專利名稱：具有超電容的組合直流斬波調(diào)速魚雷推進裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
涉及一種魚雷專用組合式直流斬波調(diào)速裝置，它帶有超電容作為儲能和中間濾波裝置。
背景技術(shù)：
魚雷作為現(xiàn)代海戰(zhàn)一種進攻性武器之一，為了適應(yīng)戰(zhàn)爭的需要，魚雷要向高航速、遠航程、破壞威力大、使用方便靈活、隱蔽性好、跟蹤性好等方面發(fā)展，要獲得這些優(yōu)越的性能必須依靠自動化程度高的控制系統(tǒng)。
現(xiàn)有魚雷運動系統(tǒng)通常采用的是恒速電氣傳動和小范圍變速傳動系統(tǒng)，例如下列文獻所述蔡年生，現(xiàn)代魚雷動力電池技術(shù)，艦船科學技術(shù)，page58～61，2003，2，其缺點是發(fā)射以后，速度不能夠調(diào)節(jié)或者是速度調(diào)節(jié)范圍和精度不夠，速度響應(yīng)慢，降低了魚雷的命中率，同時魚雷的極限速度受到蓄電池組放電特性的限制，在魚雷需要以極限速度追擊目標時，突然加速會在蓄電池電路中產(chǎn)生大的沖擊電流，使蓄電池有效放電安時數(shù)減少，在魚雷追擊目標時，因蓄電池放電容量不足而減速，造成魚雷不能擊中目標，貽誤戰(zhàn)機。
美國專利Patent NoUS 6,836,097 B2，Power Supply for Pulsed Load，提出了一種裝置，把蓄電池和超電容進行并聯(lián)運行，在尖峰脈沖情況下由超電容提供脈沖能量，在輕負載情況下，由蓄電池供電。但是，該項專利沒有涉及采用一種裝置將超電容的電壓升高，充分利用電容的儲能來提高系統(tǒng)的極限功率，同時，又能充分控制蓄電池的放電電流，以保障蓄電池的放電能力。
美國專利Patent NoUS 6,650,091，High current pulse generator，提出了一種裝置，通過把超電容進行串并聯(lián)的技術(shù)方案，由蓄電池給超電容進行供電，在尖峰脈沖情況下由超電容提供脈沖能量，在輕負載情況下，由蓄電池供電。但是，該項專利沒有涉及采用一種將超電容組的整體電壓升高，同時，超電容組的放電電流保持恒定，充分利用電容的儲能來提高系統(tǒng)的極限功率的裝置，與此同時，又能充分控制蓄電池本身的放電電流，以保障蓄電池的放電能力。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述已有技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的問題在于提供一種具有超電容、升壓斬波電路、直流斬波調(diào)速電路組合的裝置，該裝置既能夠在短時間內(nèi)有效地提高魚雷運行的極限速度，同時又能夠防止強的暫態(tài)沖擊電流引起鋁-氧化銀等類型的電化學蓄電池組造成的沖擊，避免了蓄電池組在短時間內(nèi)放電能力下降過大的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有超電容的魚雷組合直流斬波調(diào)速裝置，包括兩象限直流斬波器，用于驅(qū)動魚雷直流推進電機；超電容器組，用于提供魚雷極限航速所需電能和對母線電壓進行濾波；直流升壓斬波電路，用于提升所述兩象限直流斬波器和直流推進電機的供電電壓；啟動緩沖電路，用于限制啟動時蓄電池組的放電電流；主電路控制單元，用于控制組合斬波器組的工作；所述的組合直流斬波調(diào)速裝置，一個啟動緩沖電路，連接在蓄電池組的輸出端，用于限制魚雷啟動時的電路電流，一個直流升壓斬波電路，連接在所述啟動緩沖電路的輸出端，其能夠在不同的運行區(qū)域，工作在不同的狀態(tài)，保障了超電容電壓在特定的運行區(qū)域高出蓄電池的電壓，一個超電容器組，連接在直流升壓斬波器的輸出端，用來預(yù)先儲存魚雷極限航速時所需的電能，一個兩象限直流斬波器，連接在所述直流升壓斬波電路、超電容器組的輸出端，能夠輸出電壓和電流連續(xù)可調(diào)的直流電，驅(qū)動直流電機工作，一個主電路控制單元，通過讀取轉(zhuǎn)速信號，超電容電壓信號，電機電流信號，斬波器電流信號，經(jīng)過運算，輸出兩路控制信號，分別去驅(qū)動所述的兩象限斬波器和直流升壓斬波器工作，該裝置提高了魚雷直流推進系統(tǒng)的輸出電壓，用于提高驅(qū)動魚雷直流推進電機的功率，進而提高了魚雷在短時間內(nèi)的極限速度，在魚雷的極限速度時，控制蓄電池組仍工作在恒流放電模式，使蓄電池的放電電流維持在一個合理的范圍內(nèi)。
