三相程控交流電源裝置制造方法
【專利摘要】三相程控交流電源裝置，其包括：不控整流電路、逆變電路、交流LC濾波電路、被測逆變器、人機(jī)界面、隔離驅(qū)動(dòng)電路、主控單元、升壓電路、隔離反饋電路，其特征是：不控整流電路輸入市電后將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電，經(jīng)電解電容濾波后成為直流電，再連接到Boost升壓電路，通過Boost升壓電路連接到三相全橋逆變電路，再由三相全橋逆變電路輸出到交流LC濾波電路后到被測逆變器和隔離反饋電路，隔離反饋電路采用霍爾JCE-L25P電壓采樣電路和霍爾JCE25-TSNP電流采樣電路，采集的電壓和電流反饋到主控單元，由主控單元產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)通過隔離驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變電路，主控單元與人機(jī)界面連接。
【專利說明】三相程控交流電源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種三相程控交流電源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]從能源供應(yīng)的角度來考慮，太陽能無疑是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想綠色能源之一。全球能源專家們認(rèn)為，太陽能將成為本世紀(jì)最重要的能源之一。太陽能發(fā)電系統(tǒng)就成為了熱門話題，太陽能電池板，光伏逆變器等成為個(gè)企業(yè)研究的對象，當(dāng)光伏逆變器的檢測無疑也備受關(guān)注。本文就是設(shè)計(jì)一個(gè)三相程控交流電源裝置來模擬電網(wǎng)來檢測逆變器是否能達(dá)到并網(wǎng)要求。在電力設(shè)備參數(shù)的高電壓測試中，經(jīng)常需要一種在一定范圍內(nèi)電壓連續(xù)可調(diào)、波形失真小、頻率穩(wěn)定的高壓交流電源作為測量的激勵(lì)源。以前多直接采用升壓變壓器獲得高電壓，再通過繼電器改變變壓器變化實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整。因其只有有限個(gè)離散點(diǎn)，所以電壓不能連續(xù)調(diào)節(jié)。另一方面，由于輸出波形與市電波形不相同，所以失真嚴(yán)重。用它作為基準(zhǔn)激勵(lì)源，常常造成測量誤差。因此傳統(tǒng)的模擬變頻電源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代應(yīng)用的要求。另外市場上常見的程控電源還有采用模擬閉環(huán)方式來保證輸出信號(hào)的準(zhǔn)確度，即在反饋環(huán)節(jié)上通過輸出采樣、精密整流和比較積分等模擬環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，其硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積大、笨，并且由于模擬電路的溫漂、時(shí)漂的影響，難以達(dá)到較高的精度。
[0003]為此，研制出高可靠性、高穩(wěn)定性、功能豐富、操作簡單的三相程控交流電源裝置已成為亟待解決的問題，并對其它三相交流設(shè)備也有普遍的意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種三相程控交流電源裝置。解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的波形輸出失真，測量誤差多，程控反應(yīng)慢，硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積大、笨，難以達(dá)到較高的精度等問題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是三相程控交流電源裝置，其包括:不控整流電路、逆變電路、交流LC濾波電路、被測逆變器、人機(jī)界面、隔離驅(qū)動(dòng)電路、主控單元、升壓電路、隔離反饋電路，其特征是:不控整流電路輸入市電后經(jīng)電解電容連接到升壓電路，通過升壓電路連接到逆變電路，再由逆變電路輸出到交流LC濾波電路后到被測逆變器和隔離反饋電路，隔離反饋電路采集的電壓和電流反饋到主控單元，由主控單元產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)通過隔離驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變電路，主控單元與人機(jī)界面連接。
[0006]所述的不控整流電路是全橋整流電路，由四個(gè)HER108 二極管組成。
