CN105515476A - 提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法 - Google Patents

提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,它的无刷电励磁同步发电机的三相电源输出端通过四象限变流器连接负载,负载电流检测器置在负载的三相电源接口;三相电子旁路开关的两端分别连接无刷电励磁同步发电机的电源输出端和四象限变流器相电源输出端;负载电流检测器的信号输出端连接控制器的负载电流监测信号输入端,控制器的四象限变流器控制信号输出端连接四象限变流器的控制端,控制器的开关控制信号输出端连接三相电子旁路开关的控制端,控制器的发电机控制信号输出端连接无刷电励磁同步发电机的控制端。本发明在船舶电气设备发生局部短路时,使轴带发电机通过电子旁路开关提供三倍负载额定输出电流的过载能力。

Description

提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法
技术领域
本发明涉及发电机控制和电力电子技术领域,具体地指一种提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法。
背景技术
现有的船舶电站一般由高速柴油机驱动的同步发电机构成,但高速柴油发电机需要燃烧轻质柴油,其高成本、高噪音、维护工作量大等因素迫使人们提出利用船舶主轴驱动发电机(即轴带发电机)的设想。轴带发电机利用船舶驱动螺旋桨的富裕功率工作,可以较大幅度节约发电成本,减轻发电设备维护工作量。但船舶主轴的转速会随船舶运行状况而变,采用传统的轴带同步发电机,其发出的电压频率会随主轴转速变化而变化,无法满足船舶电气设备对于恒频恒压电源的要求。无刷电励磁轴带发电系统通过四象限变流器将无刷电励磁同步发电机输出的变速变频电压源转变为变速恒频电压源,从而满足船舶电气设备的需求。
船舶电站的另一个重要技术指标是在船舶电气设备发生局部短路时,要求独立发电系统能短时(3秒时间内)提供三倍负载额定电流的过载能力。但无刷电励磁轴带发电系统的核心部件四象限变流器受功率元件(包括IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)模块、支撑电容和滤波电感等)的限制,一般只能提供1.2倍的电流过载能力,要想达到三倍电流过载能力,只能采用更大容量的功率器件,由此会大大增加发电系统制造成本,但系统又长期运行在极轻载的工况,严重影响系统经济性。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法,该系统和方法在不增加四象限变流器功率元件容量的前提下,可以在船舶电气设备发生局部短路时,通过实时控制,使轴带发电机通过电子旁路开关提供三倍负载额定输出电流的过载能力,从而满足船舶电站技术标准要求。
为实现此目的,本发明所设计的一种提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,它包括无刷电励磁同步发电机、四象限变流器和负载,无刷电励磁同步发电机的三相电源输出端通过四象限变流器连接负载,它还包括三相电子旁路开关、负载电流检测器和控制器,其中,所述三相电子旁路开关包括第一相电子旁路开关、第二相电子旁路开关和第三相电子旁路开关,所述负载电流检测器设置在负载的三相电源接口,用于实时监测负载电流;
所述第一相电子旁路开关的两端分别连接无刷电励磁同步发电机的第一相电源输出端和四象限变流器的第一相电源输出端,第二相电子旁路开关的两端分别连接无刷电励磁同步发电机的第二相电源输出端和四象限变流器的第二相电源输出端,第三相电子旁路开关的两端分别连接无刷电励磁同步发电机的第三相电源输出端和四象限变流器的第三相电源输出端;
负载电流检测器的信号输出端连接控制器的负载电流监测信号输入端,控制器的四象限变流器控制信号输出端连接四象限变流器的控制端,控制器的开关控制信号输出端分别连接第一相电子旁路开关、第二相电子旁路开关和第三相电子旁路开关的开关控制端,控制器的发电机控制信号输出端连接无刷电励磁同步发电机的控制端。
一种利用上述提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置进行过载保护的方法,其特征在于,它包括如下步骤:
步骤1:负载电流检测器实时监测负载电流,当负载电流检测器监测到负载电流达到1.2倍负载额定电流后,控制器向四象限变流器的控制端发送关断信号,令四象限变流器的所有绝缘栅双极型晶体管关断,禁止四象限变流器输出电流;
步骤2:控制器同时发送六路开关控制信号触发六个晶闸管导通,使第一相电子旁路开关、第二相电子旁路开关和第三相电子旁路开关导通,无刷电励磁同步发电机输出的电压通过第一相电子旁路开关、第二相电子旁路开关和第三相电子旁路开关直接向负载供电;在此期间,控制器向无刷电励磁同步发电机发出控制信号使无刷电励磁同步发电机的励磁电流提高;
步骤3:当负载电流检测器检测到无刷电励磁同步发电机通过第一相电子旁路开关、第二相电子旁路开关和第三相电子旁路开关输出电流达到三倍负载额定电流后,控制器向无刷电励磁同步发电机发出控制信号对无刷电励磁同步发电机的励磁电流进行限制,使无刷电励磁同步发电机输出的电流保持在三倍负载额定电流,保证了第一相电子旁路开关、第二相电子旁路开关和第三相电子旁路开关中晶闸管的安全。
本发明在不增加主电路功率元件容量的前提下,将轴带发电系统短路过载能力提高到三倍额定电流。无刷电励磁轴带发电系统由船舶主轴驱动的无刷电励磁同步发电机和四象限变流器组成,为船舶电气设备负载提供变速恒频电源。作为无刷电励磁轴带发电系统的核心部件四象限变流器受功率元件的限制,一般只能提供1.2倍的电流过载能力,本发明提供了增设的电子旁路开关,可以在船舶电气设备负载发生局部短路时,通过电子旁路电路提供三倍额定电流的过载能力。
本发明在系统正常发电时,电子旁路开关处于断开状态,无刷电励磁轴带发电机发出的变速变频电源通过四象限变流器输出变速恒频电源给船舶电气负载,当船舶电气负载发生局部短路时,控制电路检测到负载电流超过额定电流后,控制四象限变流器停止供电,同时控制电子旁路开关导通,提供船舶电气负载三倍的过载电流,从而满足船舶电气设备的需求。
附图说明
图1为本发明的结构框图;
图2为本发明中控制器与电子旁路开关部分的结构示意图;
图3为本发明中晶闸管触发信号与相电压波形图;
其中,1—无刷电励磁同步发电机、2—四象限变流器、3—三相电子旁路开关、3.1—第一相电子旁路开关、3.2—第二相电子旁路开关、3.3—第三相电子旁路开关、4—负载电流检测器、5—控制器、5.1—单片机、6—负载。
具体实施方式
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和图2所示的提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,它包括无刷电励磁同步发电机1、四象限变流器2和负载6(负载6可以是船舶上的任何负载,例:加热器、照明灯、空调、风机、压缩机等),无刷电励磁同步发电机1的三相电源输出端通过四象限变流器2连接负载6,它还包括三相电子旁路开关3、负载电流检测器4和控制器5,其中,所述三相电子旁路开关3包括第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3,所述负载电流检测器4设置在负载6的三相电源接口,用于实时监测负载电流;
所述第一相电子旁路开关3.1的两端分别连接无刷电励磁同步发电机1的第一相电源U1输出端和四象限变流器2的第一相电源输出端,第二相电子旁路开关3.2的两端分别连接无刷电励磁同步发电机1的第二相电源V1输出端和四象限变流器2的第二相电源输出端,第三相电子旁路开关3.3的两端分别连接无刷电励磁同步发电机1的第三相电源W1输出端和四象限变流器2的第三相电源输出端(具体来说,所述第一相电子旁路开关3.1的一端连接无刷电励磁同步发电机1的第一相电源输出端,第一相电子旁路开关3.1的另一端连接四象限变流器2的第一相电源输出端,第二相电子旁路开关3.2的一端连接无刷电励磁同步发电机1的第二相电源输出端,第二相电子旁路开关3.2的另一端连接四象限变流器2的第二相电源输出端,第三相电子旁路开关3.3的一端连接无刷电励磁同步发电机1的第三相电源输出端,第三相电子旁路开关3.3的另一端连接四象限变流器2的第三相电源输出);
负载电流检测器4的信号输出端连接控制器5的负载电流监测信号输入端,控制器5的四象限变流器控制信号输出端连接四象限变流器2的控制端,控制器5的开关控制信号输出端分别连接第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3的开关控制端,控制器5的发电机控制信号输出端连接无刷电励磁同步发电机1的控制端。