作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述的魚雷推進的組合直流斬波調(diào)速裝置，包括超電容器組、直流電感、升壓斬波開關(guān)器件、續(xù)流二極管組成直流升壓斬波器，用于提升由蓄電池組提供的直流電壓。
作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述的魚雷推進的組合直流斬波調(diào)速裝置，帶有啟動緩沖開關(guān)，啟動限流電阻，當魚雷在啟動時，啟動緩沖開關(guān)斷開，啟動限流電阻接入直流母線進行電阻限流，避免過大的沖擊電流，當超電容器組預(yù)充到足夠的電壓值時，啟動緩沖開關(guān)合閘，啟動限流電阻被短接，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，推進電機的轉(zhuǎn)速給定值ω*具有連續(xù)無級變速運行特點，該速度的給定值ω*與轉(zhuǎn)速傳感器測得的實際電機轉(zhuǎn)速值ω進行偏差運算得到轉(zhuǎn)速偏差值，將該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器進行運算，其運算結(jié)果是直流電流的給定值Ia1*，把該電流給定值與電流傳感器測得的實際直流電流值Ia1進行偏差運算得到電流偏差值，將該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器進行運算，其輸出值是直流電壓的給定值U1*，再把該直流電壓給定值送入PWM驅(qū)動器，其輸出為直流的PWM斬波電壓控制信號，用該控制信號去驅(qū)動兩象限直流斬波器，就得到輸出直流電流和電壓均可以調(diào)節(jié)直流電，驅(qū)動直流電機。
作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述的魚雷推進組合直流斬波調(diào)速裝置，包括升壓斬波開關(guān)器件，在正常工作期間，升壓斬波開關(guān)器件不工作，通過切換開關(guān)使PWM驅(qū)動器置為0觸發(fā)狀態(tài)，蓄電池組直接通過續(xù)流二極管給超電容器組和兩象限直流斬波器供電，當預(yù)估隨后某一階段魚雷需要在最高速度運行時，升壓斬波開關(guān)器件開始工作，此時，切換開關(guān)使PWM驅(qū)動器置為工作狀態(tài)，升壓斬波開關(guān)器件的電壓給定為VDC*與電壓傳感器測得的實際電壓值VDC進行比較得到電壓偏差值，把該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器進行運算，其輸出值是直流電流的給定值IL*，再把該直流電流給定值與電流傳感器測得的實際電流值IL進行偏差運算，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器進行處理，其輸出值是直流電壓的給定值VC*，把該直流電壓給定值送入PWM驅(qū)動器，其輸出值是直流的PWM斬波電壓控制信號，用該控制信號去驅(qū)動升壓斬波開關(guān)器件，就得到電流和電壓均可以調(diào)節(jié)的恒定直流電，按照直流電壓給定值，給超電容器組進行升壓斬波充電，超電容器組在較短時間通過電壓上升儲存較多能量，超電容器組的電壓能超出蓄電池組電壓相當?shù)谋壤?，以保持升壓斬波器的正常工作狀態(tài)，兩象限直流斬波器通過調(diào)整輸出電壓的占空比，維持魚雷運行轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。
