專利名稱：一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于單相電力負荷設備的電能質(zhì)量敏感性測試設備，尤其涉 及一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
20世紀80年代以來，隨著現(xiàn)代化敏感電力電子設備的廣泛應用以及新型電力負 荷的迅速發(fā)展，動態(tài)電能質(zhì)量問題日益受到關(guān)注，其中最為突出、代價較大的問題之一就是 電壓暫降。據(jù)國外某電力部門的調(diào)查在由電能質(zhì)量引起的用戶投訴中，由電壓暫降引起的 投訴> 70%，而由諧波、開關(guān)操作過電壓等引起的投訴< 30%。美國每年由電壓暫降造成 的經(jīng)濟損失為120 260億美元。因此，僅僅考慮諧波、工頻變化、三相不平衡、電壓偏差等 穩(wěn)態(tài)電壓質(zhì)量指標已不能滿足現(xiàn)代電力用戶的要求。電壓暫降這一方向的研究已越來越引 起電力科技工作者的極大關(guān)注。電壓凹陷是指在系統(tǒng)頻率時電壓有效值(RMS)瞬時減小到額定值的10% 90% 的范圍內(nèi)，其持續(xù)時間一般為半個工頻周期到數(shù)秒鐘。由于1)現(xiàn)代電力系統(tǒng)中電壓暫降事 件發(fā)生的次數(shù)多，遠大于停電次數(shù)；2)電壓暫降影響范圍大，短路電壓暫降可波及幾十km 外負荷正常運行；3)電壓暫降使敏感設備不能獲得所需質(zhì)量的電能，電壓暫降造成的損失 巨大，因而電壓凹陷是目前電力系統(tǒng)中最嚴重的電能質(zhì)量問題之一。電壓凹陷的發(fā)生，會導 致程序邏輯控制器(PLC)誤動而造成工業(yè)生產(chǎn)過程停產(chǎn)，導致調(diào)速裝置(ASD)失靈而造成 產(chǎn)品報廢，導致接觸器與輔助繼電器跳開以及不可預計的欠電壓跳閘，導致計算機系統(tǒng)丟 失重要數(shù)據(jù)等。最近十幾年來，由于敏感設備的激增，電壓凹陷給工業(yè)用戶造成了巨大的經(jīng) 濟損失，資料表明，在歐美等國家1次電壓凹陷事故造成的經(jīng)濟損失至少在數(shù)百萬美元以 上。某織紡廠僅6個周波幅值為80%的電壓暫降，對生產(chǎn)線造成的損失和兩個小時的持續(xù) 停電事故相當。為了測試一個新設計系統(tǒng)的電壓暫降抗干擾性以及電壓暫降對一些特定電子設 備的敏感影響性，我們需要一個電壓暫降信號產(chǎn)生設備，即電壓暫降發(fā)生裝置。如SEMI-F47 就規(guī)定了半導體制造設備對電壓暫降抗干擾性要求。電壓暫降主要有2個參數(shù)指標。第一 個是電壓暫降的幅度，即暫降電壓的有效值和正常電壓的有效值之比，一般用百分數(shù)表示。 第二個是電壓暫降的持續(xù)時間，即電壓暫降發(fā)生后持續(xù)多少時間，一般為0. 5周波 3秒。電 壓暫降發(fā)生裝置必須能滿足上述2個參數(shù)指標設計和實現(xiàn)。下面對現(xiàn)有各種應用場合的多 種不同電壓暫降發(fā)生裝置進行分析描述。美國專利第5920132號描述了能夠利用自耦變壓器在小功率電子設備上產(chǎn)生電 壓暫降動作，僅用于低電壓領(lǐng)域。美國專利第5886429號描述了一種計算機控制和監(jiān)測的測試臺，用于測試連接到 測試臺的電子設備對測試臺產(chǎn)生的電壓暫降和電壓突升的響應。專利申請W00060430號描述了應用于玻璃生產(chǎn)廠電壓暫降部件敏感性檢驗系統(tǒng)。 每相至少包括兩個雙極型開關(guān)，連接到工業(yè)自耦變壓器。該系統(tǒng)提供電壓暫降的幅度、持續(xù)時間兩個參數(shù)的選擇控制，且每相可產(chǎn)生不同電壓暫降。國家專利101151546描述了用于測試低電壓下發(fā)電機如風力渦輪機響應電壓暫 降的動作的測試裝置，電壓暫降類似于可能出現(xiàn)在風力渦輪機連接到電網(wǎng)上的電壓暫降。專利申請200910083733. 5號描述了一種用于電磁兼容國家標準電壓暫降抗擾度 測試的三相交流電壓暫降發(fā)生電路。該電路每相由2塊雙向功率開關(guān)模塊、濾波電感組成， 采用兩個IGBT共發(fā)射級串聯(lián)組成雙向功率開關(guān)模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)整流橋式開關(guān)模塊，簡化了 設計。此外，專利申請200810020220. 5號提出了模擬電壓暫降試驗的過程和方法，根據(jù) 不同被測設備類型確定典型接線形式和實驗點。上述各種設備和方法均采用了雙向功率開關(guān)模塊或變壓器，存在的控制復雜、價 格昂貴、體積大的缺點，主電路保護難。

實用新型內(nèi)容為了達到所述目的，本實用新型的技術(shù)方案一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降 發(fā)生裝置，包括連接啟動鍵的可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器，可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器的輸出端連接占 空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路上，占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路輸出端上依次連接有光耦PWM驅(qū)動電 路，單相單管交流斬波器和LC串聯(lián)諧振型濾波器。優(yōu)選的所述可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器由555芯片、電位器連接組成。這樣的結(jié)構(gòu)實現(xiàn) 半個周波_3秒的可調(diào)脈寬單脈沖產(chǎn)生，進行暫降持續(xù)時間的調(diào)節(jié)。