上述技术方案中,所述第一相电子旁路开关3.1包括第一晶闸管T1和第二晶闸管T2,所述第一晶闸管T1的阳极连接无刷电励磁同步发电机1的第一相电源输出端,第一晶闸管T1的阴极连接四象限变流器2的第一相电源输出端,所述第二晶闸管T2的阴极连接无刷电励磁同步发电机1的第一相电源输出端,第二晶闸管T2的阳极连接四象限变流器2的第一相电源输出端,所述控制器5的第一开关控制信号输出端和第二开关控制信号输出端分别连接第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的门极。
上述技术方案中,所述第二相电子旁路开关3.2包括第三晶闸管T3和第四晶闸管T4,所述第三晶闸管T3的阳极连接无刷电励磁同步发电机1的第二相电源输出端,第三晶闸管T3的阴极连接四象限变流器2的第二相电源输出端,所述第四晶闸管T4的阴极连接无刷电励磁同步发电机1的第二相电源输出端,第四晶闸管T4的阳极连接四象限变流器2的第二相电源输出端,所述控制器5的第三开关控制信号输出端和第四开关控制信号输出端分别连接第三晶闸管T3和第四晶闸管T4的门极。
上述技术方案中,所述第三相电子旁路开关3.3包括第五晶闸管T5和第六晶闸管T6,所述第五晶闸管T5的阳极连接无刷电励磁同步发电机1的第三相电源输出端,第五晶闸管T5的阴极连接四象限变流器2的第三相电源输出端,第六晶闸管T6的阴极连接无刷电励磁同步发电机1的第三相电源输出端,第六晶闸管T6的阳极连接四象限变流器2的第三相电源输出端,所述控制器5的第五开关控制信号输出端和第六开关控制信号输出端分别连接第五晶闸管T5和第六晶闸管T6的门极。
上述技术方案中,由6个晶闸管构成电流可以双向流动的三相电子开关(即第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3),在控制器5的实时控制下,当负载6发生局部短路时,及时停止四象限变流器2的IGBT工作,同时开通电子旁路开关,提供负载三倍的额定电流。当船舶电气设备继电保护装置自动切除了局部短路设备后,控制器5令电子旁路开关断开,并同时令四象限变流器的IGBT工作,恢复无刷电励磁轴带发电系统的正常供电。当负载6发生局部短路时,控制电路能自动调节无刷电励磁轴带发电机的励磁电流,既能提供发电负载三倍的额定电流,又限制发电系统的输出电流不会超过三倍额定电流,保证了发电系统的安全。
上述技术方案中,所述控制器5包括单片机5.1(ARM)、第一光电隔离晶闸管G1~第六光电隔离晶闸管G6,所述第一光电隔离晶闸管G1输入端的阳极和阴极分别连接单片机5.1第一开关控制信号输出端和单片机5.1的接地端GND,第一光电隔离晶闸管G1输出端的阴极连接第一晶闸管T1的门极,第一光电隔离晶闸管G1输出端的阳极连接第一晶闸管T1的阳极;
所述第二光电隔离晶闸管G2输入端的阳极和阴极分别连接单片机5.1第二开关控制信号输出端和单片机5.1的接地端GND,第二光电隔离晶闸管G2输出端的阴极连接第二晶闸管T2的门极,第二光电隔离晶闸管G2输出端的阳极连接第二晶闸管T2的阳极;
所述第三光电隔离晶闸管G3输入端的阳极和阴极分别连接单片机5.1第三开关控制信号输出端和单片机5.1的接地端GND,第三光电隔离晶闸管G3输出端的阴极连接第三晶闸管T3的门极,第三光电隔离晶闸管G3输出端的阳极连接第三晶闸管T3的阳极;
所述第四光电隔离晶闸管G4输入端的阳极和阴极分别连接单片机5.1第四开关控制信号输出端和单片机5.1的接地端GND,第四光电隔离晶闸管G4输出端的阴极连接第四晶闸管T4的门极,第四光电隔离晶闸管G4输出端的阳极连接第四晶闸管T4的阳极;
所述第五光电隔离晶闸管G5输入端的阳极和阴极分别连接单片机5.1第五开关控制信号输出端和单片机5.1的接地端GND,第五光电隔离晶闸管G5输出端的阴极连接第五晶闸管T5的门极,第五光电隔离晶闸管G5输出端的阳极连接第五晶闸管T5的阳极;
所述第六光电隔离晶闸管G6输入端的阳极和阴极分别连接单片机5.1第六开关控制信号输出端和单片机5.1的接地端GND,第六光电隔离晶闸管G6输出端的阴极连接第六晶闸管T6的门极,第六光电隔离晶闸管G6输出端的阳极连接第六晶闸管T6的阳极。
上述技术方案中,控制器5还包括电阻R1~电阻R12,上述电阻R1~电阻R12用于限制输出电流的大小,所述第一光电隔离晶闸管G1输入端的阴极通过电阻R1连接单片机5.1的接地端,第一光电隔离晶闸管G1输出端的阴极通过电阻R2连接第一晶闸管T1的门极;