作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述的魚雷推進組合直流斬波調(diào)速裝置，當魚雷需要運行在極限速度狀態(tài)時，兩象限直流斬波器工作在電流最大穩(wěn)態(tài)輸出區(qū)域，升壓斬波開關(guān)器件處于升壓斬波狀態(tài)，隨著超電容器組儲存的能量消耗，為補償其端電壓的下降，升壓斬波開關(guān)器件的給定值由直接給定電壓VDC*切換為直接給定電流IDL*，使升壓斬波開關(guān)器件轉(zhuǎn)入恒流工作狀態(tài)，保障了蓄電池的恒流放電，超電容器組儲存的能量使直流母線電壓有波動的情況下，其值仍然要高出蓄電池組電壓相當?shù)谋壤?，使魚雷直流推進電機得到比蓄電池組直接供電更高的電壓，既提高魚雷的極限速度，又保證了蓄電池組的正常放電容量。
作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述的魚雷推進組合直流斬波調(diào)速裝置，超電容組在電路中作為直流電壓儲能和濾波裝置，超電容組是采用串并聯(lián)連接方法的超電容器組，其單個超電容的結(jié)構(gòu)為電化學電容器的其中一種，包括雙電層電容器(Electric double layer capacitor)和贗電容器(Pesudocapacitor)等具有超大電容量值的電化學電容器。
采用了本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)后，由于采用了超電容進行能量儲存，可以在短時間內(nèi)有效地提高魚雷運行的極限速度；同時又能夠防止強的暫態(tài)沖擊電流對鋁-氧化銀等類型的電化學蓄電池組造成的沖擊，從而有效地保障蓄電池組的放電能力，在大電流放電情況下，電池組基本放電容量保持在恒流放電的能力水平上，同時，采用超電容和升壓斬波器后可以克服鋁-氧化銀在大電流放電時的劇烈下降特性，最高航速可以由42kn，提高到60kn。
采用本發(fā)明的組合直流斬波調(diào)速系統(tǒng)可以大范圍的調(diào)速運行，其減速增程技術(shù)有效地延長魚雷的射程，當以35kn減速運行時，魚雷航程可以由原來的10000米，提高到22000米大大增加了魚雷的航程，有效地提高了魚雷的戰(zhàn)斗力。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有超電容的魚雷直流推進調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有超電容的魚雷直流推進調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3是常規(guī)的蓄電池組不同放電率時放電電壓與放電時間的關(guān)系曲線圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的組合斬波調(diào)速裝置的控制線路框圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的組合斬波調(diào)速系統(tǒng)與現(xiàn)有魚雷調(diào)速系統(tǒng)航速對比圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的組合斬波調(diào)速裝置超電容電壓波形變化圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的組合斬波調(diào)速裝置母線電流波形圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的組合斬波調(diào)速系統(tǒng)魚雷電樞電流波形變化圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的組合斬波調(diào)速系統(tǒng)魚雷電樞電壓波形圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有超電容的組合斬波調(diào)速系統(tǒng)推進電機轉(zhuǎn)矩圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例采用魚雷推進電機參數(shù)為電樞電阻Ra＝0.011Ω，電樞電感La＝0.0001393H，勵磁繞組電阻Rf＝0.6129Ω，勵磁繞組與電樞繞組之間的互感Laf＝0.00515H，超電容C＝20F。
