本實用新型涉及電力電子控制技術領域，尤其涉及一種用于晶閘管的整流裝置。

背景技術：

晶閘管整流是目前的電力電子控制中必不可少的組件之一，也是在電子信息類專業(yè)教學中，學生所必須了解并學習使用的電子組件。

目前市場上用于電力電子實驗平臺中的晶閘管的整流部分還是采用傳統(tǒng)設計，其中晶閘管的觸發(fā)方式多采用專用的芯片或單片機。并且傳統(tǒng)的觸發(fā)電路十分復雜，出廠后不可編程也無法進行閉環(huán)控制，學生難以在此基礎上拓展或自主開發(fā)進一步的晶閘管使用方案。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的實施例提供一種用于晶閘管的整流裝置，能夠進行快速編程，且提高了觸發(fā)的穩(wěn)定和移相的準確度，還方便了操作者實時獲取實驗參數(shù)，提高了實驗效率。

為達到上述目的，本實用新型的實施例采用如下技術方案：

第一方面，本實用新型的實施例提供的數(shù)字化晶閘管整流裝置，包括：實時控制單元、同步信號采樣單元、數(shù)據(jù)采集單元、晶閘管觸發(fā)單元和晶閘管模塊；其中，所述實時控制單元分別連接所述同步信號采樣單元、所述數(shù)據(jù)采集單元和所述晶閘管觸發(fā)單元，所述晶閘管模塊分別連接所述數(shù)據(jù)采集單元和所述晶閘管觸發(fā)單元；所述晶閘管模塊由單相晶閘管整流電路和三相晶閘管整流電路并聯(lián)組成；所述晶閘管觸發(fā)單元由指定數(shù)量的觸發(fā)放大電路并聯(lián)組成；所述數(shù)據(jù)采集單元由電壓采集電路和電流采集電路并聯(lián)組成，用于采集所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)并傳輸至所述實時控制單元，所述負載數(shù)據(jù)包括所述晶閘管模塊的工作電壓和工作電流；所述同步信號采樣單元由多路電壓采集模塊并聯(lián)組成，用于所述數(shù)據(jù)采集單元同步采集經(jīng)隔離變壓器輸出的單相交流信號和三相交流信號,所述隔離變壓器用于隔離縮小市電；

第二方面，本實用新型的實施例提供的開環(huán)控制的數(shù)字化晶閘管整流方法，包括：通過所述同步信號采集單元采集主電路供電用的交流信號，并將所述交流信號傳送至實時控制單元；通過所述實時控制單元對所采集的交流信號進行過零檢測，并獲取正負過零信號，同時根據(jù)接受到的輸入信息獲取具體移相角度；通過所述數(shù)據(jù)采集單元采集所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)并傳至所述實時控制單元，并由所述實時控制單元實時顯示所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)；通過所述實時控制單元根據(jù)所述正負過零信號和所述具體的移相角度，生成移相觸發(fā)控制信號，并將所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管觸發(fā)單元發(fā)送；通過所述晶閘管觸發(fā)單元放大所述移相觸發(fā)控制信號，并將放大后的所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管模塊發(fā)送，由所述晶閘管模塊接受到所述移相觸發(fā)控制信號后觸發(fā)晶閘管。

第二方面，本實用新型的實施例提供的閉環(huán)控制的數(shù)字化晶閘管整流方法，包括：通過所述同步信號采集單元采集主電路供電用的交流信號，并將所述交流信號傳送至實時控制單元；通過所述實時控制單元對所采集的交流信號進行過零檢測，并獲取正負過零信號；通過所述實時控制單元根據(jù)所述負載數(shù)據(jù)和預設的控制策略，計算得到移相觸發(fā)控制信號；通過所述數(shù)據(jù)采集單元采集所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)并傳至所述實時控制單元，并由所述實時控制單元實時顯示所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)；通過所述實時控制單元根據(jù)所述正負過零信號和所述具體的移相角度，生成移相觸發(fā)控制信號，并將所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管觸發(fā)單元發(fā)送；通過所述晶閘管觸發(fā)單元放大所述移相觸發(fā)控制信號，并將放大后的所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管模塊發(fā)送，由所述晶閘管模塊接受到所述移相觸發(fā)控制信號后觸發(fā)晶閘管；

