電流具有正負(fù)兩個方向流動的H橋驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)；SP所述的勵磁開關(guān)(3.1)由左上開關(guān)(3.11)、左下開關(guān)(3.12)、右上開關(guān)(3.13)和右下開關(guān)(3.14)組成，勵磁線圈(3.2)的一端連接左上開關(guān)(3.11)的輸出端和左下開關(guān)(3.12)的輸入端，勵磁線圈(3.2)的另一端連接右上開關(guān)(3.13)的輸出端和右下開關(guān)(3.14)的輸入端，左上開關(guān)(3.11)與右上開關(guān)(3.13)的輸入端連接一起作為勵磁單元(3)的輸入端，左下開關(guān)(3.12)與右下開關(guān)(3.14)的輸出端連接一起作為勵磁單元(3)的輸出端；此時所述的控制單元(4)產(chǎn)生的控制信號C是由控制信號C1、C2、C3和C4組成，控制信號C1、C2、C3和C4分別操作左上開關(guān)(3.11)、左下開關(guān)(3.12)、右上開關(guān)(3.13)和右下開關(guān)(3.14)的接通或關(guān)斷；這樣，控制單元(4)輸出不同的控制信號Cl、C2、C3和C4可以使勵磁線圈(3.2)中的電流I有三種不同形式，以實(shí)現(xiàn)零、正和負(fù)三種勵磁: (a).對于所述的控制單元(4)輸出控制信號Cl、C2、C3和C4使對應(yīng)的左上開關(guān)(3.11)、左下開關(guān)(3.12)、右上開關(guān)(3.13)和右下開關(guān)(3.14)都關(guān)斷，則勵磁線圈(3.2)中的電流1=0，勵磁線圈(3.2)為零勵磁。 (b).對于所述的控制單元(4)輸出控制信號Cl和C4使對應(yīng)的左上開關(guān)(3.11)和右下開關(guān)(3.14)接通，控制單元(4)輸出控制信號C2和C3使對應(yīng)的左下開關(guān)(3.12)和右上開關(guān)(3.13)關(guān)斷， 電流I從左上開關(guān)(3.11)經(jīng)過勵磁線圈(3.2)再由右下開關(guān)(3.14)流出，使勵磁線圈(3.2)產(chǎn)生正勵磁。 (c).對于所述的控制單元(4)輸出控制信號C2和C3使對應(yīng)的左下開關(guān)(3.12)和右上開關(guān)(3.13)接通，控制單元(4)輸出控制信號Cl和C4使對應(yīng)的左上開關(guān)(3.11)和右下開關(guān)(3.14)關(guān)斷，電流I從右上開關(guān)(3.11)經(jīng)過勵磁線圈(3.2)再由左下開關(guān)(3.14)流出，使勵磁線圈(3.2)產(chǎn)生負(fù)勵磁。
【文檔編號】H02P9/14GK103595319SQ201310549915
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】李斌, 陳潔, 徐濤平, 馮旭, 尹儉 申請人:上海大學(xué)