優(yōu)選的占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路和555芯片、至少1個電阻、至少1個電位器、至 少2個二極管和至少1個電容器構(gòu)成多諧振蕩器?？刂贫诵盘栍煽烧{(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器輸出 提供，控制本多諧振蕩器是否起振，電位器用于10% -95%范圍內(nèi)進行暫降深度調(diào)節(jié)。優(yōu)選的光耦PWM驅(qū)動電路中采用至少1個高速光耦。高速光耦完成PWM驅(qū)動并 實現(xiàn)弱電與主電路的隔離。優(yōu)選的單相單管交流斬波器中至少包括1個全控功率管、4個快恢復二極管，實 現(xiàn)單管雙向電子開關(guān)斬控式交流調(diào)壓，全控功率管控制信號由光耦PWM驅(qū)動電路輸出提{共。優(yōu)選的LC串聯(lián)諧振型濾波器由諧振電感L、膜薄電容C串聯(lián)構(gòu)成，在工頻50Hz中 發(fā)生LC串聯(lián)諧振，PWM載波頻率以上構(gòu)成低通濾波，負載與LC串聯(lián)。由于采用了所述的技術(shù)方案，本實用新型一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生 裝置，采用單個絕緣柵雙極型功率管及輔助電路代替，從而減少了主電路和控制電路的元 器件數(shù)目，實現(xiàn)了電路簡化并降低成本，提高裝置的可靠性。負載與LC串聯(lián)諧振型濾波器 串聯(lián)，LC串聯(lián)諧振型濾波器在PWM載波頻率以上構(gòu)成低通濾波，在工頻50Hz時中發(fā)生LC串 聯(lián)諧振，使得工頻時濾波器導致壓降很小，暫降電壓控制誤差小。另外，功率管驅(qū)動采用可 調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器、占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路純硬件實現(xiàn)，保護可靠性好。基于單相單管的 電壓暫降發(fā)生裝置的方法，較好克服了目前同類裝置存在的控制復雜、價格昂貴、體積大的缺點，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。裝置可在手動模式下產(chǎn)生電壓暫降，并能10%-90%范 圍內(nèi)進行暫降深度調(diào)節(jié)，半個周波-3秒范圍內(nèi)進行暫降持續(xù)時間調(diào)節(jié)。

圖1本實用新型一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置的原理框圖。圖2本實用新型一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置的電路圖。圖3本實用新型一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置的單相單管交流斬 波器電路圖。
具體實施方式
如圖1，圖2以及圖3所示，本實用新型包括連接啟動鍵6的可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器 1、可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器1的輸出端連接占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路2上，占空比可調(diào)脈沖發(fā) 生電路2輸出端上依次連接有光耦PWM驅(qū)動電路3，單相單管交流斬波器4和LC串聯(lián)諧振 型濾波器5。以電流最大30A的串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置為例，主電路采用單相 單管交流斬波器4，包括1個全控功率管、4個快恢復二極管構(gòu)成，實現(xiàn)單管雙向電子開關(guān)斬 控式交流調(diào)壓，功率管控制信號由光耦PWM驅(qū)動電路3輸出提供。單相單管交流斬波器4 一端與正常電網(wǎng)相連接，單相單管交流斬波器4另外一端通過LC串聯(lián)諧振型濾波器5與暫 降發(fā)生電路的輸出端相連。另外，啟動鍵6與可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器1的控制端相連，可調(diào)節(jié) 單脈沖發(fā)生器1的信號輸出端與占空比可調(diào)PWM脈沖發(fā)生電路2的的控制端相連，占空比 可調(diào)PWM脈沖發(fā)生電路2的信號輸出端產(chǎn)生一個時間段的占空比可調(diào)PWM脈沖，經(jīng)過光耦 PWM驅(qū)動電路3發(fā)出單路PWM驅(qū)動信號，控制單個絕緣柵雙極型功率管的開通關(guān)斷。負載與 LC串聯(lián)諧振型濾波器串聯(lián)，LC串聯(lián)諧振型濾波器在PWM載波頻率以上構(gòu)成低通濾波，在工 頻50Hz時中發(fā)生LC串聯(lián)諧振，使得工頻時濾波器導致壓降很小，暫降電壓控制誤差小。在單相單管電壓暫降發(fā)生電路中，最重要的設計是單管雙向交流調(diào)壓模塊的設 計。本實用新型單相單管交流斬波器4包括1個全控功率管、4個快恢復二極管構(gòu)成，實現(xiàn) 單管雙向電子開關(guān)斬控式交流調(diào)壓，功率管控制信號由光耦PWM驅(qū)動電路3輸出提供。全 控功率管采用絕緣柵雙極型功率管IRFP450，4個快恢復二極管都采用IDP45E60，兩個。其 工作原理是，電網(wǎng)電壓正半周時，正向電流分別經(jīng)濾波器、負載和二極管D2和全控功率管 及二極管D3，流回電源地端；電網(wǎng)電壓負半周時，反向電流分別經(jīng)二極管D1、全控功率管、 二極管D4、負載及濾波器，流回電源端，實現(xiàn)雙向電流，同時在整個過程中，全控功率M0S管 IRFP450的電流始終保持從漏極D流向源極S.