所述電流采集電路為單相橋式半控整流電路，其中，VT1和VD4組成一對橋臂，VD2和VT3組成另一對橋臂；在電壓U正半周，a點電位高于b點電位，若VT1、VD2、VT3和VD4均不導通，則負載電流id為零，Ud也為零，VT1、VD4串聯(lián)承受電壓U,設VT1和VD4的漏電阻相等，則各承受U的一半；若在觸發(fā)角α處給VT1加觸發(fā)脈沖，VT1和VD4即導通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VD4流回電源b端；當U過零時，流經(jīng)所述晶閘管模塊中的各晶閘管的電流也降到零，VT1和VD4關斷；在U負半周，仍在觸發(fā)延遲角α處觸發(fā)VD2和VT3,VD2和VT3導通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VD2流回電源a端。到U過零時，電流又降為零，VD2和VT3關斷；此后VT1和VD4又導通，如此循環(huán)。

本實用新型實施例提供的數(shù)字化晶閘管整流裝置及整流方法，能夠通過實時控制單元進行快速編程，且觸發(fā)電路的結構相對于專用晶閘管觸發(fā)芯片的已大幅簡化，提高了觸發(fā)的穩(wěn)定和移相的準確度。并且同時支持進行開環(huán)/閉環(huán)控制。進一步的，通過在實時控制單元中實時顯示負載數(shù)據(jù)，便于操作者實時獲取實驗參數(shù)，提高了實驗效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的裝置結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的觸發(fā)放大電路的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的單相橋式半控整流電路的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的移相角為30°時實驗效果圖。

具體實施方式

為使本領域技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細描述。下文中將詳細描述本實用新型的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數(shù)形式。應該進一步理解的是，本實用新型的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

本實用新型實施例提供一種數(shù)字化晶閘管整流裝置，如圖1所示，包括：實時控制單元、同步信號采樣單元、數(shù)據(jù)采集單元、晶閘管觸發(fā)單元和晶閘管模塊；

所述實時控制單元分別連接所述同步信號采樣單元、所述數(shù)據(jù)采集單元和所述晶閘管觸發(fā)單元，所述晶閘管模塊分別連接所述數(shù)據(jù)采集單元和所述晶閘管觸發(fā)單元；

所述晶閘管模塊由單相晶閘管整流電路和三相晶閘管整流電路并聯(lián)組成；

所述晶閘管觸發(fā)單元由指定數(shù)量的觸發(fā)放大電路并聯(lián)組成；

所述數(shù)據(jù)采集單元由電壓采集電路和電流采集電路并聯(lián)組成，用于采集所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)并傳輸至所述實時控制單元，所述負載數(shù)據(jù)包括所述晶閘管模塊的工作電壓和工作電流；

所述同步信號采樣單元由多路電壓采集模塊并聯(lián)組成，用于所述數(shù)據(jù)采集單元同步采集經(jīng)隔離變壓器輸出的單相交流信號和三相交流信號,所述隔離變壓器用于隔離縮小市電。

具體的，所述實時控制單元包括運行了Matlab/Simulink或Labview軟件環(huán)境的PC機設備和與所述PC機設備相連的Quanser或NI平臺設備，所述Matlab/Simulink或Labview軟件環(huán)境中包括顯示單元、單相過零檢測及觸發(fā)控制單元和三相過零檢測及觸發(fā)控制單元，單相過零檢測及觸發(fā)控制單元和三相過零檢測及觸發(fā)控制單元用于對主電路同步電源進行軟件過零檢測，以及移相控制；所述Quanser或NI平臺中包括數(shù)據(jù)采集卡和實時控制軟件其中采集卡用于數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出、編碼器信號輸入采集、PWM輸出；或者，所述實時控制單元包括運行了所述Matlab/Simulink或Labview軟件環(huán)境和所述Quanser或NI平臺的PC機設備。

在本實施例的優(yōu)選方案中，所述晶閘管觸發(fā)單元具體由6路觸發(fā)放大電路并聯(lián)組成，其中，每一路觸發(fā)放大電路由功率三極管、脈沖變壓器、二極管和電阻組成，觸發(fā)放大電路用于對所述實時控制單元發(fā)出的移相觸發(fā)控制信號進行放大，并將放大后的移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管模塊發(fā)送。

