CN104753331B - 一种大功率发射机软启动装置及其软启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率发射机软启动装置及其软启动方法。大功率发射机软启动装置采用可编程工业控制器PLC、数模变换器D/A、软启动控制电路、相控交流模块。PLC设定软启动控制的起始电平、控制电平上升变化的上升速率的数字信号，经D/A变换后形成模拟控制电平，再由软启动控制电路射随放大后，送到相控交流模块的控制端，按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通。本发明具有控制灵活、适应性广的特点，能调整软启动的起始电平和变化的上升速率，实现软启动过程的平稳可靠；尤其是在软启动过程较长或失控时，不会像传统软启动电路那样会出现电阻因过热而烧毁。本发明还公开所述装置的软启动方法。

Description

一种大功率发射机软启动装置及其软启动方法

技术领域

本发明涉及雷达、电子对抗领域的一种电源、发射机的软启动装置及其软启动方法，尤其涉及到一种大功率发射机软启动装置及其软启动方法。

背景技术

随着雷达威力的增长、电子对抗效果的提高，以及大科学工程中对发射机(或微波放大器)功率需求的提高，对大功率发射机的需求一直不断，这些大功率设备工作时不仅需要较大的功率，而且在其投入工作的瞬间，往往对电网或电站有较大的负荷牵引，容易对电站和电网造成瞬间干扰，引起跳闸断电。另一方面，由于大功率发射机中的滤波电感一般不可能太大，其扼流作用往往不能阻碍突加的电源对发射机内部器件的冲击，造成器件损坏。

因此，在大功率发射机的电源中都采用软启动电路来减小电源突加带来的冲击，减小电源突加对电网的影响，避免发射机内部器件在电源突加过程中的损伤。最常用的软启动电路由电阻和交流接触器组成，在加电的瞬间，在电源的主回路中串入适当阻值的电阻，由电阻来阻止电源的突变，起到缓冲作用，经过短暂的缓冲后，电源逐步上升到稳定值，再用交流接触器来短路软启动电阻，使主回路真正接通，一旦交流接触器动作迟缓或失控，极易造成电阻过热烧毁。

这种用电阻和交流接触器构成的软启动电路不可避免地至少存在以下几个方面的缺点。一是当软启动时间过长，尤其是交流接触器失控，不能及时将电阻短路时，电阻会因功耗过大而过热或烧毁，最终失去软启动功能；其次是这种软启动方式不够灵活，当高压电源分多档加压时，软启动电路只能动作一次，不能每档高压都进行软启动控制；再次是对软启动过程的长短不能根据需要进行调整。

发明内容

为了克服目前软启动电路的不足，本发明提供一种大功率发射机软启动装置及其软启动方法，其具有灵活适应能力的软启动技术，采用可编程工业控制器(PLC)控制三相交流相控模块，代替原电阻、交流接触器组成的软启动电路，广泛应用于大功率发射机中，软启动过程损耗小，软启动过程的时间可根据需要设定和调整，可对应多档高压设定多次软启动过程。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种大功率发射机软启动装置，其包括软启动电路，所述软启动电路采用可编程工业控制器PLC、数模变换器D/A、软启动控制电路、相控交流模块；所述PLC作为发射机的控制器用于设定软启动控制的起始电平、以及控制电平上升变化的上升速率的数字信号；所述数字信号经所述D/A变换后形成模拟控制电平；所述模拟控制电平由所述软启动控制电路射随放大后，送到所述相控交流模块的控制端；所述相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通。其中，对于高压分多档加电的发射机，所述软启动电路针对各档高压分别设定各自的软启动控制的起始电平和上升速率，并与各档高压的开机程序自动关联，在发射机故障时，关联的程序立即切断所述模拟控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断。

本发明实现控制发射机直流高压从一个较低的值逐步缓慢上升到额定值，达到减小大功率发射机高压加电过程对电网和发射机的冲击。本发明采用相控交流模块作为软启动电路的执行器件，通过控制电平控制相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通，控制发射机直流高压从一个较低的值逐步缓慢上升到额定值，实现高压加电的软启动。与传统的由电阻交流接触器构成的软启动电路相比，本发明具有控制灵活、适应性广的特点，可以根据实际情况随时通过编程调整软启动的起始电平和上升的变化速率，实现软启动过程的平稳可靠，且不需更换任何器件；尤其是在软启动过程较长或失控时，不会像传统软启动电路那样会出现电阻因过热而烧毁。