[0007]所述的升壓電路是Boost升壓電路，Boost升壓電路還連接有TL494芯片，通過TL494芯片的El與E2管腳產(chǎn)生的PWM IN信號(hào)來驅(qū)動(dòng)Boost升壓電路，Boost升壓電路選用的絕緣柵雙極型晶體管的型號(hào)為IRGB20B120UD-EP。
[0008]所述的逆變電路是三相全橋逆變電路，由六個(gè)IRGB20B120UD-EP型號(hào)的絕緣柵雙
極型晶體管組成。
[0009]所述的隔離驅(qū)動(dòng)電路是IR2235驅(qū)動(dòng)芯片。[0010]所述的隔離反饋電路是由霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆變器輸入的電流和電壓。
[0011]所述的霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P分別與兩個(gè)LM324連接，分別起阻抗變換和信號(hào)調(diào)理作用。
[0012]所述的人機(jī)界面是由128X64 IXD液晶顯示器和4X4按鍵組成。
[0013]所述的主控單元采用的芯片是TMS320F2812。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是為了使系統(tǒng)輸出的電壓幅值、頻率及其它參數(shù)的精度達(dá)到一定的精度等級(jí)，本設(shè)計(jì)在整流電路中選用快速恢復(fù)型二級(jí)管HER810產(chǎn)生所需的脈動(dòng)直流電，加上濾波電解電容產(chǎn)生直流電，通過Boost升壓電路產(chǎn)生所需逆變的直流電壓，通過三相全橋逆變電路和LC濾波電路產(chǎn)生所需的交流電。本系統(tǒng)采用霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆變器輸入的電流和電壓，從而達(dá)到雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以滿足要求，雙閉環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)是整個(gè)系統(tǒng)輸出大功率正弦信號(hào)的穩(wěn)壓精度控制的核心。人機(jī)接口模塊由128X64 IXD液晶顯示器和4X4按鍵組成，用來輸入和顯示系統(tǒng)工作的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)可視化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是三相程控交流電源裝置整體控制框圖；
[0016]圖2是二相程控交流電源裝置主電路原理圖；
[0017]圖3是升壓電路；
[0018]圖4是Boost升壓電路的霍爾JCE-L25P直流電壓采樣電路；
[0019]圖5是Boost升壓電路的驅(qū)動(dòng)電路；
[0020]圖6是隔離驅(qū)動(dòng)電路；
[0021]圖7是霍爾JCE-L25P電壓采樣電路；
[0022]圖8是霍爾JCE25-TSNP電流采樣電路。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]三相程控交流電源裝置，其包括:不控整流電路、逆變電路、交流LC濾波電路、被測逆變器、人機(jī)界面、隔離驅(qū)動(dòng)電路、主控單元、升壓電路、隔離反饋電路，其特征是:不控整流電路輸入市電后經(jīng)電解電容連接到升壓電路，通過升壓電路連接到逆變電路，再由逆變電路輸出到交流LC濾波電路后到被測逆變器和隔離反饋電路，隔離反饋電路采集的電壓和電流反饋到主控單元，由主控單元產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)通過隔離驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變電路，主控單元與人機(jī)界面連接。
[0025]三相程控交流電源裝置整體控制框圖和主電路原理圖如圖1和圖2所示。不控整流電路輸入市電后將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電，經(jīng)電解電容濾波后成為直流電，再連接到Boost升壓電路，通過Boost升壓電路連接到三相全橋逆變電路，再由三相全橋逆變電路輸出到交流LC濾波電路后到被測逆變器和隔離反饋電路，隔離反饋電路采用霍爾JCE-L25P電壓采樣電路和霍爾JCE25-TSNP電流采樣電路，采集的電壓和電流反饋到主控單元，由主控單元產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)通過隔離驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變電路，主控單元與人機(jī)界面連接。
