核电站控制棒驱动机构供电设备及其数字交互式控制方法技术

本发明专利技术公开了核电站控制棒驱动机构供电设备及其数字交互式控制方法，核电站控制棒驱动机构供电设备，其特征在于：包括功率开关管组件S1和功率开关管组件S2，还包括控制信号互换控制装置，控制信号互换控制装置具备分别输出两路控制信号的两个输出端，其中一个输出端与功率开关管组件S1的G端和E端连通，另一个输出端与功率开关管组件S2的G端和E端连通，控制信号互换控制装置能在互换控制信号的时间点处互换2个输出端口的控制信号，两路控制信号分别为脉宽调制信号X1和选通信号X2，互换控制信号的时间点设置在两个功率开关管IGBT都处于开通或者关断的时刻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核电站控制棒驱动技术，具体涉及核电站控制棒驱动机构供电设备及其数字交互式控制方法。
技术介绍
核电厂是通过控制核反应堆的反应性，调节反应堆的输出热功率，推动汽轮机运转进行发电。控制反应堆的反应性最直接、最快速的手段就是调节具有中子吸收功能的反应堆控制棒在堆芯中的位置。控制棒在堆芯中位置是通过控制棒驱动机构（CRDM）进行调节，CRDM内部的两个钩爪交替吸合、打开、移动，从而带动挂在CRDM驱动杆上的控制棒在反应堆堆芯活性区中上升、下插和保持不动，使其停留在堆芯中的不同位置，以便吸收不同程度中子数量，从而调节反应堆的反应性，进而调节反应堆的输出功率。在核电厂中，设计了专用电源系统为CRDM线圈供电，称为棒电源系统，棒电源系统为CRDM提供直流动力电源。CRDM线圈由提升线圈(LC线圈)、传递线圈(MC线圈)、保持线圈(SC线圈)三个线圈组成，每个线圈由单独的电源系统供电模块对其供电，因此棒控电源系统的控制终端即为单个供电模块。棒电源系统供电模块由控制电源，驱动电源，控制插件和驱动插件组成，如图1所示，其中控制电源和驱动电源分别为控制插件和驱动插件上的器件提供直流电源，通过控制驱动插件主电路中功率开关管的开通和关断，来调节驱动插件主电路的输出，从而为CRDM线圈提供满足其精度和响应速度要求的电源。为了保障CRDM能够按要求动作，驱动插件须具有可靠性高、器件温升不能过大和长期有效运行等优点，才能保证反应堆安全运行。
技术实现思路
本专利技术所的目的在于提供核电站控制棒驱动机构供电设备及其数字交互式控制方法，解决了由于传统控制方式不完善所导致的主电路部分器件使用不均衡，温升过大等问题，有效延长了器件的使用寿命，提高了棒电源系统长期运行的可靠性。本专利技术的通过下述技术方案实现：核电站控制棒驱动机构供电设备，包括功率开关管组件S1和功率开关管组件S2，功率开关管组件S1和功率开关管组件S2均包括功率开关管IGBT，功率开关管组件S2的功率开关管IGBT的C极与二极管N的正极连接；还包括CRDM线圈XQ，CRDM线圈XQ的一端与功率开关管组件S1的E极连接，CRDM线圈XQ的另一端与功率开关管组件S2的C极连接，还包括2个RC组件，第一个RC组件的一端与功率开关管组件S1的C极连接，第一个RC组件的另一端与功率开关管组件S1的E极连接，第二个RC组件的一端与二极管N的负极连接，第二个RC组件的另一端与功率开关管组件S2的E极连接，还包括续流二极管D1和续流二极管D2，续流二极管D1的正极与二极管N的负极连接，续流二极管D1的负极与功率开关管组件S1的C极连接，续流二极管D2的正极与功率开关管组件S1的E极连接，续流二极管D2的负极与功率开关管组件S2的E极连接，功率开关管组件S1的C极连接电源正极，功率开关管组件S2的E极连接电源负极；还包括一端连接电源正极另一端连接电源负极的稳压电容Cm；还包括控制信号互换控制装置，控制信号互换控制装置具备分别输出两路控制信号的两个输出端，其中一个输出端与功率开关管组件S1的G端和E端连通，另一个输出端与功率开关管组件S2的G端和E端连通，控制信号互换控制装置能在互换控制信号的时间点处互换2个输出端口的控制信号，两路控制信号分别为脉宽调制信号X1和选通信号X2，互换控制信号的时间点设置在两个功率开关管IGBT都处于开通或者关断的时刻。