[发明专利]一种电感线圈充放电电源

说明书

本发明涉及一种电感线圈充放电电源，包括有依序电连接的变压器、晶闸管整流电路、直流侧滤波电路、H桥逆变器和电感线圈，还包括有用于采集晶闸管整流电路输出电压的电压传感器、用于采集H桥逆变器输出侧电流的电流传感器，以及用于接收电压传感器、电流传感器电参数并控制晶闸管、H桥逆变器关断的控制器，还包括有计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序被所述控制器执行时控制电感线圈充放电电源实现在电流上升时间T1与电流下降时间T2内的电流波形的精确控制和较小的电流谐波、电压谐波。

技术领域

本发明涉及核聚变等离子体运动控制或电磁储能释放等领域，尤其是一种电感线圈充放电电源。

背景技术

在核聚变装置或电磁储能研究领域，需要用到各种特殊用途的电感线圈，而这些电感线圈的电流或电压过程波形技术要求特殊，或者要实现电感线圈的缓慢充电后再快速放电。图1所示为电感线圈的典型电流电压波形示意图。在较长的时间T1时间(比如50秒)内，电感线圈内的直流电流需要在外部电源的控制作用下实现从0逐步增大到某最大值I(比如200A)，而在后续的T2时间段内，其电流又从I变化到0。在T1的时间内，电感线圈的电压非常小，而且一般要求电压高频纹波也非常小，比如小于2V。而在非常短的时间T2(比如100毫秒)内，电感线圈电流需要迅速控制降为0A。针对这样特殊的电流波形，常规的单相逆变电源和控制方法无法全面满足技术指标要求。

本发明提出一种能实现类似电流电压严格技术指标要求的电源电气系统结构和相应的电流控制方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种简单实用的电源结构及其控制方法，以实现图1所示的电感线圈的电流波形，一方面保障在电流上升时间T1与电流下降时间T2内的电流精确控制和较小的电流谐波，而且还实现充电过程中电感线圈上的谐波电压毛刺小。

为实现所述目的，提供一种电感线圈充放电电源，包括有依序电连接的用于实现输入电压大小匹配的变压器、通过导通角将交流电压变换成直流电压的晶闸管整流电路、用于减少直流纹波的直流侧滤波电路、用于控制电感线圈两端电参数的H桥逆变器和作为负载的电感线圈，

还包括有用于采集晶闸管整流电路输出电压的电压传感器、用于采集H桥逆变器输出侧电流的电流传感器，以及用于接收电压传感器、电流传感器电参数并控制晶闸管、H桥逆变器关断的控制器，

还包括有计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序被所述控制器执行时实现以下步骤：

S1、根据T1时间段内电感线圈的电流变化率情况，计算该时间段内的直流电压目标值U1*；

S2、根据T2时间段内电感线圈的电流变化率情况，计算该时间段内的直流电压目标值U2*；

S3、控制晶闸管整流电路恒定输出直流电压U1*；

S4、启动H桥逆变器，控制其输出电流跟踪T1时间段内电感线圈电流缓慢上升的目标电流波形；

S5、在T1时间段结束时刻，控制晶闸管整流电路恒定输出直流电压U2*；

S6、控制H桥逆变器的输出电流跟踪T2时间段内电感线圈电流快速下降的目标电流波形。

其中，在相应时间段内，根据电感线圈的电流变化率情况计算相应直流电压目标值的方法进一步包括：

根据相应时间段内的电流目标波形，测算出该时间段的电流最大变化率di/dt,根据直流电压目标值Udc*＝|L×di/dt|/η+2×UIGBT+U0，算出该时间段的直流电压目标值，式中，L为电感线圈的电感量，UIGBT为H桥逆变器中单个开关的导通压降，η为PWM调制中最大调制比，U0为设计裕量。

其中，所述H桥逆变器中开关为IGBT开关管，所述直流电压目标值Udc*＝|L×di/dt|/η+2×UIGBT+U0，进一步优化为Udc*＝|L×di/dt|+15。