[0026]三相程控交流電源裝置在電路設(shè)計(jì)上主要采用集成電路來完成，特別是主控芯片采用數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2812來控制。主控芯片的穩(wěn)定性好，反應(yīng)速度快，以數(shù)字方式處理信號(hào)，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的波形輸出失真，測量誤差多，程控反應(yīng)慢。由于采用大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，從而解決了硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜，體積大、笨，難以達(dá)到較高的精度等問題。
[0027]三相程控交流電源裝置設(shè)計(jì)的核心就實(shí)現(xiàn)電壓和頻率的程控，具體實(shí)施過程如下:
[0028]電壓調(diào)節(jié)
[0029]主控單元根據(jù)霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P反饋回的電壓和電流信號(hào)，需要實(shí)時(shí)計(jì)算更新主控單元產(chǎn)生的PWM波的占空比，從而控制輸出電壓幅值。
[0030]頻率調(diào)節(jié)
[0031]先設(shè)計(jì)一種由主控單元產(chǎn)生50Hz的PWM波，但是當(dāng)輸入頻率發(fā)生變化，那么主控單元應(yīng)該能夠立刻檢測到頻率的變化，并通過調(diào)頻算法改變PWM波的頻率，使之與輸入電壓同頻。設(shè)計(jì)思路:同樣根據(jù)主控單元生成PWM波機(jī)理，利用霍爾電流采樣元件JCE25-TSNP獲取逆變輸出的電流信號(hào)結(jié)合給定的電壓信號(hào)，將采樣信號(hào)送入主控單元捕獲單元，捕獲兩路信號(hào)各自上升沿相鄰兩次過零點(diǎn)時(shí)間是否相同，若不同說明兩者頻率不同步需要調(diào)整，則根據(jù)調(diào)頻算法調(diào)整PWM波的周期，達(dá)到控制電網(wǎng)電流頻率的目的。
[0032]電網(wǎng)頻率的變化主要包括兩種情況。
[0033]①電網(wǎng)頻率變大
[0034]當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，比如頻率由50Hz增加到51Hz,主控單元的捕獲單元捕捉到變化后的電網(wǎng)頻率，計(jì)時(shí)器記錄相應(yīng)的時(shí)間為1/51秒，則根據(jù)此時(shí)間調(diào)整控制PWM波的周期控制寄存器CMPR，相應(yīng)的減少周期寄存器的值，相當(dāng)于對正弦調(diào)制波進(jìn)行橫向壓縮，減小其相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔，與此同時(shí)，為了確保輸出電壓值不發(fā)生變化，同時(shí)需要調(diào)整三角波的頻率，使之與調(diào)制波保持一致，改變了輸出的PWM波，即可使其頻率跟隨電網(wǎng)電壓變化并與之同頻率。
[0035]②電網(wǎng)頻率變小
[0036]電網(wǎng)頻率變小超出并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，相應(yīng)的調(diào)整過程正好相反。相當(dāng)于對正弦調(diào)制波橫向拉伸，是相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔增大，從而使PWM波周期延長，達(dá)到控制并網(wǎng)電流頻率的目的。
[0037]實(shí)施例2
[0038]不控整流電路是全橋整流電路，由四個(gè)HER108 二極管組成。輸入市電時(shí)，當(dāng)正弦波在正半軸時(shí)二極管D3，D6導(dǎo)通，當(dāng)正弦波在負(fù)半軸時(shí)二極管D4，D5導(dǎo)通，這樣就把正弦信號(hào)變成脈動(dòng)的直流電。在通過電解電容把脈動(dòng)的直流電變成直流電。
[0039]升壓電路如圖3所示，是Boost升壓電路，通過Boost升壓電路的驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示，Boost升壓電路還連接有TL494芯片，TL494的El與E2產(chǎn)生的PWM IN信號(hào)與Boost升壓電路中型號(hào)為IRGB20B120UD-EP的絕緣柵雙極型晶體管的PWM IN管腳相連，用來驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管工作。同時(shí)Boost升壓電路的霍爾JCE-L25P直流電壓采樣電路如圖4所示，它的輸入為Boost電路中的IN+和IN-,它的輸出IIN+與Boost升壓電路的驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示中的TL494的IIN+相連，TL494中的IIN-與Boost升壓電路中的IIN-相連。