所述第二光电隔离晶闸管G2输入端的阴极通过电阻R3连接单片机5.1的接地端,第二光电隔离晶闸管G2输出端的阴极通过电阻R4连接第二晶闸管T2的门极;
所述第三光电隔离晶闸管G3输入端的阴极通过电阻R5连接单片机5.1的接地端,第三光电隔离晶闸管G3输出端的阴极通过电阻R6连接第三晶闸管T3的门极;
所述第四光电隔离晶闸管G4输入端的阴极通过电阻R7连接单片机5.1的接地端,第四光电隔离晶闸管G4输出端的阴极通过电阻R8连接第四晶闸管T4的门极;
所述第五光电隔离晶闸管G5输入端的阴极通过电阻R9连接单片机5.1的接地端,第五光电隔离晶闸管G5输出端的阴极通过电阻R10连接第五晶闸管T5的门极;
所述第六光电隔离晶闸管G6输入端的阴极通过电阻R11连接单片机5.1的接地端,第六光电隔离晶闸管G6输出端的阴极通过电阻R12连接第六晶闸管T6的门极。
光电耦合晶闸管左端2根线是光电耦合晶闸管的输入端,由单片机的输出口信号控制,当单片机的输出口信号有效时,光电耦合晶闸管的发光二极管导通发光,触发光电耦合晶闸管中的晶闸管导通,光电耦合晶闸管右端2根线与大功率晶闸管T1门极相连,进而触发大功率晶闸管T1导通。当单片机的输出口信号无效时,大功率晶闸管T1断开不导通。光电耦合晶闸管起到隔离干扰信号的作用。
上述技术方案中,单片机5.1的六个开关控制信号输出端分别输出对应的晶闸管脉冲控制信号。
本发明中由于晶闸管过流能力高,成本低,工作可靠,由晶闸管构成的三相电子旁路开关3可以采用容量较小的晶闸管元件,不用支撑电容和电感,在短时间内提供很大的旁路电流。
一种利用上述提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置进行过载保护的方法,它包括如下步骤:
步骤1:负载电流检测器4实时监测负载电流iload,当负载电流检测器4监测到负载电流达到1.2倍负载额定电流后,控制器5向四象限变流器2的控制端发送关断信号CTR1,令四象限变流器2的所有绝缘栅双极型晶体管关断,禁止四象限变流器2输出电流;
步骤2:控制器5同时发送六路开关控制信号触发六个晶闸管(第一晶闸管T1~第六晶闸管T6)导通,使第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3导通,无刷电励磁同步发电机1输出的电压通过第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3直接向负载6供电,由于晶闸管过流能力高,可以用较小容量的晶闸管在短时间内提供很大的输出电流;在此期间,控制器5向无刷电励磁同步发电机1发出控制信号if使无刷电励磁同步发电机1的励磁电流提高,保证无刷电励磁同步发电机1能提供三倍负载额定电流的输出能力给负载;
步骤3:当负载电流检测器4检测到无刷电励磁同步发电机1通过第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3输出电流达到三倍负载额定电流后,控制器5向无刷电励磁同步发电机1发出控制信号对无刷电励磁同步发电机1的励磁电流进行限制(减小励磁电流),使无刷电励磁同步发电机1输出的电流保持在三倍负载额定电流,保证了第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3中晶闸管的安全;
步骤4:当负载电流检测器4检测到的负载电流iload小于1.2倍负载额定电流时(船舶电气设备继电保护装置自动切除了局部短路设备),控制器5停止输出六个晶闸管脉冲控制信号,同时控制器5发送控制信号给四象限变流器2,使四象限变流器2中的所有绝缘栅双极型晶体管重新工作,由四象限变流器2向负载6供电,六个晶闸管由于无触发信号,在输出电压过零点后会自动由导通变为截止状态,即第一相电子旁路开关3.1、第二相电子旁路开关3.2和第三相电子旁路开关3.3处于断开状态,发电系统恢复了正常供电。
上述技术方案的步骤2中,六个晶闸管(第一晶闸管T1~第六晶闸管T6)触发导通时刻与无刷电励磁同步发电机1输出电压的相位一致。图3给出了与第一相电源U1电压相连的第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的触发脉冲与第一相电源U1电压相位的关系,图3表明,在第一相电源U1电压正半波过零点出触发导通第一晶闸管T1,在第一相电源U1电压负半波过零点出触发导通第二晶闸管T2,这样可以确保输出给负载6的电压谐波为零,而且触发功率很小。