本發(fā)明所述的組合直流斬波調(diào)速其原理是利用可關(guān)斷器件IGBT的可控性，周期性地快速通、斷IGBT，把直流電壓斬波成一系列脈沖電壓，控制脈沖的導通比實現(xiàn)其輸出電壓平均值的調(diào)節(jié)。其組合部分包括升壓斬波和電流可逆斬波電路的組合，該電路的組合可以在大范圍調(diào)節(jié)直流斬波器的輸出電壓。在正常的魚雷運行工作狀態(tài)下，超電容的輸出電壓Us與魚雷的鋁-氧化銀電池的電壓接近，只相差續(xù)流二極管5的PN結(jié)管壓降，以避免開關(guān)損耗，此時超電容輸出電壓為下列公式Us≈E在升壓斬波工作階段，超電容的輸出電壓的公式可以表示為Us=11-α1E---(1)]]>其中升壓斬波器的占空比α1＜1，因此，Us＞E，電流可逆斬波調(diào)速系統(tǒng)的輸出電壓平均值推導如下
Ua=1T∫0TUsdt=1T∫0tonUs=tonTUs=α2Us---(2)]]>該系統(tǒng)可以實現(xiàn)魚雷電機再生制動，把電能回饋給超電容，以提高電能的利用率和提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。
式中α2-電流可逆斬波器的導通比α2=tonT=tonton+toff---(3)]]>Ua——負載電壓(V)Us——直流蓄電池組的電壓(V)ton——IGBT的開通時間(s)toff——IGBT的關(guān)斷時間(s)T——T＝ton+toff(4)改變導通比α2，就可改變電機端電壓平均值Ua，從而調(diào)節(jié)電樞繞組的端電壓，達到調(diào)速的目的。這樣，利用IGBT的理想開關(guān)SW與續(xù)流二極管配合協(xié)同工作，就可實現(xiàn)直流電機的調(diào)壓調(diào)速與再生制動，這種應(yīng)用脈沖電壓供電的調(diào)速方式，稱直流斬波調(diào)速。
根據(jù)基爾霍夫定律和楞次定律可以得出魚雷推進電機電樞和勵磁繞組的動態(tài)微分方程分別如下電樞電壓的動態(tài)微分方程Ua＝(ωLaf)If+(Ra+pLa)Ia(5)Ua＝SWUs(6)SW為斬波器的開關(guān)函數(shù)，其數(shù)值為0或1，當IGBT1導通時為1，關(guān)斷時為0。
Ua——電樞電壓，Ra——電樞電阻，Ia——電樞電流，La——電樞電感，Laf——電樞與磁場繞組互感，ω——電樞角速度，p——微分算子，勵磁繞組電壓的動態(tài)微分方程Uf＝(Rf+pLf)If(7)Uf——勵磁繞組電壓(V)If——勵磁繞組電流(A)
Rf——勵磁線圈電阻(Ω)Lf——勵磁繞組電感(H)直流電機電磁轉(zhuǎn)矩的方程為Ie＝LafIfIa(8)根據(jù)電機的物理運行狀態(tài)，可知電磁轉(zhuǎn)矩Tek與粘滯轉(zhuǎn)矩Tvk、摩擦轉(zhuǎn)矩Tfk、負載轉(zhuǎn)矩TLk、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 是一組平衡轉(zhuǎn)矩，使電樞運行于平衡狀態(tài)，所以存在以下關(guān)系Te=Jdωdt+Bmω+Tf+TL---(9)]]>電樞的角速度可以由式子(5)積分得到ω=1J∫0t(Te-Tv-TL-Bmω)dt---(10)]]>由此可見，從電機的動態(tài)微分方程出發(fā)，通過改變控制電機轉(zhuǎn)速的直流電壓變量，可以實現(xiàn)大范圍控制直流電機轉(zhuǎn)速的目的，從這一點出發(fā)，為了解決暫態(tài)沖擊電流對蓄電池影響，本發(fā)明提出了一種組合直流斬波控制電路，在該電路加入具有超電容儲能和濾波電路、直流斬波預(yù)充電電路、直流斬波升壓充電電路、直流斬波電機調(diào)速電路，構(gòu)成本發(fā)明的特征。