[发明专利]一种基于软开关的励磁控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于软开关的励磁控制系统，包括三相电压整流单元、主励磁机、发电机组和占空比控制单元，其特征在于：该控制系统还包括前馈补偿单元和软开关单元，

三相电压整流单元分别与前馈补偿单元和软开关单元相连，软开关单元分别与占空比控制单元和主励磁机相连，主励磁机分别与前馈补偿单元和发电机组相连，发电机组与占空比控制单元相连，所述的前馈补偿单元包括一个开关管，一个比例器和一个加法器，比例器由电容，电阻和第1放大器组成，具体连接关系如下：第7比例电阻的一端作为比例器的输入端，另一端与第1放大器的正端、第6电阻的一端、第8电容的一端相连，第1放大器的输出端与第6电阻的另一端、第8电容的另一端相连，第1放大器的负端接地；前馈补偿单元具体连接关系如下：整流电压与第4开关管的源极相连，比例器的输入端与第4开关管的漏极相连，比例器的输出端与第3电阻一端相连，第3电阻的另一端与第2放大器的正端、第4电阻的一端、第7电容的一端相连，第2放大器的输出端与第4电阻的另一端、第7电容的另一端相连，第2放大器的输出端与直接控制励磁的电压相连，主电路的电压经过第5电阻的一端与第2放大器的正端相连，第2放大器的负端接地。

2.根据权利要求1所述的基于软开关的励磁控制系统，其特征在于：所述的软开关单元由滤波电路和软开关电路组成，连接关系如下：整流电压Ui正极与第1主开关管的源极相连，第1主开关管反并联第1续流二极管，第1主开关管的漏极与谐振电感Lr一端相连，谐振电感Lr的另一端与第2副开关管的源极相连，第2副开关管的漏极与谐振电容Cr一端相连，谐振电容Cr的另一端连接整流电压负极，在第2副开关管与谐振电容Cr串联电路的两端反并联一个续流二极管VD，并且作为励磁电压的输出端，用来控制励磁电流If。

3.根据权利要求1所述的基于软开关的励磁控制系统的控制方法，其特征在于：三相电压接入三相电压整流单元，采集三相电压并对采集到的电压进行整流；经整流单元的电压作为前馈补偿单元的输入信号，经前馈补偿单元输出端将电路损耗补偿给主回路；整流后的直流电压进入软开关单元，经滤波电路滤除整流后的电压波动和电压“毛刺”；滤波之后的电压经主励磁机进发电机组，再进入占空比单元，经电压调理电路进入DSP，DSP运用PID控制算法计算出占空比，通过IGBT驱动电路传到软开关单元中软开关电路，控制主开关管和副开关管的开通与关断，实现零电流开关、零电压开关，

所述的前馈补偿单元输出端将损耗补偿给主回路，步骤如下：

步骤1、从三相整流单元采集整流直流电压作为前馈补偿单元的输入；

步骤2、通过IGBT与主回路保持一致；

步骤3、经过比例器放大； 

步骤4、经过加法器补偿到主回路中。

4.根据权利要求3所述的基于软开关的励磁控制系统的控制方法，其特征在于：所述的控制主开关管和副开关管的开通与关断，实现零电流开关、零电压开关，具体方法如下：

步骤1、初始状态主开关管和副开关管都已经关断，谐振电感的电流为0；

步骤2、在新的周期到来时，当主开关管导通后，由于电感的电流不能突变，因此主开关管实现了零电流开启；

步骤3、由于续流二极管的作用，整流电压都加在谐振电感两端，当谐振电感两端电流大于续流二极管的电流时，续流二极管自然关断；

步骤4、与副开关管反并联的二极管与谐振电容的支路导通，谐振电容与电感发生谐振，谐振电感电流下降为0，支路断开，进入pwm工作方式；

步骤5、当励磁电流稳定后，副开关管导通，则谐振电感和电容又发生谐振，电容放电，导致与主开关管反并联的二极管自然导通；

步骤6、关断主开关管，实现主开关管的零电流关断；

步骤7、当电容电压小于整流电压时，与主开关管反并联的二极管自然关断，然后电容向负载放电，电压为0时，关断副开关管，实现副开关管的零电压关断，执行步骤1。