作为上述方案的进一步改进，在发射机故障时，所述模拟控制电平与发射机的故障状态连锁，通过PLC立即切断所述相控交流模块的所述控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断，切断高压电源。

本发明所用的相控模块由导通变成关断，切断高压电源，为故障的发射机提供又一重保护途径。

本发明还提供一种大功率发射机软启动装置的软启动方法，所述大功率发射机软启动装置包括软启动电路，所述软启动电路采用可编程工业控制器PLC、数模变换器D/A、软启动控制电路、相控交流模块；所述软启动方法包括以下步骤：

所述PLC设定软启动控制的起始电平、以及控制电平上升变化的上升速率的数字信号；

所述数字信号经所述D/A变换后形成模拟控制电平；

所述模拟控制电平由所述软启动控制电路射随放大后，送到所述相控交流模块的控制端；

所述相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通；

其中，对于高压分多档加电的发射机，所述软启动电路针对各档高压分别设定各自的软启动控制的起始电平和上升速率，并与各档高压的开机程序自动关联，在发射机故障时，关联的程序立即切断所述模拟控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断。

作为上述方案的进一步改进，在发射机故障时，所述模拟控制电平与发射机的故障状态连锁，通过PLC立即切断所述相控交流模块的所述控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断，切断高压电源。

综上所述，本发明的技术点如下：

1.主要用可编程工业控制器(PLC)、数模变换器(D/A)、软启动控制电路、相控交流模块构成的软启动电路；

2.PLC即作为发射机的控制器，又作为软启动的控制器，通过对PLC进行编程，设定软启动控制的起始电平、以及控制电平上升变化的速率的数字信号；

3.采用与PLC配套的D/A变换器，对PLC形成的软启动控制信号进行模数转换，形成模拟控制电平；

4.采用软启动控制电路对D/A变换器形成的模拟控制电平进行射随，进行电流放大之后送给相控模块；

5.采用相控交流模块作为软启动电路的执行器件，通过控制电平控制相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通，控制发射机直流高压从一个较低的值逐步缓慢上升到额定值，实现高压加电的软启动；

6.具有多档软启动功能，对于高压分多档加电的发射机，软启动电路可以针对各档高压分别设定各自的软启动控制起始电平和上升速率，实现多档高压加电过程的平稳过渡，并与各档高压的开机程序自动关联，由PLC执行程序自动启动各档高压的软启动过程。

7.在发射机故障时，轻易实现软启动控制电平与发射机的故障状态连锁，通过PLC程序立即切断相控模块的控制电平，相控模块由导通变成关断，切断高压电源，为故障的发射机提供又一重保护途径；

8.具有控制灵活、适应性广的特点，可以根据实际情况随时通过编程调整软启动的起始电平和上升的变化速率，灵活调整各档软启动的起始值和软启动过程的时间长短，实现软启动过程的平稳可靠；

9.软启动的起始值和过程长短可以通过程序编程和调整，经过精益调整和程序完善能够追求和实现最佳的软启动效果，而不必进行硬件更换和调整；

10.软启动过程安全可靠，即使在软启动过程较长或失控时，不会像传统软启动电路那样会出现电阻因过热而烧毁。

附图说明

图1为本发明大功率发射机软启动装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明大功率发射机软启动装置包括软启动电路，所述软启动电路采用可编程工业控制器PLC、数模变换器D/A、软启动控制电路、相控交流模块。

PLC用作发射机的程序控制器，其程序包括软启动控制软件，对发射机及软启动电路的开启、关闭及状态进行控制、监视和管理。故，PLC即作为发射机的控制器，又作为软启动的控制器，通过对PLC进行编程，设定软启动控制的起始电平、以及控制电平上升变化的速率的数字信号。

D/A模块对PLC提供的软启动控制起始电平及其上升变化速率的数字信号进行模拟量转化，为软启动控制电路提供软启动控制的模拟量电平。采用与PLC配套的D/A变换器，对PLC形成的软启动控制信号进行模数转换，形成模拟控制电平。

软启动控制电路对来自D/A模块的软启动控制电平信号进行射随(电流)放大，产生控制相控模块的控制信号。在发射机故障时，通过内设的泄放开关将控制电平下拉到地电平，切断相控模块的控制信号，提供切断直流高压的备用途径，对故障的发射机起到多重保护。采用软启动控制电路对D/A变换器形成的模拟控制电平进行射随，进行电流放大之后送给相控模块。

