一种具有不平衡补偿功能的调压装置及控制方法

技术领域

本发明涉及航空交流发电系统，属于发电控制、状态检测控制领域。具体为一种具有不平衡补偿功能的调压装置及控制方法。

背景技术

在航空交流发电系统中，由于三相负载不平衡等原因，出现三相输出电压不相等，既三相不平衡。如果三相电压值相差较多，将影响三相负载的正常运行。因此，三相不平衡的检测和保护是交流发电系统的重要功能，对系统的安全稳定运行具有重要意义。

增加以上功能电路的交流发电调压控制单元，在出现三相不平衡异常状态下，将降低发电系统的输出电压，降低输出电压三相不平衡对系统的不利影响，同时实现交流发电系统连续输出，保障交流发电系统运行的可靠性。

相关的对比文献：

通过incopat进行检索，选定关键词为三相不平衡检测。在检索得到的结果中，进行判别，筛选，找到了2篇相关的专利。

1.CN 108631303 A基于综合加权的配变低压侧电流三相不平衡评估方法

2.CN 109991481 A一种基于序分量和量测值的三相不平衡度量方法

虽然与本专利相关的专利有2篇，但是都是侧重于通过采集系统状态信息，经过数值计算对比分析等方法，实现对系统三相不平衡的检测及其应对；本专利主要应用硬件功能电路实现对三相不平衡状态的检测和辨别，进一步采取针对性的手段对运行状态进行补偿，既降低系统压力，保障系统运行安全，又能够保障系统连续运行，提升系统可靠性；本专利与其他专利内容相差较大。由此可见，本专利具有新颖性和独创性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有三相电压不平衡检测及补偿功能的交流发电调压装置，在出现三相不平衡异常状态下，降低发电系统的输出电压，降低由于负载等原因造成的输出电压三相不平衡现象对系统的不利影响，同时实现交流发电系统连续输出，保障交流发电系统运行的可靠性。

技术方案

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有不平衡补偿功能的调压装置，包括三相平衡负载电路、整流滤波电路、反馈加法电路、反馈整流分压电路、PI调节电路、输出比较电路、图腾柱驱动电路、励磁电流开关电路、锯齿波形成电路；三相平衡负载电路的输出端与整流滤波电路输入端，整流滤波电路输出端与反馈加法电路的第一输入端连接，反馈整流分压电路的输出端与反馈加法电路的第二输入端连接；反馈加法电路的输出端与PI调节电路的输入端连接，所属PI调节电路的输出端连接输出比较电路的反向输入端；锯齿波形成电路的输出端连接输出比较电路的同向输入端；输出比较电路的输出端连接图腾柱驱动电路的输入端，所属图腾柱驱动电路的输出端连接励磁电流开关电路的输入端。

进一步的，当交流发电系统出现三相电压不平衡时，会在三相平衡负载电路的三个等值电阻交点输出与之对应的交流电压信号，在经过整流滤波电路，会在输出端形成与之对应的直流电压信号，其直流电压值指示当前的三相输出电压不平衡程度。

进一步的，所述三相平衡负载电路为接成星形的三个等值电阻。当平衡的三相交流电压信号接入三相平衡负载电路的输入端后，在三相平衡负载电路的输出端输出交流电压信号幅值为0；当不平衡的三相交流电压信号接入三相平衡负载电路的输入端后，在三相平衡负载电路的输出端输出交流电压信号幅值大于0V，输入三相交流信号不平衡越严重，输出交流电压信号幅值越大。

进一步的，所述三个等值电阻的阻值范围为10K欧姆-100K欧姆。

进一步的，PI调节电路包括一个运算放大器、一个反馈输入电阻、一个平衡电压信号输入电阻、一个比例放大电阻、一个积分电容；其中，反馈输入电阻与平衡电压信号输入电阻相连接，连接点与运算放大器反向输入端相连接；比例放大电阻一端与运算放大器反向输入端相连接，另一端与积分电容相连接；积分电容一端与比例放大电阻相连接，另一端与运算放大器输出端相连接；运算放大器同向输入端与固定参考电压相连接；PI调节电路具有对反馈输入信号电压与平衡电压信号求和，

进一步，将反馈输入信号电压与平衡电压信号的和与参考电压求差和比例积分运算，输出比例积分运算结果的功能，实现交流发电系统调压控制功能。

进一步的，输出比较电路包括一个电压比较器和一个输出电阻。PI调节电路的输出端连接输出比较电路的反向输入端；锯齿波形成电路的输出端连接输出比较电路的同向输入端；在输出比较电路的输出端形成PWM信号，用于励磁电流开关电路控制的信号。

