專利名稱：中頻變頻器的交直流變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于ー種交直流變換裝置，具體涉及ー種應(yīng)用于中頻變頻器的交直流變換裝置。
背景技術(shù)：
目前，エ業(yè)應(yīng)用中的中頻變頻器前端交直流變換(AC/DC)裝置，AC/DC裝置的整流器大部分采用ニ極管整流或可控硅整流方式，整流器功率因數(shù)低、電流失真度大、對(duì)電網(wǎng)污染比較嚴(yán)重，且能量不能雙向流動(dòng)。為了解決整流器功率因數(shù)低、電流失真度大的問題，主要有幾種解決方式，例如多重化、加裝功率因數(shù)補(bǔ)償裝置等，但多重化方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加裝功率因數(shù)補(bǔ)償裝置成本比較高。PWM(脈沖寬度調(diào)制)整流器可以實(shí)現(xiàn)単位功率因數(shù)控制，電流失真度小。PWM整流器由于開關(guān)頻率比較高，在電磁干擾非常嚴(yán)重的工作環(huán)境中，易受干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)而提出的，其目的是提供ー種適用于中頻變頻器的交直流變換裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種中頻變頻器的交直流變換裝置，包括主開關(guān)、隔離變壓器、充電電阻、短接接觸器、SVPWM (空間矢量脈沖寬度調(diào)制)整流器、控制板和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板。三相交流電網(wǎng)通過主開關(guān)與隔離變壓器的一次側(cè)連接，隔離變壓器的二次側(cè)接充電電阻和控制板，充電電阻與短接接觸器并聯(lián)。充電電阻的另一端接SVPWM整流器的輸入端，SVPWM整流器的輸出端反饋至控制板，控制板發(fā)出六路PWM脈沖，通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板驅(qū)動(dòng)SVPWM整流器中的智能功率模塊。所述SVPWM整流器包括在隔離變壓器二次側(cè)A、B相上分別串入電流傳感器，隔離變壓器二次側(cè)連接電抗器，電抗器的另一端分別接到智能功率模塊的中點(diǎn)。三組智能功率模塊的頂端并聯(lián)到一起接直流電解電容的正端，三組智能功率模塊的底端并到一起接直流電解電容的負(fù)端，三組智能模塊各并聯(lián)ー組薄膜吸收電容，隔離變壓器二次側(cè)A相與中線N的中間連接A相電壓傳感器。三相交流濾波電容分別接隔離變壓器的二次側(cè)，另一端連接一起組成星型連接，交流濾波電容與電抗器及前級(jí)隔離變壓器形成ー個(gè)T型濾波器，構(gòu)成ー個(gè)電網(wǎng)濾波器。所述的控制板包括電源模塊、數(shù)字信號(hào)處理器、直流電壓采集電路、硬件鎖相環(huán)電路、電壓過零檢測電路、IO接ロ電路、預(yù)充電控制電路、PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路、故障檢測電路和電流變換電路，其中電源模塊向控制板提供電源，其余電路分別與數(shù)字信號(hào)處理器連通。本發(fā)明的有益效果
輸出直流電壓穩(wěn)定、功率因數(shù)高、電流失真度小、對(duì)電網(wǎng)污染小，且能量可雙向流動(dòng)?？捎行б种坪蠹?jí)逆變器與PWM整流器的高頻開關(guān)量對(duì)整個(gè)電網(wǎng)地線干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。有效避免裝置初始上電，電網(wǎng)電壓瞬時(shí)突變對(duì)功率器件的瞬時(shí)沖擊破壞，使功率器件的兩端電壓緩慢增加。


圖I是本發(fā)明中頻變頻器的交直流變換裝置框 圖2是本發(fā)明的SVPWM整流器主電路；
圖3是本發(fā)明的控制板構(gòu)成 圖4是電流變換電路 圖5是電壓過零檢測及硬件鎖相環(huán)電路 圖6是PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接電路圖；
圖7是直流電壓采集電路 圖8是故障檢測電路 圖9是IO接ロ電路 圖10是預(yù)充電電路圖。其中