相控模块是软启动控制的执行者，在控制电平的驱动下对发射机高压电源的加电进行软启动控制，在发射机故障情况下，可以切断高压电源。采用相控交流模块作为软启动电路的执行器件，通过控制电平控制相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通，控制发射机直流高压从一个较低的值逐步缓慢上升到额定值，实现高压加电的软启动。

控制程序可以将软启动过程与各档高压的启动相关联，并设定各档高压的软启动控制电平和上升变化速率，使各档高压加电平缓过度，降低高压电源加电对电网和发射机的冲击；在发射机发生故障时，通过程序切断软启动控制电平。具有多档软启动功能，对于高压分多档加电的发射机，软启动电路可以针对各档高压分别设定各自的软启动控制起始电平和上升速率，实现多档高压加电过程的平稳过渡，并与各档高压的开机程序自动关联，由PLC执行程序自动启动各档高压的软启动过程。因此，在发射机故障时，轻易实现软启动控制电平与发射机的故障状态连锁，通过PLC程序立即切断相控模块的控制电平，相控模块由导通变成关断，切断高压电源，为故障的发射机提供又一重保护途径。

所述PLC作为发射机的控制器用于设定软启动控制的起始电平、以及控制电平上升变化的上升速率的数字信号。所述数字信号经所述D/A变换后形成模拟控制电平。所述模拟控制电平由所述软启动控制电路射随放大后，送到所述相控交流模块的控制端。所述相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通。

交流相控模块受0到10V的直流电平控制，电平越高，相控模块的导通角越大，10V时全导通，0V时不导通。本发明利用PLC的D/A模块输出控制电平，经软启动控制电路放大后提供给相控交流模块的控制端，控制相控交流模块的导通角；利用PLC对D/A模块输出的电平进行编程控制，实现根据发射机高压电源的实际情况设置相控模块软启动工作的起始电平V₀、以及控制电平从V₀上升到10V的变化速度，实现对相控模块的起始导通角及其变化速率的控制；调整V₀的大小，可以改变加电瞬间对电网的冲击，V₀越高冲击越大，干扰越大，V₀越低冲击越小，干扰也小，但过程相对较长；控制电平的变化速度越快，软启动过程越短，变化速度越慢，过程越长，软启动的效果越明显，但进入工作点时间越长，太长会对工作任务产生影响，需要折中选择，而PLC是通过程序来控制D/A输出的，软件编程对折中选择带来诸多便利；更为便利的是在有多档高压的情况下，可以通过计算和试验，合理确定其余各档的软启动控制的起始电平V₂₀、V₃₀等，以及各档控制电平的变化速度，并编入发射机的控制程序，在发射机执行各档高压的加电程序时，D/A输出的控制电平对应作相应的变化，从而实现多档高压加电过程的软启动，各档高压可以实现平稳过渡，对电网的冲击很小，这是电阻、交流接触器软启动电路无法做到的。

在采用PLC作为发射机的控制器的同时，还通过PLC对相控模块控制电平的起始值和变化速率进行编程设定，产生的控制电平数字量，经PLC的D/A变换器转换成模拟电平，由软启动控制电路射随并电流放大后，送到相控模块控制端，在控制端即可得到起始值和上升变化速率一定的控制电平；如果控制电平的起始值或上升变化速率不合适，可以对PLC中的相关程序进行修订，直至起始值和上升变化速率满足发射机和电网的要求，修订过程简单易行。

通过程序设定，对于三档高压的加电过程，实现对各档的控制电平起始值和上升变化速率分别进行设定，使得从一档高压到二档高压、二档高压到三档高压的过度都很平稳，冲击和干扰很小。

只有在加高压时，软启动电路才开始提供起始电平，然后按设定的速率逐步提升到稳定的10V电平；在软启动控制电路中设置有电子泄放开关，一旦发射机故障出现，软启动控制电路中的电子泄放开关就会将控制电平下拉到地电平，切断相控模块的控制电平，达到切断直流高压的目的，对故障的发射机起到保护作用。

这种适应多档高压加电过程具有软启动的功能，以前的软起动电路是不具备的，也不具备本发明的软启动电路能够在故障状态切断发射机高压的功能。

故本发明，具有控制灵活、适应性广的特点，可以根据实际情况随时通过编程调整软启动的起始电平和上升的变化速率，灵活调整各档软启动的起始值和软启动过程的时间长短，实现软启动过程的平稳可靠；软启动的起始值和过程长短可以通过程序编程和调整，经过精益调整和程序完善能够追求和实现最佳的软启动效果，而不必进行硬件更换和调整；软启动过程安全可靠，即使在软启动过程较长或失控时，不会像传统软启动电路那样会出现电阻因过热而烧毁。