在啟動階段直流預(yù)充電電路工作，開關(guān)斷開，蓄電池通過緩沖電阻對超電容充電，減少了對于蓄電池和電容的電流沖擊。在魚雷正常航行期間，升壓斬波電路不工作，以節(jié)省電池能量，而在預(yù)估需要的最高速度運行時，升壓斬波電路開始工作，給超電容進行升壓充電，超電容可以在較短時間通過電壓上升儲存較多能量。在升壓斬波充電過程中，盡可能使蓄電池處于恒流放電狀態(tài)。魚雷在需要升速時，由于超電容儲存有相當多的能量，同時其端電壓要高于蓄電池組電壓相當?shù)谋壤虼丝梢允刽~雷直流推進電機得到比蓄電池直接供電更高的轉(zhuǎn)速，有效地提高魚雷的極限速度，同時也不會對蓄電池產(chǎn)生過大的電流沖擊。
參見圖2，圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有超電容的魚雷直流推進調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)原理圖，本裝置是由超電容組4、直流電感6、升壓斬波開關(guān)器件7、續(xù)流二極管5組成直流升壓斬波器，由啟動緩沖開關(guān)8和啟動限流電阻9構(gòu)成超電容4的預(yù)充電電路，超電容4的兩端與兩象限直流斬波器3的輸入端相連。
當魚雷啟動時，啟動緩沖開關(guān)8斷開，啟動限流電阻9接入直流母線進行電阻限流，避免過大的沖擊電流，當超電容的電壓值預(yù)充到足夠的水平，啟動緩沖開關(guān)8合閘，啟動限流電阻9被短接，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。
在魚雷正常工作期間，升壓斬波開關(guān)器件7不工作，由PWM驅(qū)動器13產(chǎn)生的直流PWM斬波電壓控制信號，控制兩象限直流斬波器3輸出可以調(diào)節(jié)直流電流和電壓，驅(qū)動直流推進電機2工作。
當預(yù)估隨后某一階段魚雷需要在最高速度運行時，升壓斬波開關(guān)器件7開始工作，由PWM驅(qū)動器14產(chǎn)生的直流PWM斬波電壓控制信號，用該控制信號去驅(qū)動升壓斬波開關(guān)器件7，就得到電流和電壓可以調(diào)節(jié)的直流電，提高魚雷直流推進系統(tǒng)的輸出電壓，提升魚雷在短時間內(nèi)的極限速度，按照直流電壓給定值，給超電容4進行升壓斬波充電，由于電容儲能W＝CU2/2以電壓的平方值增長，因此超電容可以在較短時間通過電壓上升儲存較多能量，同時，超電容的電壓要超過蓄電池的相當?shù)谋壤?，以保持升壓斬波器的正常工作狀態(tài)，兩象限直流斬波器3通過調(diào)整輸出電壓的占空比，即使在直流母線電壓有波動的情況下，也可以維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。
當魚雷需要運行在極限速度狀態(tài)時，兩象限直流斬波器3工作在電流最大穩(wěn)態(tài)輸出區(qū)域，此時，隨著超電容儲存的能量消耗很快，其端電壓也快速下降，升壓斬波開關(guān)器件7由升壓斬波狀態(tài)轉(zhuǎn)入恒流工作狀態(tài)，保障了蓄電池組的恒流放電，同時，兩象限直流斬波器3通過調(diào)整輸出電壓的占空比來維持魚雷運行轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，保證了魚雷以極限速度追擊目標。
此時，蓄電池組工作在恒流放電模式，使蓄電池組的放電電流維持在一個合理的范圍內(nèi)，從而有效地保障蓄電池組的正常放電容量。
參見圖3，圖3是常規(guī)的蓄電池組不同放電率時放電電壓與放電時間的關(guān)系曲線圖，描述了蓄電池以0.1C0(其中C0為蓄電池的有效安時數(shù))時，蓄電池組能放電1200秒，而當以1.0C0放電時，蓄電池的放電時間為10秒，可以看出電池的放電率過大時，其有效安時數(shù)變小，可見強的暫態(tài)沖擊電流引起鋁一氧化銀等類型的電化學蓄電池組在短時間內(nèi)放電能力大幅度降低，蓄電池的這種特性影響了現(xiàn)有電力推進魚雷的靈活性和射程，而采用本發(fā)明后，在魚雷提速時，啟動預(yù)充電電路，超電容充電到足夠的電壓時，魚雷進入極限速度工作狀態(tài)，由超電容為魚雷直流推進電機提供能量，滿足魚雷升速所需的短時高電壓，蓄電池仍維持工作在穩(wěn)定電流狀態(tài)，有效地保障蓄電池組的正常放電容量。