进一步的，图腾柱驱动电路由一个NPN三极管和一个PNP三极管组成。NPN三极管和PNP三极管的发射极相连接、基极相连接；NPN三极管集电极接电源正极，PNP三极管的集电极接电源负极；输出比较电路的输出端与图腾柱驱动电路的输入端(NPN三极管和PNP三极管的基极)相连接。

进一步的，励磁电流开关电路包括一个MOS管、一个驱动电阻和一个泄放电阻。当励磁电流开关电路输入端为高电平时，MOS管被驱动导通，励磁电流可以通过MOS管；当励磁电流开关电路输入端为低电平时，MOS管被关断，励磁电流不能通过MOS管。

一种具有不平衡补偿功能的调压控制方法，包括如下步骤：

1)当交流发电系统出现三相电压不平衡时，在三相平衡负载电路形成与之对应的交流电压信号，再经过整流滤波电路，在其输出端形成与之对应的直流电压信号，该直流电压值信号幅值指示当前三相输出电压的不平衡程度。

2)在反馈整流分压电路中引入三相交流电压不平衡分量，实现交流发电补偿功能。

3)将整流滤波电路与反馈整流分压电路的输出在反馈加法电路中相加，得到的和在输入到PI调节电路的输入端。

4)PI调节电路的输出信号经输出端输入至输出比较电路的反向输入端，锯齿波形成电路的输出信号经输出端输入至输出比较电路的同向输入端，反向输入端接收到得信号与同向输入端接收到得信号在输出比较器做进行比较，输出PWM控制信号。

5)PWM控制信号经图腾柱驱动电路放大信号功率后，输出至励磁电流开关电路。

技术效果

本发明的适用于一种具有三相电压不平衡检测及补偿功能的交流发电调压装置，包括三相电压不平衡检测及补偿单元和交流发电调压单元两部分。当交流发电系统出现三相电压不平衡时，会形成与之对应的直流电压信号，指示当前的三相输出电压不平衡程度。在反馈中引入三相交流电压不平衡分量，实现交流发电补偿功能。在交流发电系统出现三相不平衡的异常情况下，会使交流发电系统降压输出。既实现对交流发电系统的保护，又能保证交流发电系统输出连续，提升交流发电系统运行的可靠性。本功能电路通过调节开关管(MOS管)接通和关断时间的比例，实现对负载电流(励磁电流)强度的控制，从而实现对负载功率的调节和控制。此项技术可以拓展至其他种类负载的控制，例如用于照明系统亮度的调节，用于电动机拖动系统速度的调节，以及用于电加热/制冷系统功率及温度的调节等。

附图说明

图1是具有三相电压不平衡检测及补偿功能的交流发电调压装置原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

PI调节电路根据第一输入端的直流电压信号与第二输入端的反馈整流分压电路输出信号进行比较，形成输出PWM控制信号，驱动控制励磁电流开关器件的通断，实现交流发电电压调节。

包括三相电压不平衡检测及补偿单元和交流发电调压单元两部分。当交流发电系统出现三相电压不平衡时，在三相平衡负载电路形成与之对应的交流电压信号，再经过整流滤波电路，在其输出端形成与之对应的直流电压信号，该直流电压值信号幅值指示当前三相输出电压的不平衡程度。

PI调节电路根据第一输入端的直流电压信号与第二输入端的反馈整流分压电路输出信号进行比较，形成输出PWM控制信号，驱动控制励磁电流开关器件的通断，实现交流发电电压调节。

在反馈中引入三相交流电压不平衡分量，实现交流发电补偿功能。在交流发电系统出现三相不平衡的异常情况下，在三相不平衡检测电路中点会形成与之成比例的交流电压信号，在经过整流、滤波之后，与输出电压整流反馈信号相加，进入PI调节电路。由于三相不平衡电压信号的引入，将加大反馈电压值，在调压单元的作用下，会使得交流发电系统降压输出，既能实现对交流发电系统的保护，又能保证交流发电系统输出连续，提升交流发电系统运行的可靠性。

三相电压不平衡检测及补偿单元输出三相不平衡信号至交流发电调压单元。当交流发电系统出现三相电压不平衡时，会形成与之对应的直流电压信号，指示当前的三相输出电压不平衡程度。在反馈中引入三相交流电压不平衡分量，实现交流发电补偿功能。在交流发电系统出现三相不平衡的异常情况下，会使系统降压输出，既实现对交流发电系统的保护，又能保证交流发电系统输出连续，提升交流发电系统运行的可靠性。