由图1可见来自电网的输入经高压控制接触器后，送到相控模块输入端，经相控模块控制输出到高压电源。高压控制接触器是高压电源配电的执行器件，对高压电源的配电进行开关管理，正常开关机时，按程序控制高压电源配电的通断，在发射机故障时，高压控制接触器受控及时切断高压配电，对发射机进行及时保护；相控模块受控在加高压的同时对配电进行管理，控制配电的有效值从较低的电平逐步提高，减小高压加电瞬间对电网、电路的冲击，实现高压加电的软启动；PLC根据程序给D/A模块提供相控模块控制电平的数字量，由D/A模块变换后，形成模拟电平，经软启动控制电路射随放大后，送到相控模块的控制端，控制相控模块完成软启动过程；在高压分多档加电的情况下，通过程序设定，分别对各档控制电平的起始值和上升变化速率的进行设定，经过合理的设定和电平调整，使得从第一档高压到第二档高压、第二档高压到第三档等各档高压的平稳过度，冲击和干扰很小。

综上所述，本发明采用PLC、D/A变换模块、软启动控制电路、以及相控交流模块构成的软启动电路，是常见的电阻和交流接触器构成的软启动电路的更新换代，其有益效果是：

1.极大地提升了软启动电路的适应性和灵活性，将软启动功能从仅能用于一档加压过程提升到多档加压过程，并能对各档加电的软启动过程进行编程，以适应不同的需求；

2.能够对多档高压的加压过程分别进行软启动控制，且可根据实际需要灵活调整各档软启动的起始值和软启动过程的时间长短；

3.软启动的起始值和过程长短可以通过程序编程和调整，经过精益调整和程序完善能够追求和实现最佳的软启动效果，而不必进行硬件更换和调整；

4.通过将软启动程序与发射机的控制程序相关联，在发射机执行各档电压加电过程的同时自动启动相应的软启动过程，轻易实现软启动控制电平与发射机的故障状态连锁，一旦发射机出现故障，可以立即将软启动控制电平降到地电平，关闭相控模块的导通角，切断高压电源，为发射机提供又一重保护途径；

5.在软启动过程中，发射机可以进入工作状态，且软启动时间过长，不会出现电阻交流接触器构成的软启动电路那样因电阻过热而烧毁的故障。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单替换和变更，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。

Claims (4)

1.一种大功率发射机软启动装置，其特征是：其包括软启动电路，所述软启动电路采用可编程工业控制器PLC、数模变换器D/A、软启动控制电路、相控交流模块；所述PLC作为发射机的控制器用于设定软启动控制的起始电平、以及控制电平上升变化的上升速率的数字信号；所述数字信号经所述D/A变换后形成模拟控制电平；所述模拟控制电平由所述软启动控制电路射随放大后，送到所述相控交流模块的控制端；所述相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通；

其中，对于高压分多档加电的发射机，所述软启动电路针对各档高压分别设定各自的软启动控制的起始电平和上升速率，并与各档高压的开机程序自动关联，在发射机故障时，关联的程序立即切断模拟控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断。

2.根据权利要求1所述的大功率发射机软启动装置，其特征是：在发射机故障时，所述模拟控制电平与发射机的故障状态连锁，通过PLC立即切断所述相控交流模块的所述模拟控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断，切断高压电源。

3.一种大功率发射机软启动装置的软启动方法，其特征是：所述大功率发射机软启动装置包括软启动电路，所述软启动电路采用可编程工业控制器PLC、数模变换器D/A、软启动控制电路、相控交流模块；所述软启动方法包括以下步骤：

所述PLC设定软启动控制的起始电平、以及控制电平上升变化的上升速率的数字信号；

所述数字信号经所述D/A变换后形成模拟控制电平；

所述模拟控制电平由所述软启动控制电路射随放大后，送到所述相控交流模块的控制端；

所述相控交流模块按设定的导通角开始导通，并按设定的变化速率增大导通角，直至完全导通；

其中，对于高压分多档加电的发射机，所述软启动电路针对各档高压分别设定各自的软启动控制的起始电平和上升速率，并与各档高压的开机程序自动关联，在发射机故障时，关联的程序立即切断所述控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断。

4.根据权利要求3所述的大功率发射机软启动装置的软启动方法，其特征是：在发射机故障时，所述模拟控制电平与发射机的故障状态连锁，通过PLC立即切断所述相控交流模块的所述模拟控制电平，所述相控交流模块由导通变成关断，切断高压电源。