CN108574437A - 一种可控电抗器及控制可控电抗器的电抗值的方法 - Google Patents

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王奎
曲昌琦
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Abstract

本申请实施例提供了一种可控电抗器及控制可控电抗器的电抗值的方法，用以解决在甚低频通信场景下无法较快改变电抗元件值的问题。可控电抗器包括：控制器和N个串联的可控电抗模块；控制器，用于接收电抗值控制指令，利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号，将确定的工作状态控制信号输出至相应的可控电抗模块，其中，可控电抗模块处于非工作状态时的电抗值为零；每一可控电抗模块，用于接收并执行工作状态控制信号。由于使用控制器对多个可控电抗模块的工作状态进行控制，而不是采用机械式控制，因此，可实现以较快的速度对可控电抗器进行控制，进而较快的改变电抗参数。

Description

一种可控电抗器及控制可控电抗器的电抗值的方法
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种可控电抗器及控制可控电抗器的电抗值的方法。
背景技术
目前，甚低频发信台的发信流程主要为，改变调谐匹配电路中电抗元件的参数大小使发信机在载波调机时输出最大的天线电流并保持该状态，在完成调机后选择激励器工作方式，然后发报，其中，在载波调机时输出最大的天线电流时天线回路达到谐振。
由于晶闸管控式可控电抗器件、磁控式可控电抗器件均不适用于甚低频通信场景，因此，现有甚低频发信机天线调谐馈电电路中采用机械式可控电抗器，其结构示意图可如图1所示。机械式可控电抗器基于线圈互感原理，采用机械式伺服电机驱动内圈转子的方式，改变内圈电感磁场方向达到改变电感量的目的。转子与定子线圈同向，可调电感呈最大值，转子与定子反向，可调电感呈最小值。
现有甚低频发信系统由于工作频率低且天线回路品质因数Q值较高，造成发信带宽窄，通信速率很低，一般只有几十波特，尤其在工作频率低端，天线带宽只有几十赫兹。如何有效提高通信速率已成为甚低频通信研究的一个重要项目。甚低频发信带宽窄一直是困扰甚低频发信速率提升的一个瓶颈。
基于上述分析，要提高通信速率，就必须要展宽天线有效带宽。目前展宽甚低频发射天线系统带宽的方法主要有两种：一种是在天线与发射机之间增加串联电阻，但这是以牺牲效率为代价的，并将影响系统的通信能力。另一种是甚低频发射天线同步调谐，天线不再固定调谐在信号载波上，而是使甚低频天线实时动态调谐在调制信号的“空号”和“传号”频率上，可以在不降低天线效率的情况下有效地展宽系统有效带宽，提高系统通信速率。
而要实现第二种方法，需要一种可较快改变电抗参数的装置，而如图1所示的机械式可控电抗器存在响应速度慢的缺点，因此，需要提供一种可较快改变电抗值的可控电抗器，以解决现有可控电抗器在甚低频通信场景下无法较快改变电路中电抗元件的电抗值的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种可控电抗器及方法及控制可控电抗器的电抗值的方法，用以解决现有可控电抗器在甚低频通信场景下无法较快改变电路中电抗元件的电抗值的问题。
一种可控电抗器，包括控制器和N个串联的可控电抗模块，所述N为大于1的自然数；
所述控制器，用于接收电抗值控制指令，利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号，将确定的工作状态控制信号输出至相应的可控电抗模块，其中，工作状态控制信号控制可控电抗模块处于工作状态或处于非工作状态，可控电抗模块处于非工作状态时的电抗值为零；
每一可控电抗模块，用于接收并执行工作状态控制信号。
一种控制可控电抗器的电抗值的方法，包括：
接收电抗值控制指令；
利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号，其中，工作状态控制信号控制可控电抗模块处于工作状态或处于非工作状态，可控电抗模块处于非工作状态时的电抗值为零；
按照确定的工作状态控制信号，控制相应的可控电抗模块的工作状态。
本申请实施例的方案中，由于可控电抗器中包含了控制器以及可控电抗模块，使用控制器对多个可控电抗模块的工作状态进行控制，而不是采用机械式控制，因此，相对于现有的机械式可控电抗器，对电路中电抗的参数的控制速度相对较快。
附图说明
图1为本申请背景技术中提供的机械式可控电抗器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的可控电抗器的结构示意图之一；
图3为本申请实施例提供的可控电抗器的结构示意图之二；
图4为本申请实施例提供的可控电抗模块的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的可控电抗器的结构示意图之三；
图6为本申请实施例提供的控制可控电抗器的电抗值的方法流程图。
具体实施方式
为了解决现有可控电抗器存在的在甚低频情况下无法较快改变电路中电抗元件的电抗值的问题，本申请实施例提供一种可控电抗器及方法及控制可控电抗器的电抗值的方法。
以下结合说明书附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图2所示，其为申请实施例提供的可控电抗器的结构示意图之一，包括控制器21和N个串联的可控电抗模块22，所述N为大于1的自然数；