所述的正常電網(wǎng)為單相220V。暫降電壓輸出 為正常電網(wǎng)電壓的10% 90%。諧振電感L的電感范圍8mlTl5mH，膜薄電容C.功率管的開 關(guān)頻率為5kHz，能夠暫降電壓的持續(xù)時間為10ms-3s，暫降電壓的暫降幅值為10% 90%。本實用新型的整體工作原理是啟動鍵6按下后，與相連可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生 器一555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的控制使能端有效，輸出產(chǎn)生單個低電平脈沖，低電平維持時間通 過該部分的調(diào)節(jié)電位器進行調(diào)節(jié)，低電平維持時間也就等于暫降電壓的持續(xù)時間。該低電 平脈沖信號與其相連占空比可調(diào)PWM脈沖發(fā)生電路2的控制使能端有效，輸出產(chǎn)生一個時 間段的占空比可調(diào)PWM脈沖，占空比調(diào)節(jié)通過該部分電路中的調(diào)節(jié)電位器進行調(diào)節(jié)，占空比越小對應暫降電壓的暫降幅值就越小。輸出的占空比可調(diào)PWM脈沖，經(jīng)過光耦PWM驅(qū)動電 路3發(fā)出單路PWM驅(qū)動信號，控制單個絕緣柵雙極型功率管的開通關(guān)斷。再經(jīng)過LC串聯(lián)諧 振型濾波器在PWM載波頻率以上構(gòu)成低通濾波，驅(qū)除高頻成分，在工頻50Hz時中發(fā)生LC串 聯(lián)諧振，壓降很小，從而實現(xiàn)負載兩端產(chǎn)生一個單相電壓暫降信號。當啟動鍵6彈起后，經(jīng) 過一段持續(xù)時間，可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器的輸出從低電平跳回高電平，單個低電平脈沖結(jié)束， 占空比可調(diào)PWM脈沖發(fā)生電路不再輸出PWM脈沖，而輸出保持高電平，此時控制單個絕緣柵 雙極型功率管保持開通，負載兩端的單相電壓暫降結(jié)束，恢復正常電網(wǎng)電壓。這樣就實現(xiàn)了 串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置的功能。
權(quán)利要求一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，包括啟動鍵(6)，其特征在于包括可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器(1)、可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器(1)的輸出端連接占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路(2)，占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路(2)的輸出端上依次連接有光耦PWM驅(qū)動電路(3)，單相單管交流斬波器(4)和LC串聯(lián)諧振型濾波器(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，其特征在于所 述可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器(1)由555芯片、電位器連接組成。
3.如權(quán)利要求2所述的一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，其特征在于占 空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路(2)和555芯片、至少1個電阻、至少1個電位器、至少2個二極管 和至少1個電容器構(gòu)成多諧振蕩器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，其特征在于光 耦PWM驅(qū)動電路(3)中采用至少1個高速光耦。
5.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，其特征在于單 相單管交流斬波器(4)中至少包括1個全控功率管、4個快恢復二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，其特征在于LC 串聯(lián)諧振型濾波器(5)由諧振電感L、膜薄電容C串聯(lián)構(gòu)成。
專利摘要本實用新型一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置對雙向功率開關(guān)模塊進行分析改進，減少主電路和控制電路的元器件數(shù)目，不需要變壓器。為了達到所述目的，本實用新型的技術(shù)方案一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，包括可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器、可調(diào)節(jié)單脈沖發(fā)生器的輸出端連接占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路上，占空比可調(diào)脈沖發(fā)生電路輸出端上依次連接有光耦PWM驅(qū)動電路，單相單管交流斬波器和LC串聯(lián)諧振型濾波器。由于采用了所述的技術(shù)方案，本實用新型一種串聯(lián)諧振型單相單管電壓暫降發(fā)生裝置，采用單個絕緣柵雙極型功率管及輔助電路代替，從而減少了主電路和控制電路的元器件數(shù)目，實現(xiàn)了電路簡化并降低成本，提高裝置的可靠性。
文檔編號G01R31/00GK201637768SQ20092021559
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者呂干云 申請人:浙江師范大學