本专利技术将交互式控制方式应用在棒电源系统供电模块的主电路中，使得主电路中两个功率开关管IGBT周期性地互换控制信号，互换控制信号的时间点设置在两个功率开关管IGBT都处于开通或者关断的时刻。上述交互式控制方式通过数字化实现，互换控制信号的周期可根据实际需要通过控制参数的修改加以调整。本专利技术思路是：通过设备设定两个功率开关管IGBT控制信号互换周期，即设置控制信号互换控制装置，以此来控制两个功率开关管IGBT的控制信号的互换周期，互换周期的设置主要的依据是机柜的散热和温升要求，以及器件本身有效工作的温度区间；初始阶段，设置其中一个功率开关管IGBT接收脉宽调制信号，另一个功率开关管IGBT接收选通信号；当运行至设定的互换周期时，两个功率开关管IGBT的控制信号进行互换，即接收脉宽调制信号的功率开关管IGBT转为接收选通信号，而接收选通信号的功率开关管IGBT转为接收脉宽调制信号；两路IGBT控制信号互换时刻须满足以下条件：达到预设的互换周期；两路控制信号状态相同，即两个功率开关管IGBT都处于开通或者关断。以此类推，控制信号周期性地在两个功率开关管IGBT间进行互换。上述结构中，G、E为功率开关管IGBT的控制极，主电路的工作原理如下：功率开关管组件S1和功率开关管组件S2开通时，CRDM线圈电流上升；功率开关管组件S1关断，功率开关管组件S2开通时，CRDM线圈电流经过续流二极管D2进行续流，电流下降；功率开关管组件S1和功率开关管组件S2关断时，CRDM线圈电流经续流二极管D1、续流二极管D2向稳压电容Cm释放电能。传统结构中的控制信号不进行交互，当供电插件主电路有输出时，开关管功率开关管组件S1(或功率开关管组件S2)接收脉宽调制信号，即处于不断开通、关断状态，而功率开关管组件S2(或功率开关管组件S1)一直处于导通状态，因此功率开关管组件S1(或功率开关管组件S2)开关损耗高，温升较大；同时，续流二极管D2也会长时间处于续流状态，而续流二极管D1则处于“闲置”状态，导致续流二极管D2温升较大，这些都不利于机柜散热；且两路IGBT和二极管使用的不均衡会使得其中一路器件的有效使用寿命降低，从而影响电源设备长期使用的可靠性。针对传统控制方式的缺陷，本专利技术提出了将一种交互式控制方式应用在上述CRDM供电插件模块主电路上，此时主电路工作原理如下：t时刻，功率开关管组件S1接收脉宽调制信号，功率开关管组件S2接收选通信号，续流二极管D2起续流作用；t+T时刻，且功率开关管组件S1、功率开关管组件S2都为高电平或者低电平时，功率开关管组件S1、功率开关管组件S2控制信号互换，即功率开关管组件S2接收脉宽调制信号，功率开关管组件S1接收选通信号，续流二极管D1起续流作用，其中T为控制信号的互换周期。交互式控制方法的应用，使得CRDM供电插件模块主电路中的功率开关管组件S1、功率开关管组件S2和续流二极管D1、续流二极管D2的周期性地交替工作。控制信号互换点设置在两路信号状态相同的时刻，即控制信号同为高电平或同为低电平的时刻，以保证主电路的输出电流质量不受影响。所述脉宽调制信号X1为高低电平交互式信号。当供电设备有恒定输出时所述选通信号X2为高电平，没有输出或者输出由大变小时为低电平。所述CRDM线圈XQ包括LC线圈、MC线圈、SC线圈。基于所述的核电站控制棒驱动机构供电设备的数字交互式控制方法，包括以下步骤：A1：通过控制信号互换控制装置输出脉宽调制信号X1到功率开关管组件S1的G端和E端，通过控制信号互换控制装置输出选通信号X2到功率开关管组件S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