此外，參見圖5，圖5是根據(jù)本發(fā)明的組合斬波調(diào)速系統(tǒng)與現(xiàn)有魚雷調(diào)速系統(tǒng)航速對比圖，從圖中對比可以看出，采用超電容和組合直流斬波調(diào)速時魚雷的極限航速能夠達到60kn以上，而采用現(xiàn)有標準直流推進電機的魚雷極限航速只能達到42kn。由以上實施例所述，采用超電容和組合直流斬波調(diào)速裝置能有效地提高魚雷的極限航速，提高魚雷的命中率，在作戰(zhàn)中取得主動權(quán)。從而克服了現(xiàn)有技術(shù)上的缺陷。
權(quán)利要求
1.一種用于魚雷推進的組合直流斬波調(diào)速裝置，包括一個兩象限直流斬波器(3)，用于驅(qū)動魚雷直流推進電機；一個超電容器組(4)，用于提供魚雷極限航速所需電能和對母線電壓進行濾波；一個直流升壓斬波電路(27)，用于提升所述兩象限直流斬波器和直流推進電機的供電電壓；一個啟動緩沖電路(28)，用于限制啟動時蓄電池組的放電電流；一個主電路控制單元(29)，用于控制組合斬波器組的工作；其特征在于，一個啟動緩沖電路(28)，連接在蓄電池組(1)的輸出端，用于限制魚雷啟動時的電路電流，一個直流升壓斬波電路(27)，連接在所述啟動緩沖電路的輸出端，其能夠在不同的運行區(qū)域，工作在不同的狀態(tài)，保障了超電容電壓在特定的運行區(qū)域高出蓄電池的電壓，一個超電容器組(4)，連接在直流升壓斬波器的輸出端，用來預(yù)先儲存魚雷極限航速時所需的電能，一個兩象限直流斬波器(3)，連接在所述直流升壓斬波電路、超電容器組的輸出端，能夠輸出電壓和電流連續(xù)可調(diào)的直流電，驅(qū)動直流電機工作，一個主電路控制單元(29)，通過讀取轉(zhuǎn)速信號，超電容電壓信號，電機電流信號，斬波器電流信號，經(jīng)過運算，輸出兩路控制信號，分別去驅(qū)動所述的兩象限斬波器和直流升壓斬波器工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的魚雷推進的組合直流斬波調(diào)速裝置，其特征在于，由超電容器組(4)、直流電感(6)、升壓斬波開關(guān)器件(7)、續(xù)流二極管(5)組成直流升壓斬波器(27)，用于提升由蓄電池組(1)提供的直流電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的魚雷推進組合直流斬波調(diào)速裝置，其特征在于，帶有啟動緩沖開關(guān)(8)，啟動限流電阻(9)，當魚雷在啟動時，啟動緩沖開關(guān)(8)斷開，啟動限流電阻(9)接入直流母線進行電阻限流，避免過大的沖擊電流，當超電容器組預(yù)充到足夠的電壓值時，啟動緩沖開關(guān)(8)合閘，啟動限流電阻(9)被短接，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)，推進電機的轉(zhuǎn)速給定值ω*具有連續(xù)無級變速運行特點，該速度的給定值ω*與轉(zhuǎn)速傳感器(11)測得的實際電機轉(zhuǎn)速值ω進行偏差運算得到轉(zhuǎn)速偏差值，將該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器(18)進行運算，其運算結(jié)果是直流電流的給定值Ia1*，把該電流給定值與電流傳感器(10)測得的實際直流電流值Ia1進行偏差運算得到電流偏差值，將該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器(17)進行運算，其輸出值是直流電壓的給定值U1*，再把該直流電壓給定值送入PWM驅(qū)動器(13)，其輸出為直流的PWM斬波電壓控制信號，用該控制信號去驅(qū)動兩象限直流斬波器(3)，就得到輸出直流電流和電壓均可以調(diào)節(jié)直流電，驅(qū)動直流電機(