本发明采用电子旁路开关,通过旁路的方法,大幅度提高了无刷电励磁轴带发电系统输出电流的能力。采用该方法,不用提高四象限变流器功率元件的容量,可以大幅度降低无刷电励磁轴带发电系统的成本。采用负载电流检测和实时控制,可以准确控制电子旁路开关的导通和关断,满足船舶电气设备正常运行和局部短路时的供电特性。
本实施例,利用一套额定功率100KW,额定电流等于200A的无刷电励磁船舶轴带发电系统来介绍本发明,四象限变流器2的IGBT选用400A,电子旁路开关中的晶闸管选用300A。正常工况下,主电路中无刷电励磁同步发电机1通过四象限变流器2向负载6供电,最大电流不超过1.2倍额定电流即240A。选用400A的IGBT可以满足要求。当船舶电气设备发生局部短路时,负载电流可能达到600A,此时采用400A的IGBT显然不能满足要求。由于晶闸管具有短时过流能力高的特点,通过计算,采用300A的晶闸管可以短时(3秒内)满足负载600A的冲击电流。当负载电流达到600A后,控制器5根据负载电流调节无刷电励磁同步发电机1的励磁电流,当负载电流大于600A时,减少励磁电流,无刷电励磁同步发电机1电压下降,达到限制负载电流最大值的目的。
控制器5检测电机1的第一相电源U1、第二相电源V1和第三相电源W1的相位,在电压相位过零点时通过光电隔离晶闸管分别触发第一晶闸管T1~第六晶闸管T6(图3给出了T1、T2晶闸管触发信号与U1相电压的相位关系,其余4个晶闸管触发信号与V2、W2的相位关于类似),确保发电机通过晶闸管构成的电子旁路开关输出给负载的电压波形不会失去真。
如果负载电流在3秒内可以恢复正常(电流值小于1.2额定电流=240A),则通过负载电流检测器4检测负载电流值小于1.2倍负载额定电流,控制器5撤销6路晶闸管的触发信号,同时发送IGBT开通信号给四象限变流器2,四象限变流器2中的IGBT开始工作,四象限变流器2输出电流给负载6,晶闸管在承受电压过零点后会自然关断,电子旁路开关处于断开状态,等待下一次负载局部短路后才会重新导通。
如果负载电流在3秒内不能恢复正常,控制器5仍然撤销6路晶闸管的触发信号,但不发送IGBT开通信号给四象限变流器2,此时发电系统停止向负载6供电,同时控制器5发送故障报警信号。
此案例是本发明的用途之一,按本发明思路类似的电路结构、控制方法和使用场合均受到本发明专利的保护。
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。

Claims (10)

1.一种提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,它包括无刷电励磁同步发电机(1)、四象限变流器(2)和负载(6),无刷电励磁同步发电机(1)的三相电源输出端通过四象限变流器(2)连接负载(6),其特征在于:它还包括三相电子旁路开关(3)、负载电流检测器(4)和控制器(5),其中,所述三相电子旁路开关(3)包括第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3),所述负载电流检测器(4)设置在负载(6)的三相电源接口,用于实时监测负载电流;
所述第一相电子旁路开关(3.1)的两端分别连接无刷电励磁同步发电机(1)的第一相电源输出端和四象限变流器(2)的第一相电源输出端,第二相电子旁路开关(3.2)的两端分别连接无刷电励磁同步发电机(1)的第二相电源输出端和四象限变流器(2)的第二相电源输出端,第三相电子旁路开关(3.3)的两端分别连接无刷电励磁同步发电机(1)的第三相电源输出端和四象限变流器(2)的第三相电源输出端;
负载电流检测器(4)的信号输出端连接控制器(5)的负载电流监测信号输入端,控制器(5)的四象限变流器控制信号输出端连接四象限变流器(2)的控制端,控制器(5)的开关控制信号输出端分别连接第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)的开关控制端,控制器(5)的发电机控制信号输出端连接无刷电励磁同步发电机(1)的控制端。