[0040]逆變電路是三相全橋逆變電路，由六個(gè)IRGB20B120UD-EP型號(hào)的絕緣柵雙極型晶體管組成。當(dāng)輸入直流電時(shí)，通過主控單元產(chǎn)生的控制信號(hào)，先是Q3、Q2導(dǎo)通，再是Q5、Q4導(dǎo)通，最后是Q1、Q6導(dǎo)通，這樣六個(gè)管子交替導(dǎo)通就可以產(chǎn)生三相交流電并且相角相差120。。
[0041]隔離驅(qū)動(dòng)電路是IR2235驅(qū)動(dòng)芯片如圖6所示，從TMS320F2812的68、69、70、71、72、75管腳發(fā)出三組互補(bǔ)的PWM波到IR2235由IR2235產(chǎn)生H01、H02、H03、L01、L02、L03三組互補(bǔ)信號(hào)到三相程控交流電源裝置主電路原理圖如圖2所示的H01、H02、H03、L01、L02、L03的六個(gè)管腳。
[0042]隔離反饋電路是由霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆變器輸入的電流和電壓，如圖7和圖8所示。霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P的輸入端連接的是三相程控交流電源裝置主電路原理圖如圖2的2IN+和2IN-用于電壓的采集，霍爾電流傳感器JCE25-TSNP的out管腳的輸出并聯(lián)一個(gè)200 Ω的電阻的作用是把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，后接第一個(gè)LM324是一個(gè)跟隨器，起到阻抗變換的作用，第二個(gè)LM324的作用是把輸入的信號(hào)調(diào)理到3.3V 一下，然后送到TMS320F2812的167管腳。霍爾電壓傳感器JCE-L25P的out管腳的輸后接第一個(gè)LM324是一個(gè)跟隨器，起到阻抗變換的作用，第二個(gè)LM324的作用是把輸入的信號(hào)調(diào)理到3.3V以下，然后送到TMS320F2812的168管腳。
[0043]人機(jī)界面是由4X4按鍵和128X64 IXD液晶顯示器構(gòu)成。
【權(quán)利要求】
1.三相程控交流電源裝置，其包括:不控整流電路、逆變電路、交流LC濾波電路、人機(jī)界面、隔離驅(qū)動(dòng)電路、主控單元、升壓電路、隔離反饋電路，其特征是:不控整流電路輸入市電后經(jīng)電解電容連接到升壓電路，通過升壓電路連接到逆變電路，再由逆變電路輸出到交流LC濾波電路后到被測逆變器和隔離反饋電路，隔離反饋電路采集的電壓和電流反饋到主控單元，由主控單元產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)通過隔離驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變電路，主控單元與人機(jī)界面連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的不控整流電路是全橋整流電路，由四個(gè)HER108 二極管組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的升壓電路是Boost升壓電路，Boost升壓電路還連接有TL494芯片，通過TL494芯片的El與E2管腳產(chǎn)生的PWM IN信號(hào)來驅(qū)動(dòng)Boost升壓電路，Boost升壓電路選用的絕緣柵雙極型晶體管的型號(hào)為IRGB20B120UD-EP。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的逆變電路是三相全橋逆變電路，由六個(gè)IRGB20B120UD-EP型號(hào)的絕緣柵雙極型晶體管組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的隔離驅(qū)動(dòng)電路是IR2235驅(qū)動(dòng)芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的隔離反饋電路是由霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆變器輸入的電流和電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的霍爾傳感器JCE25-TSNP和JCE-L25P分別與兩個(gè)LM324連接，分別起阻抗變換和信號(hào)調(diào)理作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的人機(jī)界面是由128X64 IXD液晶顯示器和4X4按鍵組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相程控交流電源裝置，其特征是:所述的主控單元采用的芯片是 TMS320F2812。
【文檔編號(hào)】H02M5/458GK203722483SQ201320837174
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】李曉飛, 王方 申請人:西安科技大學(xué)高新學(xué)院