一种具有三相电压不平衡检测及补偿功能的交流发电调压装置的控制方法，包括以下步骤：

1)当交流发电系统出现三相电压不平衡时，会在三个等值电阻交点呈现与之对应的交流电压信号；

2)交流电压信号经过整流及滤波电路，会在输出端形成与之对应的直流电压信号，其直流电压值指示当前的三相输出电压不平衡程度；

3)反馈整流分压电路将输入交流电压整流后的电压信号幅值比例降低，输出至调压电路，保障调压电路的安全；

4)反馈加法电路将输出电压反馈信号和三相不平衡信号进行加法运算，作为综合反馈信号，输出至PI调节电路输入端；

5)经过PI调节模块，在输出比较单元与锯齿波比较，形成输出PWM驱动控制信号；

6)驱动控制信号在图腾柱驱动电路作用下，信号功率被放大，具备驱动励磁电流开关器件的能力，驱动控制励磁电流开关器件的通断，实现交流发电系统输出电压调节。

7)在交流发电系统出现三相不平衡的异常情况下，在三相不平衡检测电路中点会形成与之成比例的交流电压信号，在经过整流、滤波之后，与输出电压反馈信号相加，进入PI调节电路。由于三相不平衡电压信号的引入，将加大反馈电压值，在调压电路的作用下，会使得交流发电系统降压输出，既实现对交流发电系统的保护，又能保证交流发电系统输出连续，提升交流发电系统运行的可靠性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现的：

一种具有三相电压不平衡检测及补偿功能的交流发电调压装置的实现方法该装置包括三相电压不平衡检测及补偿单元和交流发电调压单元两部分。当交流发电系统出现三相电压不平衡时，会形成与之对应的直流电压信号，指示当前的三相输出电压不平衡程度。在反馈中引入三相交流电压不平衡分量，实现交流发电补偿功能。在交流发电系统出现三相不平衡的异常情况下，会使输出电压降压输出。既实现对交流发电系统的保护，又能保证交流发电系统输出连续，提升交流发电系统运行的可靠性。

一种具有不平衡补偿功能的调压装置，包括三相平衡负载电路、整流滤波电路、反馈加法电路、反馈整流分压电路、PI调节电路、输出比较电路、图腾柱驱动电路、励磁电流开关电路、锯齿波形成电路；三相平衡负载电路的输出端与整流滤波电路输入端，整流滤波电路输出端与反馈加法电路的第一输入端连接，反馈整流分压电路的输出端与反馈加法电路的第二输入端连接；反馈加法电路的输出端与PI调节电路的输入端连接，所属PI调节电路的输出端连接输出比较电路的反向输入端；锯齿波形成电路的输出端连接输出比较电路的同向输入端；输出比较电路的输出端连接图腾柱驱动电路的输入端，所属图腾柱驱动电路的输出端连接励磁电流开关电路的输入端。

进一步的，当交流发电系统出现三相电压不平衡时，会在三相平衡负载电路的三个等值电阻交点输出与之对应的交流电压信号，在经过整流滤波电路，会在输出端形成与之对应的直流电压信号，其直流电压值指示当前的三相输出电压不平衡程度。

进一步的，所述三相平衡负载电路为接成星形的三个等值电阻。当平衡的三相交流电压信号接入三相平衡负载电路的输入端后，在三相平衡负载电路的输出端输出交流电压信号幅值为0；当不平衡的三相交流电压信号接入三相平衡负载电路的输入端后，在三相平衡负载电路的输出端输出交流电压信号幅值大于0V，输入三相交流信号不平衡越严重，输出交流电压信号幅值越大。因此，三相平衡负载电路可以用于检测输入三相交流信号不平衡程度。

进一步的，所述三个等值电阻的阻值范围为10K欧姆-100K欧姆。三个电阻的阻值越小，电路消耗的电功率越大，发热也越大；三个电阻的阻值越大，输出信号阻抗越大，不利于后级电路单元的检测；根据工程实际经验，选用10K欧姆-100K欧姆三个等值电阻，可以满足消耗的电功率和输出信号阻抗的需求。

进一步的，PI调节电路包括一个运算放大器、一个反馈输入电阻、一个平衡电压信号输入电阻、一个比例放大电阻、一个积分电容；其中，反馈输入电阻与平衡电压信号输入电阻相连接，连接点与运算放大器反向输入端相连接；比例放大电阻一端与运算放大器反向输入端相连接，另一端与积分电容相连接；积分电容一端与比例放大电阻相连接，另一端与运算放大器输出端相连接；运算放大器同向输入端与固定参考电压相连接；PI调节电路具有对反馈输入信号电压与平衡电压信号求和，进一步，将反馈输入信号电压与平衡电压信号的和与参考电压求差和比例积分运算，输出比例积分运算结果的功能，可以实现交流发电系统调压控制功能。

