基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，包括以下步驟，1)檢測三相程控功率源輸出的電流值、電壓值，并通過溫度傳感單元監(jiān)測三相程控功率源運行時的環(huán)境溫度；2)建立電流源用功率放大器的發(fā)熱模型、電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型、電流源用功率放大器的熱量傳輸模型、電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型；3)根據(jù)建立的四組模型，建立過熱保護策略，對二相程控功率源的各相進行獨立的過熱判斷、動作和保護。本發(fā)明建立過熱保護控制策略，實現(xiàn)針對功率放大器有效的過熱保護，實現(xiàn)對三相程控功率源內(nèi)的功率放大器實時有效快速全面的保護，延長設備的使用壽命，提高其工作性能，具有良好的應用前景。
【專利說明】基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，屬于電源 裝置【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 程控功率源是將計算機或單片機作為功率源系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)運算處理部件，使 功率源系統(tǒng)按照預先編制好的程序和數(shù)據(jù)，自動輸出相應的電壓和電流，并使其穩(wěn)定在給 定數(shù)值上的一種電源裝置，與一般常規(guī)電源相比，程控功率源具有標準化、系列化、智能化 高可靠性、高性能等特點，.程控功率源是一種智能化電源，它能根據(jù)不同環(huán)境的需要為其 他設備提供合乎規(guī)格的能源，不僅廣泛應用于自動測試系統(tǒng)中，而且可以作為一種通用的 動力源，在工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究等領域中起著重要的作用。
[0003] 目前，市面上的三相程控功率源的工作原理一般為基于升流器的原理，但這類的 三相程控功率源的輸出信號單一，負載能力相對較小，應用場合具有一定的局限性。而基于 功率放大器實現(xiàn)功率放大的三相程控功率源則很好的解決了上述問題，且轉(zhuǎn)換速度更快， 適合對功率源要求較高的場合，但功率放大器在工作工程中會產(chǎn)生較大的耗散功率，雖可 以采取相應的散熱設計，如加裝散熱片和風扇進行散熱，但效果比較有限，長期運行依然有 可能會造成功率放大器的損壞，甚至造成其他設備的損壞。而且，若只是一味采用加裝散熱 片和風扇的方式進行散熱要使散熱效果更明顯需要增加散熱片的面積、風扇的風力以及散 熱空間，這必然會增大三相程控功率源的體積和成本，若采用加裝溫度傳感器監(jiān)測功率源 的實時溫度進行過熱保護，需對每個功率放大器配置一個溫度傳感器，不僅實現(xiàn)復雜，增加 了整個設備的成本而且對溫度傳感器的耐熱要求較高，溫度傳感器一旦發(fā)生故障就無法正 確保護，可靠性較低。同時，實際工況比較復雜，誤操作時有發(fā)生，這些都會對這類的三相程 控放大器的正常穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大的影響。
[0004] 因此需要一個完整簡便的針對功率放大器的過熱保護策略，以保證三相程控功率 源的使用壽命和性能，是當前急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服對基于功率放大器實現(xiàn)功率放大的三相程控功率，沒有有效 的過熱保護的問題。本發(fā)明的基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，建立 過熱保護控制策略，實現(xiàn)針對功率放大器有效的過熱保護，實現(xiàn)對三相程控功率源內(nèi)的功 率放大器實時有效快速全面的保護，延長設備的使用壽命，提高其工作性能，具有良好的應 用前景。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：
[0007] -種基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特征在于：包括以 下步驟，
[0008] 步驟（1)，檢測三相程控功率源輸出的電流值、電壓值，并通過溫度傳感單元監(jiān)測 三相程控功率源運行時的環(huán)境溫度；
[0009] 步驟（2)根據(jù)三相程控功率源的輸出電流、輸出電壓、運行時間建立電流源用功 率放大器的發(fā)熱模型、電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型、電流源用功率放大器的熱量傳輸 模型、電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型，
[0010] 所述電流源用功率放大器的發(fā)熱模型為根據(jù)輸出電流計算電流源用功率放大器 的耗散功率；
[0011] 所述電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型為根據(jù)輸出電壓計算電壓源用功率放大器 的耗散功率；
[0012] 所述電流源用功率放大器的熱量傳輸模型為計算電流源用功率放大器的實時溫 度；
[0013] 所述電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型為計算電壓源用功率放大器的實時溫 度；
[0014] 步驟（3)，根據(jù)步驟（2)建立的四組模型，建立過熱保護策略，對三相程控功率源 的各相進行獨立的過熱判斷、動作和保護。
[0015] 前述的基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特征在于：所述 電流源用功率放大器的發(fā)熱模型為，
[0016] Pi = Ii · (V「R山-R2Ii) =
[0017] 其中，Pi為電流用功率放大器的耗散功率、Ii為電流源的輸出電流、Vi為電流源用 功率放大器的工作電壓、Ri為其取樣電阻；
[0018] 所述電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型為，
