[发明专利]监测强电磁环境中电力电子装备关键状态的系统及方法

说明书

本发明提供了一种监测强电磁环境中电力电子装备关键状态的系统及方法，系统包括第一用户接口模块、八路信号采集模块、主控模块、存储模块、时间戳模块、温湿度采集模块、双路RS‑485隔离模块和第二用户接口模块；第一用户接口模块用于获取反映电力电子装置关键状态的八路模拟信号；主控模块包括多路开关单元和ARM主控制单元，ARM主控制单元同时与存储模块、时间戳模块和温湿度采集模块进行通信；ARM主控制单元通过时间戳模块获取实时时间戳，并将附带有时间戳的数据保存至存储模块中，通过温湿度采集模块对ARM主控制单元的温湿度进行监控，再经由双路RS‑485隔离模块与第二用户接口模块，对外进行数据传输。

技术领域

本发明属于嵌入式技术与电力电子技术交叉领域，更具体地，涉及一种监测强电磁环境中电力电子装备关键状态的系统及方法。

背景技术

目前电力电子装备正朝着高电压、强电流、集成化、智能化方向发展，尤其是以SCR(相控晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)等为代表的大容量电力电子器件的工程化应用与推广，这既是为了解决目前电力电子技术领域劳动密集和技术密集的现状，又最大限度地发挥大容量电力电子器件的应用潜力，成功解决工程中大容量功率变换装置可靠、安全、健康工作的技术难题。其典型代表就是电磁发射装置，它由4个子系统组成：

(1)能量储存子系统：将来自舰上电源的能量贮存起来；

(2)能量转换子系统：把贮存的能量转变成高频脉冲，可控制的能量输出以驱动线性感应电动机；

(3)线性感应电动机：作为发射电动机的执行装备；

(4)控制台：由操作人员设定弹射参数并监视整个系统。

电磁发射装置具有容积小、对舰上辅助系统要求低、效率高、重量轻、运行和维护费用低廉的好处，是未来航空母舰的核心技术之一。

不过，在以电磁发射装置为典型代表的大容量电力电子装备的运行过程中，为了实现能量变换，必须借助于大容量电力电子器件的开通或断开等操作模态，在它们的切换工作过程中，必然会对电子装置会产生干扰。其原因在于：

(1)当大容量电力电子器件接通或断开、负载的电流和电压变化以及磁场发生变化时，都容易产生高频干扰信号；

(2)直线电机，作为电感性负载，在供电切换时，势必会在电路中产生高频振荡，振荡的峰值电压可以达到数十kV甚至数百kV左右，特别是绝缘性能不良的点火线圈、分缸高压线会产生高电压、强磁场，进而激发出的振荡都会通过导线等以电磁波的形式发射出去，势必对其他电子设备产生电磁干扰；

(3)各个子系统由于其工作制式的不同，它们之间会以不同的方式彼此干扰。

电磁干扰将对电力电子装置产生巨大危害，突出表现在以下几个方面：

(1)强烈的电磁干扰，将可能使装置中灵敏的电子系统/设备因过载而损坏。比如一般硅晶体管发射极与基极间的反向击穿电压为2～5V，极易损坏，而且其反向击穿电压随温度升高而下降。电磁干扰引起的尖峰电压能使发射结和集电结中某点杂质浓度增加，导致晶体管击穿或内部短路。在强射频电磁场下工作的晶体管会吸收足够的能量，使结温超过允许温升而导致损坏。

(2)强烈的电磁辐射场，能引起装在电力电子装备系统中的灵敏武器引爆装置失控而过早启动；对制导导弹会导致偏离飞行弹道和增大距离误差；对飞机而言，则会引起操作系统失稳、航向不准、高度显示出错、雷达天线跟踪位置偏移等。