其中，如圖2所示的，所述實時控制單元發(fā)出所述移相觸發(fā)控制信號后，由觸發(fā)放大電路的R1左端接收，經(jīng)由功率三極管Q1后接入脈沖變壓器T1，在脈沖變壓器T1進行放大并得到放大后的移相觸發(fā)控制信號G、K，所述觸發(fā)放大電路通過5V直流電供電。

在本實施例中，所述電流采集電路具體采用如圖3所示的單相橋式半控整流電路，其中，VT1和VD4組成一對橋臂，VD2和VT3組成另一對橋臂；

在電壓U正半周，a點電位高于b點電位，若VT1、VD2、VT3和VD4均不導通，則負載電流id為零，Ud也為零，VT1、VD4串聯(lián)承受電壓U,設VT1和VD4的漏電阻相等，則各承受U的一半；

若在觸發(fā)角α處給VT1加觸發(fā)脈沖，VT1和VD4即導通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VD4流回電源b端；當U過零時，流經(jīng)所述晶閘管模塊中的各晶閘管的電流也降到零，VT1和VD4關斷；在U負半周，仍在觸發(fā)延遲角α處觸發(fā)VD2和VT3,VD2和VT3導通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VD2流回電源a端。到U過零時，電流又降為零，VD2和VT3關斷；此后VT1和VD4又導通，如此循環(huán)地工作。

本實用新型實施例提供一種數(shù)字化晶閘管整流方法，用于上述如圖1所示的數(shù)字化晶閘管整流裝置。所述方法適用于開環(huán)控制，包括：

A1、通過所述同步信號采集單元采集主電路供電用的交流信號，并將所述交流信號傳送至實時控制單元。

A2、通過所述實時控制單元對所采集的交流信號進行過零檢測，并獲取正負過零信號，同時根據(jù)接受到的輸入信息獲取具體移相角度。

A3、通過所述數(shù)據(jù)采集單元采集所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)并傳至所述實時控制單元，并由所述實時控制單元實時顯示所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)。

A4、通過所述實時控制單元根據(jù)所述正負過零信號和所述具體的移相角度，生成移相觸發(fā)控制信號，并將所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管觸發(fā)單元發(fā)送。

A5、通過所述晶閘管觸發(fā)單元放大所述移相觸發(fā)控制信號，并將放大后的所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管模塊發(fā)送，由所述晶閘管模塊接受到所述移相觸發(fā)控制信號后觸發(fā)晶閘管。

本實用新型實施例提供還一種數(shù)字化晶閘管整流方法，用于上述如圖1所示的數(shù)字化晶閘管整流裝置。所述方法適用于閉環(huán)控制，包括：

B1、通過所述同步信號采集單元采集主電路供電用的交流信號，并將所述交流信號傳送至實時控制單元。

B2、通過所述實時控制單元對所采集的交流信號進行過零檢測，并獲取正負過零信號。

B3、通過所述實時控制單元根據(jù)所述負載數(shù)據(jù)和預設的控制策略，計算得到移相觸發(fā)控制信號。

B4、通過所述數(shù)據(jù)采集單元采集所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)并傳至所述實時控制單元，并由所述實時控制單元實時顯示所述晶閘管模塊的負載數(shù)據(jù)。

B5、通過所述實時控制單元根據(jù)所述正負過零信號和所述具體的移相角度，生成移相觸發(fā)控制信號，并將所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管觸發(fā)單元發(fā)送。

B6、通過所述晶閘管觸發(fā)單元放大所述移相觸發(fā)控制信號，并將放大后的所述移相觸發(fā)控制信號向所述晶閘管模塊發(fā)送，由所述晶閘管模塊接受到所述移相觸發(fā)控制信號后觸發(fā)晶閘管。

本實用新型實施例提供的整流方法，能夠通過實時控制單元進行快速編程，且觸發(fā)電路的結構相對于專用晶閘管觸發(fā)芯片的已大幅簡化，通過如圖4所示的移相角為30°時實驗效果圖可見，觸發(fā)的穩(wěn)定性有顯著提高了且移相的準確度也有提高。并且同時支持進行開環(huán)/閉環(huán)控制。進一步的，通過在實時控制單元中實時顯示負載數(shù)據(jù)，便于操作者實時獲取實驗參數(shù)，提高了實驗效率。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于設備實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。