所述控制器21，用于接收电抗值控制指令，利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号，将确定的工作状态控制信号输出至相应的可控电抗模块，其中，工作状态控制信号控制可控电抗模块处于工作状态或处于非工作状态，可控电抗模块处于非工作状态时的电抗值为零；
每一可控电抗模块22，用于接收并执行工作状态控制信号，按照接收到的工作状态控制信号进行工作状态的控制。
这里，可控电抗模块所处的工作状态有两种，一种是处于工作状态，另一种时处于非工作状态。可控电抗模块处于非工作状态时，充当导线；处于工作状态时，其具有设定的电抗值。
由于可控电抗器中包含了控制器以及可控电抗模块，使用控制器对多个可控电抗模块的工作状态进行控制，而不是采用机械式控制，因此，相对于现有的机械式可控电抗器，对电路中电抗的参数的控制速度相对较快。
上述可控电抗器中可控电抗模块的个数和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，可依据实际中对电抗值的调整范围和调整精度的需要进行设置，这里并不对此进行限定。
图2中给出的可控电抗器可包括控制端、输入端和输出端，每一可控电抗模块也可包括控制端、输入端和输出端，其中，控制器的控制指令输入端可作为可控电抗器的控制端，第一可控电抗模块的输入端可作为可控电抗器的输入端，第一可控电抗模块的输出端连接第二可控电抗模块的输入端；第N个可控电抗模块的输入端连接第N-1可控电抗模块的输出端，第N个控电抗模块的输出端作为可控电抗器的输出端；可控电抗模块的控制端连接控制器的输出端，输出端和输入端连接其他可控电抗模块的输出端或输入端。
较佳的，上述可控电抗模块中可包括电力电子开关器件，通过电力电子开关器件来接收工作状态控制信号，实现对可控电抗模块的工作状态的控制，控制可控电抗模块处于工作状态和处于不工作状态，由于电子电力开关器件的开关速度通常较快，因此，相对于现有的机械式可控电抗器，对电路中电抗的参数的控制速度进一步增快。
较佳的，本申请实施例中的可控电抗器除了控制器21和N个可控电抗模块22外，还可以包括：电流检测模块23，此时，可控电抗器的结构示意图如图3所示。
在图3所示的电路中，所述电流检测模块23，用于检测流经各个可控电抗模块的电流值，将检测到的电流值输出至所述控制器；
所述控制器21，用于接收电抗值控制指令，以及接收并检测电流检测模块输出的电流值，利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号，在检测到电流值为零时，输出上一时刻确定的工作状态控制信号至相应的可控电抗模块；
在图3所示的电路中，每一可控电抗模块22，用于接收并执行工作状态控制信号。
较佳的，可控电抗模块22的结构示意图可如图4所示，包括：电抗器41和电子开关器件42；
所述电抗器和所述电子开关器件。
这里，通过控制电子开关器件的导通和关断，使得电抗器被短路或接入电路中。由于采用电力电子开关器件，开关速度为微秒量级，电感量调节速度快，理论上控制频率可达几十到几十万赫兹。
具体的，所述电子开关器件可为双向开关器件。
这里，电流检测模块检测流经各可控电抗模块(也即可控电抗器接入的主电路)的电流并输入到控制器，控制器接收到电抗值控制指令后计算每个可控电抗模块的工作状态，在检测到下一次主电路电流为零的时候，发送工作状态控制信号，来控制各可控电抗模块的工作状态，这样所有可控电抗模块中的电子开关器件都是在零电流的时刻开通和关断，不仅使电子开关器件的损耗小，而且电流波形连续，电磁干扰小。
较佳的，各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值相同，或者，N个可控电抗模块中，第n个可控电抗模块处于工作状态时的电抗值Ln＝L0×2n-1，其中n为小于等于N的自然数，L0为电抗分辨率。
在N个可控电抗模块中，第n个可控电抗模块的电抗值Ln＝L0×2n-1时，其电抗值L1～LN分别为L1＝L0×20，L2＝L0×21，……，Ln＝L0×2n-1……，LN＝L0×2N-1时，通过控制相应的双向开关器件可以使得N个可控电抗模块组合的总电抗在0～(2N-1)×L0之间变化，此时的电抗分辨率为L0，控制精度为1/2n，其中，控制精度的单位与L0的单位相同。在总电抗不变的情况下通过增加可控电抗模块数量可以成倍提高控制精度。
在每一可控电抗模块处于工作状态时的电抗值相同时，根据电抗值控制指令中的电抗值以及可确定出处于工作状态的可控电抗模块的个数，之后，可随机或按照设定的规则从全部可控电抗模块中选择出并控制确定的个数个可控电抗模块处于工作状态，其余可控电抗模块处于非工作状态。
例如，假设电抗值控制指令中的电抗值为3L0，总共有S1、S2、S3、S4和S5这5个串联的可控电抗模块，每个可控电抗模块处于工作状态时的电抗值为L0，则可从S1—S5中任意选3个，例如选择S1、S3、S5，控制S1、S3、S5处于工作状态。
考虑到电流电压传感器具有的优点，为了准确地对电路中的电流值进行测定，进而精确地控制双向开关器件的工作状态，达到较为准确地调整本申请的可控电抗器的电感值的目的，较佳的，所述电流检测模块为电流电压传感器，具体可为莱姆LEM电流电压传感器。
较佳的，所述双向开关器件可采用全控器件，全控器件的类型包括：双向MOSFET(金属氧化物半导体场效应管，Metal-Oxide-Semiconductor Filed-Effect Transistor)、双向IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、双向IGCT(Intergrated GateCommutated Thyristors)和双向晶闸管。