I主開關(guān)2隔離變壓器
3充電電阻4短接接觸器
5 SVPWM整流器 6控制板 7驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板8交流濾波電容
9電抗器10智能功率模塊
11直流電解電容 12電流傳感器 13電壓傳感器14薄膜吸收電容
15電源模塊16數(shù)字信號(hào)處理器
17直流電壓變換電路18鎖相環(huán)電路 19電壓過零檢測電路20 IO接ロ電路 21預(yù)充電控制電路 22 PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路 23故障檢測電路 24電流變換電路
25、27、34、39、43—號(hào) 五號(hào)端子
26、28—號(hào)、二號(hào)運(yùn)算放大器29 —號(hào)比較器 30反相器31鎖相環(huán)
32 一號(hào)反相器(0C門)33 二號(hào)反相器(COMS)
35小信號(hào)隔離放大器 36穩(wěn)壓管 37 二號(hào)比較器38與門
40光電耦合器41大電流驅(qū)動(dòng)器
42三極管
具體實(shí)施例方式 下面，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明中頻變頻器的交直流變換裝置進(jìn)行詳細(xì)說明
如圖I所示，一種中頻變頻器的交直流變換裝置，包括主開關(guān)I、隔離變壓器2、充電電阻3、短接接觸器4、SVPWM整流器5、控制板6和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板7。三相交流電網(wǎng)通過主開關(guān)I與隔離變壓器2的一次側(cè)連接，隔離變壓器2的二次側(cè)接充電電阻3和控制板6，充電電阻3與短接接觸器4并聯(lián)，充電電阻3的另一端接SVPWM整流器5的輸入端，SVPWM整流器5的輸出端反饋至控制板6，控制板6通過檢測電網(wǎng)A、B相電流及直流電壓，進(jìn)行相應(yīng)控制算法，發(fā)出六路PWM脈沖，通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板7驅(qū)動(dòng)SVPWM整流器5中功率開關(guān)管。其中，隔離變壓器2用于隔離PWM整流器與后級(jí)逆變器高頻開管信號(hào)對(duì)電網(wǎng)地線的干擾，SVPWM整流器5主要實(shí)現(xiàn)AC/DC功率變換。如圖2所示，所述SVPWM整流器5包括交流濾波電容8、電抗器9、智能功率模塊10、直流電解電容11、電流傳感器12、電壓傳感器13和薄膜吸收電容14。各器件間連接如下在隔離變壓器2 二次側(cè)A、B相上分別串入電流傳感器12，隔離變壓器2 二次側(cè)連接電抗器9，電抗器9的另一端分別接到智能功率模塊10的中點(diǎn)，三組智能功率模塊10的頂端并聯(lián)到一起接直流電解電容11的正端，三組智能功率模塊10的底端并到一起接直流電解電容11的負(fù)端，三組智能模塊10各并聯(lián)ー組薄膜吸收電容14。隔離變壓器2 二次側(cè)A相與中線N的中間連接A相電壓傳感器13，三相交流濾波電容8分別接隔離變壓器2的二次偵牝另一端連接一起組成星型連接，交流濾波電容8與電抗器9及前級(jí)隔離變壓器2形成一個(gè)T型濾波器，構(gòu)成ー個(gè)電網(wǎng)濾波器。 如圖3所示，所述的控制板6包括電源模塊15、數(shù)字信號(hào)處理器16、直流電壓采集電路17、硬件鎖相環(huán)電路18、電壓過零檢測電路19、IO接ロ電路20、預(yù)充電控制電路21、PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路22、故障檢測電路23和電流變換電路24，其中電源模塊15向控制板6提供電源，其余電路分別與數(shù)字信號(hào)處理器16連通。電源模塊15 選用 M0RNSUN 電源模塊，包括 15V/± 15V、5V/5V2、15/VCC，其中土 15V為所有模擬芯片供電，5V2為直流轉(zhuǎn)換模塊高精度隔離放大器供電，VCC為數(shù)字信號(hào)處理器16及控制板中數(shù)字芯片供電，+15V為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板供電，數(shù)字信號(hào)處理器16內(nèi)部完成5V/3. 