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的魚雷推進組合直流斬波調(diào)速裝置，其特征在于，在正常工作期間，升壓斬波開關(guān)器件(7)不工作，通過切換開關(guān)(16)使PWM驅(qū)動器(14)置為0觸發(fā)狀態(tài)，蓄電池組(1)直接通過續(xù)流二極管(5)給超電容器組(4)和兩象限直流斬波器(3)供電，當預(yù)估隨后某一階段魚雷需要在最高速度運行時，升壓斬波開關(guān)器件(7)開始工作，此時，切換開關(guān)(16)使PWM驅(qū)動器(14)置為工作狀態(tài)，升壓斬波開關(guān)器件(7)的電壓給定為VDC*與電壓傳感器(18)測得的實際電壓值VDC進行比較得到電壓偏差值，把該偏差值送入PI調(diào)節(jié)器(20)進行運算，其輸出值是直流電流的給定值IL*，再把該直流電流給定值與電流傳感器(26)測得的實際電流值IL進行偏差運算，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器(19)進行處理，其輸出值是直流電壓的給定值VC*，把該直流電壓給定值送入PWM驅(qū)動器(14)，其輸出值是直流的PWM斬波電壓控制信號，用該控制信號去驅(qū)動升壓斬波開關(guān)器件(7)，就得到電流和電壓均可以調(diào)節(jié)的恒定直流電，按照直流電壓給定值，給超電容器組(4)進行升壓斬波充電，超電容器組在較短時間通過電壓上升儲存較多能量，超電容器組的電壓能超出蓄電池組電壓相當?shù)谋壤?，以保持升壓斬波器的正常工作狀態(tài)，兩象限直流斬波器(3)通過調(diào)整輸出電壓的占空比，維持魚雷運行轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)力要求1的魚雷推進組合直流斬波調(diào)速裝置，其特征在于，當魚雷需要運行在極限速度狀態(tài)時，兩象限直流斬波器(3)工作在電流最大穩(wěn)態(tài)輸出區(qū)域，升壓斬波開關(guān)器件(7)處于升壓斬波狀態(tài)，隨著超電容器組儲存的能量消耗，為補償其端電壓的下降，升壓斬波開關(guān)器件(7)的給定值由直接給定電壓VDC*切換為直接給定電流IDL*，使升壓斬波開關(guān)器件(7)轉(zhuǎn)入恒流工作狀態(tài)，保障了蓄電池的恒流放電，超電容器組儲存的能量使直流母線電壓有波動的情況下，其值仍然要高出蓄電池組電壓相當?shù)谋壤?，使魚雷直流推進電機得到比蓄電池組直接供電更高的電壓，既提高魚雷的極限速度，又保證了蓄電池組的正常放電容量。
6.根據(jù)權(quán)力要求1的魚雷電力推進的組合直流斬波調(diào)速裝置，其特征在于，超電容組(14)在電路中作為直流電壓儲能和濾波裝置，超電容組(4)是采用串并聯(lián)連接方法的超電容器組，其單個超電容的結(jié)構(gòu)為電化學電容器的其中一種，包括雙電層電容器(Electric double layer capacitor)和贗電容器(Pesudocapacitor)等具有超大電容量值的電化學電容器。
全文摘要
一種用于魚雷推進的組合直流斬波調(diào)速裝置，包括兩象限直流斬波器(3)，用于驅(qū)動魚雷直流推進電機；超級電容器組(4)，用于提供魚雷極限航速所需電能和對母線電壓進行濾波；升壓直流斬波器(27)，用于提升所述兩象限直流斬波器和直流推進電機的供電電壓；預(yù)充電裝置(28)，用于限制啟動時蓄電池組的放電電流，該組合直流斬波裝置的升壓斬波電路大幅度地提高了魚雷直流推進系統(tǒng)的輸出電壓，增大了電機的短時輸出功率，提升了魚雷在短時間內(nèi)的極限速度，在魚雷的極限速度時，斬波器控制蓄電池組工作在恒流放電模式，有效地保證了蓄電池組的放電能力。采用本發(fā)明的魚雷可以大范圍的調(diào)速運行，其射程有較大提高。
文檔編號H02M3/24GK1800772SQ20041006038
公開日2006年7月12日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者王曉雷, 陳旭, 邱青松, 李憲普 申請人:中原工學院