核电站控制棒驱动机构供电设备，其特征在于：包括功率开关管组件S1和功率开关管组件S2，功率开关管组件S1和功率开关管组件S2均包括功率开关管IGBT，功率开关管组件S2的功率开关管IGBT的C极与二极管N的正极连接；还包括CRDM线圈XQ，CRDM线圈XQ的一端与功率开关管组件S1的E极连接，CRDM线圈XQ的另一端与功率开关管组件S2的C极连接，还包括2个RC组件，第一个RC组件的一端与功率开关管组件S1的C极连接，第一个RC组件的另一端与功率开关管组件S1的E极连接，第二个RC组件的一端与二极管N的负极连接，第二个RC组件的另一端与功率开关管组件S2的E极连接，还包括续流二极管D1和续流二极管D2，续流二极管D1的正极与二极管N的负极连接，续流二极管D1的负极与功率开关管组件S1的C极连接，续流二极管D2的正极与功率开关管组件S1的E极连接，续流二极管D2的负极与功率开关管组件S2的E极连接，功率开关管组件S1的C极连接电源正极，功率开关管组件S2的E极连接电源负极；还包括一端连接电源正极另一端连接电源负极的稳压电容Cm；还包括控制信号互换控制装置，控制信号互换控制装置具备分别输出两路控制信号的两个输出端，其中一个输出端与功率开关管组件S1的G端和E端连通，另一个输出端与功率开关管组件S2的G端和E端连通，控制信号互换控制装置能在互换控制信号的时间点处互换2个输出端口的控制信号，两路控制信号分别为脉宽调制信号X1和选通信号X2，互换控制信号的时间点设置在两个功率开关管IGBT都处于开通或者关断的时刻。...

【技术特征摘要】
1.核电站控制棒驱动机构供电设备，其特征在于：包括功率开关管组件S1和功率开关管组件S2，功率开关管组件S1和功率开关管组件S2均包括功率开关管IGBT，功率开关管组件S2的功率开关管IGBT的C极与二极管N的正极连接；还包括CRDM线圈XQ，CRDM线圈XQ的一端与功率开关管组件S1的E极连接，CRDM线圈XQ的另一端与功率开关管组件S2的C极连接，还包括2个RC组件，第一个RC组件的一端与功率开关管组件S1的C极连接，第一个RC组件的另一端与功率开关管组件S1的E极连接，第二个RC组件的一端与二极管N的负极连接，第二个RC组件的另一端与功率开关管组件S2的E极连接，还包括续流二极管D1和续流二极管D2，续流二极管D1的正极与二极管N的负极连接，续流二极管D1的负极与功率开关管组件S1的C极连接，续流二极管D2的正极与功率开关管组件S1的E极连接，续流二极管D2的负极与功率开关管组件S2的E极连接，功率开关管组件S1的C极连接电源正极，功率开关管组件S2的E极连接电源负极；还包括一端连接电源正极另一端连接电源负极的稳压电容Cm；还包括控制信号互换控制装置，控制信号互换控制装置具备分别输出两路控制信号的两个输出端，其中一个输出端与功率开关管组件S1的G端和E端连通，另一个输出端与功率开关管组件S2的G端和E端连通，控制信号互换控制装置能在互换控制信号的时间点处互换2个输出端口的控制信号，两路控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：许明周，郑杲，黄可东，李国勇，吕新知，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川;51