这里，所述双向开关器件所采用的全控器件类型是根据器件的耐压和耐流等级的而确定的，不同的耐压和耐流等级采用的器件类型不同。
在可控电抗模块中的电抗器采用电感器件，电子开关器件采用双向开关器件，电流检测模块采用LEM电流电压传感器时，本申请的可控电感器的结构示意图可如图5所示。
本发明实施例中的可控电抗器，具有以下优点：
1、由于采用电力电子开关器件，开关速度为微秒量级，电感量调节速度快，理论上控制频率可达几十到几十万赫兹；
2、由于所有双向开关器件都是在电流为零的时候开通或关断，不仅开关损耗小，而且电流波形连续，电磁干扰小；
3、控制精度为1/2n，通过增加串联可控电抗模块的数量，可以成倍提高控制精度；
4、适用于任何电抗器类型，对于不同频率滤波场合都可以适用。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种控制可控电抗器的电抗值的方法，其流程图如图6所示，包括以下步骤：
步骤601：接收电抗值控制指令；
步骤602：利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号；
其中，工作状态控制信号控制可控电抗模块处于工作状态或处于非工作状态，可控电抗模块处于非工作状态时的电抗值为零；
步骤603：按照确定的工作状态控制信号，控制相应的可控电抗模块的工作状态。
较佳的，在步骤603之前，所述方法还包括：
接收检测电路检测到的流经各个可控电抗模块的电流值；
此时，上述步骤603具体包括：
在检测到的电流值为零时，按照上一时段确定出的工作状态控制信号控制相应的可控电抗模块的工作状态。
上述控制方法可应用于对前述部分相应的可控电抗器的控制。
综上，本发明提供的可控电抗器和控制方法，可替换现有在使用的机械式可控方式，可在信号移频时，在微秒量级内改变当前电路电抗元件的电抗值，达到实时补偿甚低频信号功率的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式实现。
基于这样的理解，本申请实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中终端中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的终端中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个终端中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种可控电抗器，其特征在于，包括：控制器和N个串联的可控电抗模块，所述N为大于1的自然数；
所述控制器，用于接收电抗值控制指令，利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号，将确定的工作状态控制信号输出至相应的可控电抗模块，其中，工作状态控制信号控制可控电抗模块处于工作状态或处于非工作状态，可控电抗模块处于非工作状态时的电抗值为零；
每一可控电抗模块，用于接收并执行工作状态控制信号。
2.如权利要求1所述的可控电抗器，其特征在于，还包括：电流检测模块；
所述电流检测模块，用于检测流经各个可控电抗模块的电流值，将检测到的电流值输出至所述控制器；
所述控制器，进一步用于接收并检测电流检测模块输出的电流值，并在检测到电流值为零时，输出上一时刻确定的工作状态控制信号至相应的可控电抗模块。
3.如权利要求1所述的可控电抗器，其特征在于，所述可控电抗模块包括：电抗器和电子开关器件；
所述电抗器和所述电子开关器件并联。
4.如权利要求3所述的可控电抗器，其特征在于，所述电子开关器件为双向开关器件。
5.如权利要求1至4任一所述的可控电抗器，其特征在于，N个控电抗模块处于工作状态时的电抗值相同，或者
N个可控电抗模块中，第n个可控电抗模块处于工作状态时的电抗值Ln＝L0×2n-1，其中，n为小于等于N的自然数，L0为电抗分辨率。
6.如权利要求2所述的可控电抗器，其特征在于，所述电流检测模块为电流电压传感器。
7.如权利要求4所述的可控电抗器，其特征在于，所述双向开关器件采用的器件类型包括：双向金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、双向绝缘栅双极型晶体管IGBT、双向集成门极换流晶闸管IGCT和双向晶闸管。
8.一种控制可控电抗器的电抗值的方法，其特征在于，包括：
接收电抗值控制指令；
利用电抗值控制指令中的电抗值和各可控电抗模块处于工作状态时的电抗值，确定各可控电抗模块的工作状态控制信号，其中，工作状态控制信号控制可控电抗模块处于工作状态或处于非工作状态，可控电抗模块处于非工作状态时的电抗值为零；
按照确定的工作状态控制信号，控制相应的可控电抗模块的工作状态。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
接收并检测电流检测模块输出的流经各个可控电抗模块的电流值；
所述按照确定的工作状态控制信号，控制相应的可控电抗模块的工作状态，具体包括：
在检测到所述电流值为零时，按照上一时刻确定出的工作状态控制信号控制相应的可控电抗模块的工作状态。
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