2.根据权利要求1所述的提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,其特征在于:所述第一相电子旁路开关(3.1)包括第一晶闸管T1和第二晶闸管T2,所述第一晶闸管T1的阳极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第一相电源输出端,第一晶闸管T1的阴极连接四象限变流器(2)的第一相电源输出端,所述第二晶闸管T2的阴极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第一相电源输出端,第二晶闸管T2的阳极连接四象限变流器(2)的第一相电源输出端,所述控制器(5)的第一开关控制信号输出端和第二开关控制信号输出端分别连接第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的门极。
3.根据权利要求2所述的提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,其特征在于:所述第二相电子旁路开关(3.2)包括第三晶闸管T3和第四晶闸管T4,所述第三晶闸管T3的阳极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第二相电源输出端,第三晶闸管T3的阴极连接四象限变流器(2)的第二相电源输出端,所述第四晶闸管T4的阴极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第二相电源输出端,第四晶闸管T4的阳极连接四象限变流器(2)的第二相电源输出端,所述控制器(5)的第三开关控制信号输出端和第四开关控制信号输出端分别连接第三晶闸管T3和第四晶闸管T4的门极。
4.根据权利要求3所述的提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,其特征在于:所述第三相电子旁路开关(3.3)包括第五晶闸管T5和第六晶闸管T6,所述第五晶闸管T5的阳极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第三相电源输出端,第五晶闸管T5的阴极连接四象限变流器(2)的第三相电源输出端,第六晶闸管T6的阴极连接无刷电励磁同步发电机(1)的第三相电源输出端,第六晶闸管T6的阳极连接四象限变流器(2)的第三相电源输出端,所述控制器(5)的第五开关控制信号输出端和第六开关控制信号输出端分别连接第五晶闸管T5和第六晶闸管T6的门极。
5.根据权利要求4所述的提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,其特征在于:所述控制器(5)包括单片机(5.1)、第一光电隔离晶闸管G1~第六光电隔离晶闸管G6,所述第一光电隔离晶闸管G1输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第一开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端,第一光电隔离晶闸管G1输出端的阴极连接第一晶闸管T1的门极,第一光电隔离晶闸管G1输出端的阳极连接第一晶闸管T1的阳极;
所述第二光电隔离晶闸管G2输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第二开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端,第二光电隔离晶闸管G2输出端的阴极连接第二晶闸管T2的门极,第二光电隔离晶闸管G2输出端的阳极连接第二晶闸管T2的阳极;
所述第三光电隔离晶闸管G3输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第三开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端,第三光电隔离晶闸管G3输出端的阴极连接第三晶闸管T3的门极,第三光电隔离晶闸管G3输出端的阳极连接第三晶闸管T3的阳极;
所述第四光电隔离晶闸管G4输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第四开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端,第四光电隔离晶闸管G4输出端的阴极连接第四晶闸管T4的门极,第四光电隔离晶闸管G4输出端的阳极连接第四晶闸管T4的阳极;
所述第五光电隔离晶闸管G5输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第五开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端,第五光电隔离晶闸管G5输出端的阴极连接第五晶闸管T5的门极,第五光电隔离晶闸管G5输出端的阳极连接第五晶闸管T5的阳极;