3V轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)處理器16是控制核心，實(shí)現(xiàn)所有外圍信號(hào)連接，數(shù)字信號(hào)處理器16通過直流電壓及輸入側(cè)電流的采集實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的反饋，硬件鎖相環(huán)電路及過零比較電路實(shí)現(xiàn)整流器相位同歩，PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變換，預(yù)充電電路實(shí)現(xiàn)整流器充電電路的控制，IO接ロ電路20實(shí)現(xiàn)整流器所有數(shù)字量信號(hào)的通信。數(shù)字信號(hào)處理器16 選用 TI 公司 TMS320LF2407。如圖4所示，所述電流變換電路24的連接關(guān)系如下R1連接接線一號(hào)端子25的2腳，另一端與R2、Cl連接，Cl另一端與AGND及一號(hào)端子25的I腳連接，R2另一端與一號(hào)運(yùn)算放大器26的2腳、R4、C2連接，R4另一端、C2另一端與一號(hào)運(yùn)算放大器26的I腳、R5連接。R5另一端與R6、一號(hào)運(yùn)算放大器26的6腳、R8連接，R6另一端接3. 3VA, R8的另ー端與一號(hào)運(yùn)算放大器26的7腳、R9連接,R9的另一端與R10、一號(hào)運(yùn)算放大器26的13腳、RlO連接，RlO的另一端與一號(hào)運(yùn)算放大器26的14腳、R12連接，R12另一端連接一號(hào)運(yùn)算放大器26的10腳。一號(hào)運(yùn)算放大器26的9腳、8腳與R13連接，R13另一端與R14、C3、D2陰極、Dl陽極相連，R14另一端、C3另一端、D2陽極與AGND連接，Dl陰極與3. 3VA連接，R3一端與一號(hào)運(yùn)算放大器26的3腳連接,另一端接AGND, R7與一號(hào)運(yùn)算放大器26的5腳連接，R7另一端接AGND，Rll與一號(hào)運(yùn)算放大器26的12腳連接，另一端接AGND。如圖5所示，電壓過零檢測電路19和硬件鎖相環(huán)電路18包括低通濾波、高通濾波、遲滯過零比較器及硬件鎖相環(huán)電路，其連接關(guān)系如下R15與二號(hào)端子27的2腳連接，另一端與R16、C5連接，R16另一端與C4、二號(hào)運(yùn)算放大器28的3腳連接，C4另一端接AGND，C5另一端與二號(hào)運(yùn)算放大器28的I腳、C26、R18連接。R18另一端與二號(hào)運(yùn)算放大器28的2腳、R17連接，R17另一端接AGND，C6另一端與C7、R19連接，C7另一端與R21、二號(hào)運(yùn)算放大器28的5腳連接，R21另一端接AGND，R19另一端與二號(hào)運(yùn)算放大器28的7腳、R22、R23連接，R22另一端與二號(hào)運(yùn)算放大器28的6腳、R20連接，R20另一端接AGND，R23另ー端與一號(hào)比較器29的3腳、R25連接，R25另一端接ニ極管D3陰極，D3陽極接比較器29的I腳、R26、C8、D4陰極、R27，R26另一端接VCC，D4陽極與C8另一端接GND，R27另一端接反相器30的I腳，反相器30的2腳、C9、R28連接，R28另一端與R29、鎖相環(huán)31的14腳連接，C9另一端與R29另ー短接連接接GND，ClO并聯(lián)在鎖相環(huán)31的6腳、7腳。R30 —端接鎖相環(huán)31的11腳，另一端接GND，鎖相環(huán)31的8腳接GND，R31 —端接鎖相環(huán)31的13腳，另一端接R32、鎖相環(huán)31的9腳，R32另一端與Cll連接，Cll另一端接GND，鎖相環(huán)31的4腳接DSP的CAPl ロ及IOPB7 ロ，鎖相環(huán)31的3腳接DSP的I0PB4 ロ，鎖相環(huán)31的16腳接3. 3V。