进一步的，输出比较电路包括一个电压比较器和一个输出电阻。PI调节电路的输出端连接输出比较电路的反向输入端；锯齿波形成电路的输出端连接输出比较电路的同向输入端；在输出比较电路的输出端形成PWM信号，用于励磁电流开关电路控制的信号。

进一步的，图腾柱驱动电路由一个NPN三极管和一个PNP三极管组成。NPN三极管和PNP三极管的发射极相连接、基极相连接；NPN三极管集电极接电源正极，PNP三极管的集电极接电源负极；输出比较电路的输出端与图腾柱驱动电路的输入端(NPN三极管和PNP三极管的基极)相连接；图腾柱驱动电路的输入端信号功率就被放大，从图腾柱驱动电路的输出端(NPN三极管和PNP三极管的集电极)输出，具备驱动励磁电流开关电路的能力。

进一步的，励磁电流开关电路包括一个MOS管、一个驱动电阻和一个泄放电阻。当励磁电流开关电路输入端为高电平时，MOS管被驱动导通，励磁电流可以通过MOS管；当励磁电流开关电路输入端为低电平时，MOS管被关断，励磁电流不能通过MOS管。这样调节MOS管道通和关断时间的比例，就实现了对励磁电流的控制，从而实现对交流发电系统的调压控制。

一种具有不平衡补偿功能的调压控制方法，包括如下步骤：

1)当交流发电系统出现三相电压不平衡时，在三相平衡负载电路形成与之对应的交流电压信号，再经过整流滤波电路，在其输出端形成与之对应的直流电压信号，该直流电压值信号幅值指示当前三相输出电压的不平衡程度。

2)在反馈整流分压电路中引入三相交流电压不平衡分量，实现交流发电补偿功能。

3)将整流滤波电路与反馈整流分压电路的输出在反馈加法电路中相加，得到的和在输入到PI调节电路的输入端。

4)PI调节电路的输出信号经输出端输入至输出比较电路的反向输入端，锯齿波形成电路的输出信号经输出端输入至输出比较电路的同向输入端，反向输入端接收到得信号与同向输入端接收到得信号在输出比较器做进行比较，输出PWM控制信号。

5)PWM控制信号经图腾柱驱动电路放大信号功率后，输出至励磁电流开关电路，

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

由图1所示，本发明通过此硬件原理框图实现，1、一种具有三相电压不平衡检测及补偿功能的交流发电调压装置，包括三相电压不平衡检测及补偿单元和交流发电调压单元两部分，三相电压不平衡检测及补偿单元包括由三个等值电阻组成的三相平衡负载电路、整流滤波电路；当交流发电系统出现三相电压不平衡时，会在三相平衡负载电路三个电阻交点呈现与之对应的交流电压信号，在经过整流滤波电路后，在输出端形成与之对应的直流电压信号，其直流电压值指示当前的三相输出电压不平衡程度。

交流发电调压单元包括反馈整流分压电路、反馈加法电路、由PWM控制芯片及其外围电路组成的PI调节电路、锯齿波形成电路、输出比较电路和图腾柱驱动电路组成。

反馈整流分压电路将输入交流电压整流后的电压信号幅值比例降低，保障调压单元的安全；反馈加法电路将输出电压反馈信号和三相不平衡信号进行加法运算，引入PI调节电路输入端，作为综合反馈信号。

由PWM控制芯片及其外围电路组成的PI调结电路，实现根据输入反馈信号与基准信号比较形成PI输出信号，该信号与锯齿波形成电路的输出信号进行比较，形成输出PWM控制信号，驱动控制励磁电流开关器件的通断，实现交流发电电压调节。

图腾柱驱动电路由三极管组成，实现将来自PWM控制芯片的PWM驱动信号进行功率放大，提升其驱动能力，用于后级励磁电流开关期间的驱动控制。

在反馈中引入三相交流电压不平衡分量，实现交流发电补偿功能。在交流发电系统出现三相不平衡的异常情况下，三相不平衡检测电路中点会形成与之成比例的交流电压信号，在经过整流、滤波之后，与输出电压反馈信号相加，进入PI调节电路。由于三相不平衡电压信号的引入，将加大反馈电压值，在调压单元的作用下，会使得交流发电系统降压输出，既能实现对交流发电系统的保护，又能保证交流发电系统输出连续，提升交流发电系统运行的可靠性。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。