所述第六光电隔离晶闸管G6输入端的阳极和阴极分别连接单片机(5.1)第六开关控制信号输出端和单片机(5.1)的接地端,第六光电隔离晶闸管G6输出端的阴极连接第六晶闸管T6的门极,第六光电隔离晶闸管G6输出端的阳极连接第六晶闸管T6的阳极。
6.根据权利要求5所述的提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,其特征在于:控制器(5)还包括电阻R1~电阻R12,所述第一光电隔离晶闸管G1输入端的阴极通过电阻R1连接单片机(5.1)的接地端,第一光电隔离晶闸管G1输出端的阴极通过电阻R2连接第一晶闸管T1的门极;
所述第二光电隔离晶闸管G2输入端的阴极通过电阻R3连接单片机(5.1)的接地端,第二光电隔离晶闸管G2输出端的阴极通过电阻R4连接第二晶闸管T2的门极;
所述第三光电隔离晶闸管G3输入端的阴极通过电阻R5连接单片机(5.1)的接地端,第三光电隔离晶闸管G3输出端的阴极通过电阻R6连接第三晶闸管T3的门极;
所述第四光电隔离晶闸管G4输入端的阴极通过电阻R7连接单片机(5.1)的接地端,第四光电隔离晶闸管G4输出端的阴极通过电阻R8连接第四晶闸管T4的门极;
所述第五光电隔离晶闸管G5输入端的阴极通过电阻R9连接单片机(5.1)的接地端,第五光电隔离晶闸管G5输出端的阴极通过电阻R10连接第五晶闸管T5的门极;
所述第六光电隔离晶闸管G6输入端的阴极通过电阻R11连接单片机(5.1)的接地端,第六光电隔离晶闸管G6输出端的阴极通过电阻R12连接第六晶闸管T6的门极。
7.根据权利要求5所述的提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置,其特征在于:单片机(5.1)的六个开关控制信号输出端分别输出对应的晶闸管脉冲控制信号。
8.一种利用权利要求1所述提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置进行过载保护的方法,其特征在于,它包括如下步骤:
步骤1:负载电流检测器(4)实时监测负载电流,当负载电流检测器(4)监测到负载电流达到1.2倍负载额定电流后,控制器(5)向四象限变流器(2)的控制端发送关断信号,令四象限变流器(2)的所有绝缘栅双极型晶体管关断,禁止四象限变流器(2)输出电流;
步骤2:控制器(5)同时发送六路开关控制信号触发六个晶闸管导通,使第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)导通,无刷电励磁同步发电机(1)输出的电压通过第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)直接向负载(6)供电;在此期间,控制器(5)向无刷电励磁同步发电机(1)发出控制信号使无刷电励磁同步发电机(1)的励磁电流提高;
步骤3:当负载电流检测器(4)检测到无刷电励磁同步发电机(1)通过第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)输出电流达到三倍负载额定电流后,控制器(5)向无刷电励磁同步发电机(1)发出控制信号对无刷电励磁同步发电机(1)的励磁电流进行限制,使无刷电励磁同步发电机(1)输出的电流保持在三倍负载额定电流,保证了第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)中晶闸管的安全。
9.根据权利要求8所述的过载保护的方法,其特征在于:所述步骤3后还包括步骤4:当负载电流检测器(4)检测到的负载电流小于1.2倍负载额定电流时,控制器(5)停止输出六个晶闸管脉冲控制信号,同时控制器(5)发送控制信号给四象限变流器(2),使四象限变流器(2)中的所有绝缘栅双极型晶体管重新工作,由四象限变流器(2)向负载(6)供电,六个晶闸管由于无触发信号,在输出电压过零点后会自动由导通变为截止状态,即第一相电子旁路开关(3.1)、第二相电子旁路开关(3.2)和第三相电子旁路开关(3.3)处于断开状态,发电系统恢复了正常供电。
10.根据权利要求8所述的过载保护的方法,其特征在于:所述步骤2中,六个晶闸管触发导通时刻与无刷电励磁同步发电机(1)输出电压的相位一致。
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