如圖6所示，所述PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路22，其它5路PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路完全一祥，其內(nèi)部連接關(guān)系如下DSP的PWMU ロ與R34、R33連接，R34另一端接GND，R33另一端與C12、一號(hào)反相器32的I腳連接，C12另一端接GND，一號(hào)反相器(0C門)32的2腳與R35、二號(hào)反相器(COMS) 33的3腳連接，二號(hào)反相器33的2腳與C13、R36連接，C13另一端接GND。 如圖7所示，所述直流電壓采集電路17，主要選用小信號(hào)隔離放大器進(jìn)行直流電壓隔離采集，其內(nèi)部連接關(guān)系如下 .三號(hào)端子34的2腳接R39，R39另一端與R40、D6陰極、D5陽極、小信號(hào)隔離放大器35的23腳連接，D5陰極接小信號(hào)隔離放大器35的21腳，D6陽極、小信號(hào)隔離放大器35的I腳、D6陽極、R40另一端與三號(hào)端子34的I腳連接，小信號(hào)隔離放大器35的13腳與R37連接，R37另一端與R38、C14、D8陰極連接，D8陽極、C14另一端、R38另一端與小信號(hào)隔離放大器35的16腳連接。電位器Wl中心抽頭與Wl —端短接后連接至小信號(hào)隔離放大器35的9腳，電位器Wl另一端與小信號(hào)隔離放大器35的10腳連接，電位器W2的中心抽頭連接至小信號(hào)隔離放大器35的11腳，W2其他兩個(gè)端子各分別與小信號(hào)隔離放大器35的12腳、16腳連接，小信號(hào)隔離放大器35的6腳接VDD2、7腳接GND2，D7陰極與3. 3VA連接。如圖8所示，所述故障檢測電路23，其內(nèi)部連接關(guān)系如下R41 R43、穩(wěn)壓管36、Cl5組成ー穩(wěn)壓電路，輸出作為過壓保護(hù)電路參考電壓值。R41 —端接VDDl，另一端接R42、穩(wěn)壓管36的I腳、C15，C15另一端與穩(wěn)壓管36的6腳及R43連接至AGND，R43另一端與R42另一端、穩(wěn)壓管36的2腳連接，穩(wěn)壓管36的I腳輸出為參考電壓VREF，R44接VREF，另一端接2號(hào)比較器37的3腳、C16，R45 一端接直接電壓VBUSl，另一端接C17、C16的另一端、比較器37的2腳，C17的另一端接AGND,比較器37的I腳、R46、D9陰極、R47連接，R47另一端與C18連接輸出為過壓保護(hù)信號(hào)DC0V，DC0V連接至與門38的I腳、2腳，ERR與R50、R51連接，R51的另一端連接與門38的8腳、C19連接，與門38的9腳R48連接，R49、C20連接構(gòu)成阻容濾波與R48的另一端連接輸出至DSP的XINTl腳，R49的另一端、C19另一端、C20另一端連接至GND。如圖9所示，所述IO接ロ電路20，其內(nèi)部連接關(guān)系如下L1 一端接四號(hào)端子39的2腳，另一端與R52連接，R52另一端與C21、D10陰極、光電耦合器40的I腳連接，光電耦合器40的2腳與DlO陽極、C21另一端、四號(hào)端子39的I腳連接至GNDl，光電耦合器40的3腳接GND，光電耦合器40的4腳接R53、R54，R54另一端與R55、D12陰極、Dll陽極、C22連接至DSP的QT ロ，R55的另一端、D12陽極、C22另一端接GND，D11陰極接3. 3V。如圖10所示，所述預(yù)充電控制電路21，其內(nèi)部連接關(guān)系如下大電流驅(qū)動(dòng)器41的I腳、2腳接DSP的RLYDRV ロ，大電流驅(qū)動(dòng)器41的3腳與D13的陽極連接至五號(hào)端子43的3腳，D13陰極與VCC連接至五號(hào)端子43的I腳，五號(hào)端子43的2腳與R58、R56連接，R58另一端與穩(wěn)壓管ZDl陰極、C23、R57連接，R57另一端與R59、三極管42的基極連接，R59的另一端與C23另一端、R56另一端、ZDl陽極、三極管發(fā)射級(jí)連接至GND，三極管集電極與R60、R61連接，R60另一端與D15陰極、D14陽極連接至DSP的RLYFBK ロ，D15陽極接GND，D14陰極接3. 3V，R61另一端接3. 3V。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
⑴采用SVPWM整流器，直流電壓穩(wěn)定、功率因數(shù)高、電流失真度小、對(duì)電網(wǎng)污染小，且能量可雙向流動(dòng)。