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特征在于：包括以下步 驟， 步驟（1)，檢測三相程控功率源輸出的電流值、電壓值，并通過溫度傳感單元監(jiān)測三相 程控功率源運行時的環(huán)境溫度； 步驟（2)根據(jù)三相程控功率源的輸出電流、輸出電壓、運行時間建立電流源用功率放 大器的發(fā)熱模型、電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型、電流源用功率放大器的熱量傳輸模型、 電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型， 所述電流源用功率放大器的發(fā)熱模型為根據(jù)輸出電流計算電流源用功率放大器的耗 散功率； 所述電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型為根據(jù)輸出電壓計算電壓源用功率放大器的耗 散功率； 所述電流源用功率放大器的熱量傳輸模型為計算電流源用功率放大器的實時溫度； 所述電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型為計算電壓源用功率放大器的實時溫度； 步驟（3)，根據(jù)步驟（2)建立的四組模型，建立過熱保護策略，對三相程控功率源的輸 出電流、電壓進行獨立的過熱判斷、動作和保護。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特 征在于：所述電流源用功率放大器的發(fā)熱模型為， Pi = L = 其中，Pi為電流用功率放大器的耗散功率、Ii為電流源的輸出電流、'為電流源用功率 放大器的工作電壓、Ri為其取樣電阻； 所述電流源用功率放大器的發(fā)熱模型為，
其中，P2為電壓源用功率放大器的耗散功率、V2為電壓源的輸出電壓、V3為電壓源用功 率放大器的工作電壓、R3為電壓源所接負載； 所述電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型為，
其中，TI(t)為電流源用功率放大器的實時溫度、τια_υ為電流源用功率放大器前一秒的 溫度、RIq為電流源用功率放大器的等效熱阻、tIq為電流源用功率放大器的熱時間常數(shù)； 所述電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型為，
其中，Tu(t)為電流源用功率放大器的實時溫度、為電流源用功率放大器前一秒的 溫度、，RUq為電壓源用功率放大器的等效熱阻，tUq為電流源用功率放大器的熱時間常數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特 征在于：所述電流源用功率放大器的熱量傳輸模型的建立過程為， (1)根據(jù)公式（1)，計算出電流源用功率放大器的實時溫度！\，
(1) 其中，Rn為熱量從電流源用功率放大器到電流源用散熱片所形成的熱阻、RI2為電流源 用散熱片通過風扇向周圍空氣散熱所形成的熱阻、Cn為電流源用功率放大器的熱容量； (2) 將公式（1)離散解析后得到公式（2)，
(2) 其中，
tI(1 一 RIqCIq ； (3) 將電流源用功率放大器的發(fā)熱模型代入公式（2)，得到電流源用功率放大器的熱 量傳輸模型，
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特 征在于：所述電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型的建立過程為， (1) 根據(jù)公式（3)，計算出電壓源用功率放大器的實時溫度T"，
(3) 其中，Rm為熱量從電壓源用功率放大器到電壓源用散熱片所形成的熱阻、RI2為電壓源 用散熱片通過風扇向周圍空氣散熱所形成的熱阻、Cm為電壓源用功率放大器的熱容量； (2) 將公式（3)離散解析后得到公式（4)，
(4) 其中，
tU(1 - RuqCUq ； (3) 將電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型代入公式（4)，得到電壓源用功率放大器的熱 量傳輸模型，
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特 征在于：步驟（3)，根據(jù)步驟（2)建立的四組模型，建立過熱保護策略，對三相程控功率源進 行獨立電流、電壓的過熱判斷、動作和保護的過程為， 其中對三相程控功率源的各相電流的過熱判斷、動作和保護的過程為， (1) 根據(jù)電流源用功率放大器的發(fā)熱模型，計算出電流源用功率放大器的耗散功率； (2) 根據(jù)電流源用功率放大器的熱量傳輸模型，配合計時器記錄的時間，迭代出電流源 用功率放大器的實時溫度； (3) 電流源用功率放大器的初始溫度為環(huán)境溫度，若計算的電流源用功率放大器的實 時溫度小于對應的環(huán)境溫度時，將環(huán)境溫度代替實時溫度，重復（2)的迭代計算；若計算的 電流源用功率放大器的實時溫度大于其對應的環(huán)境溫度且小于電流源用功率放大器的保 護溫度時，為正常運行狀態(tài)，重復（2)的迭代計算；若計算的電流源用功率放大器的實時溫 度大于電流源用功率放大器的保護溫度時，為異常運行狀態(tài)，則使三相程控功率源的電流 輸出為零，并進行報警； 其中對三相程控功率源的各相電壓的過熱判斷、動作和保護的過程為， (1) 根據(jù)電壓源用功率放大器的發(fā)熱模型，計算出電壓源用功率放大器的耗散功率； (2) 根據(jù)電壓源用功率放大器的熱量傳輸模型，配合計時器記錄的時間，迭代出電壓源 用功率放大器的實時溫度； (3) 電壓源用功率放大器的初始溫度為環(huán)境溫度，若計算的電壓源用功率放大器的實 時溫度小于對應的環(huán)境溫度時，將環(huán)境溫度代替實時溫度，重復（2)的迭代計算；若計算的 電壓源用功率放大器的實時溫度大于其對應的環(huán)境溫度且小于電壓源用功率放大器的保 護溫度時，為正常運行狀態(tài)，重復（2)的迭代計算；若計算的電壓源用功率放大器的實時溫 度大于電壓源用功率放大器的保護溫度時，為異常運行狀態(tài)，則使三相程控功率源的電壓 輸出為零，并進行報警。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多參數(shù)物理模型的三相程控功率源過熱保護方法，其特 征在于：所述電流源用功率放大器、電壓源用功率放大器的保護溫度為人工設置的，與其對 應的額定功率之間留有的裕量。
【文檔編號】H03F1/52GK104218898SQ201410410198
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】陳剛, 李紅斌, 王忠東, 楊世海, 盧樹峰, 張竹, 胡琛, 陳銘明, 徐敏銳, 趙雙雙, 馮澤龍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院, 華中科技大學