( ii ) AC/DC裝置前端加裝隔離變壓器，可有效抑制后級(jí)逆變器與PWM整流器的高頻開關(guān)量對(duì)整個(gè)電網(wǎng)地線干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。(iii)裝置中充電電阻的設(shè)置，可以有效避免裝置初始上電，電網(wǎng)瞬時(shí)突變對(duì)功率器件的瞬時(shí)沖擊破壞，使功率器件的兩端電壓緩慢増加。
權(quán)利要求
1.一種中頻變頻器的交直流變換裝置，包括主開關(guān)(I)、隔離變壓器(2)、充電電阻(3 )、短接接觸器(4 )、SVPWM整流器(5 )、控制板(6 )和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板(7 )，其特征在于三相交流電網(wǎng)通過主開關(guān)(I)與隔離變壓器(2)的一次側(cè)連接，隔離變壓器(2)的二次側(cè)接充電電阻(3 )和控制板(6 )，充電電阻(3 )與短接接觸器(4)并聯(lián)，充電電阻(3)的另一端接SVPWM整流器(5)的輸入端，SVPWM整流器(5)的輸出端反饋至控制板(6)，控制板(6)發(fā)出六路PWM脈沖，通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板(7)驅(qū)動(dòng)SVPWM整流器(5)中的智能功率模塊(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中頻變頻器的交直流變換裝置，其特征在于所述SVPWM整流器(5)包括在隔離變壓器(2)二次側(cè)A、B相上分別串入電流傳感器(12)，隔離變壓器(2)二次側(cè)連接電抗器(9)，電抗器(9)的另一端分別接到智能功率模塊(10)的中點(diǎn)，三組智能功率模塊(10)的頂端并聯(lián)到一起接直流電解電容(11)的正端，三組智能功率模塊(10)的底端并到一起接直流電解電容(11)的負(fù)端，三組智能模塊(10)各并聯(lián)ー組薄膜吸收電容(14)，隔離變壓器(2) 二次側(cè)A相與中線N的中間連接A相電壓傳感器(13)，三相交流濾波電容(8)分別接隔離變壓器(2)的二次側(cè)，另一端連接一起組成星型連接，交流濾波電容(8)與電抗器(9)及前級(jí)隔離變壓器(2)形成ー個(gè)T型濾波器，構(gòu)成ー個(gè)電網(wǎng)濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中頻變頻器的交直流變換裝置，其特征在于所述的控制板(6)包括電源模塊(15)、數(shù)字信號(hào)處理器(16)、直流電壓采集電路(17)、硬件鎖相環(huán)電路(18),電壓過零檢測電路(19)、IO接ロ電路(20)、預(yù)充電控制電路(21)、PWM驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換電路(22)、故障檢測電路(23)和電流變換電路(24)，其中電源模塊(15)向控制板(6)提供電源，其余電路分別與數(shù)字信號(hào)處理器(16)連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中頻變頻器的交直流變換裝置,包括主開關(guān)、隔離變壓器、充電電阻、短接接觸器、SVPWM整流器、控制板和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板。三相交流電網(wǎng)通過主開關(guān)與隔離變壓器的一次側(cè)連接，隔離變壓器的二次側(cè)接充電電阻和控制板，充電電阻與短接接觸器并聯(lián)。充電電阻的另一端接SVPWM整流器的輸入端，SVPWM整流器的輸出端反饋至控制板，控制板發(fā)出六路PWM脈沖，通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)接板驅(qū)動(dòng)SVPWM整流器中的功率開關(guān)管。本發(fā)明輸出直流電壓穩(wěn)定、功率因數(shù)高、電流失真度小、對(duì)電網(wǎng)污染小，且能量可雙向流動(dòng)。
文檔編號(hào)H02M7/12GK102832833SQ20121035748
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者趙武玲, 王偉強(qiáng), 于民東, 李玉賓, 彭樹文, 宋濤 申請(qǐng)人:核工業(yè)理化工程研究院