一種交流斬波調(diào)壓器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種交流斬波調(diào)壓器，包括依次連接的交流電源、輸入LC濾波電路、調(diào)壓主電路、輸出濾波電路、串聯(lián)變壓器、電壓電流采集電路、STM32控制器、邏輯電路和IGBT驅(qū)動電路，以及依次連接在所述交流電源和IGBT驅(qū)動電路之間的同步信號檢測電路；所述IGBT驅(qū)動電路與調(diào)壓主電路相連。本實用新型所述交流斬波調(diào)壓器，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中功率因數(shù)小、諧波含量高和對電網(wǎng)噪聲污染嚴(yán)重等缺陷，以實現(xiàn)功率因數(shù)大、諧波含量低和對電網(wǎng)噪聲污染小的優(yōu)點。
【專利說明】一種交流斬波調(diào)壓器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及調(diào)壓【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種交流斬波調(diào)壓器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國某些地區(qū)電網(wǎng)供電質(zhì)量較差，電網(wǎng)電壓波動范圍較大。電網(wǎng)電壓波動對敏感性負(fù)載，如計算機(jī)、通信設(shè)備等影響很大，有可能導(dǎo)致這些系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)丟失、通信中斷等嚴(yán)重后果。因此，調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓對敏感性負(fù)載的正常運(yùn)行是很重要的。目前，工頻交流調(diào)壓器在工業(yè)加熱、照明控制、感應(yīng)電機(jī)的軟啟動、風(fēng)機(jī)和水泵的速度控制等方面得到了廣泛應(yīng)用，大多數(shù)采用的是傳統(tǒng)的相控式交流調(diào)壓器，采用的開關(guān)器件為晶閘管。它們的優(yōu)點是控制電路簡單、功率容量大。
[0003]雙向可控硅交流調(diào)壓是近代工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要組成部份，在冶金、化工、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸?shù)雀鞣矫娑嫉玫綇V泛的應(yīng)用。雙向可控硅交流調(diào)壓的基本原理是利用可控硅通斷改變交流電壓的非正弦度實現(xiàn)交流調(diào)壓，這種雙向可控硅交流調(diào)壓的缺點是向電網(wǎng)輸送高次諧波和無功功率，破壞電網(wǎng)品質(zhì)，增加電力設(shè)備損耗和線路損耗，成為電網(wǎng)系統(tǒng)重要的污染源。
[0004]傳統(tǒng)的調(diào)壓方式以晶閘管作為開關(guān)器件，利用相控技術(shù)得以實現(xiàn)，這種調(diào)壓方式存在功率因數(shù)小，諧波含量高，對電網(wǎng)的噪聲污染嚴(yán)重的缺點。鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，因此，研制一種實現(xiàn)功率因數(shù)大、諧波含量低和對電網(wǎng)噪聲污染小的設(shè)備，已成為急需解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種交流斬波調(diào)壓器，以實現(xiàn)功率因數(shù)大、諧波含量低和對電網(wǎng)噪聲污染小的優(yōu)點。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種交流斬波調(diào)壓器，包括依次連接的交流電源、輸入LC濾波電路、調(diào)壓主電路、輸出濾波電路、串聯(lián)變壓器、電壓電流采集電路、STM32處理器、邏輯電路和IGBT驅(qū)動電路，以及連接在交流電源和IGBT驅(qū)動電路之間的同步信號檢測電路，所述IGBT驅(qū)動電路與調(diào)壓主電路相連，其特征在于:
[0008]所述調(diào)壓主電路，包括用于周期性的將高頻濾波交流電與負(fù)載連接的主開關(guān)管VTl和VT3，用于主開關(guān)管關(guān)斷時電感的續(xù)流環(huán)節(jié)的開關(guān)管VT2和VT4，以及二極管VDl至VD4 ；
[0009]所述開關(guān)管VTl的漏極和VT3的源極，分別接高頻濾波電感LI第二接線端和濾波電容Cl第一接線端，還分別連接二極管VDl的陰極和二極管VD3陽極；
[0010]所述開關(guān)管VTl的源極和VT2的柵極，分別接二極管VDl的陽極和VD2的陰極，還分別連接續(xù)流電感L2第一接線端；
[0011]所述開關(guān)管VT3的漏極和VT4的源極，分別接二極管VD3的陰極和VD4的陽極，還分別接續(xù)流電感L3 —端；
[0012]所述開關(guān)管VT1、VT2、VT3和VT4的柵極，均為控制端；
[0013]所述輔助開關(guān)管VT2的源極和VT4的漏極，分別接二極管VD2的陽極和VD4的陰極，還分別連接電容Cl、C2 —端；
[0014]所述串聯(lián)變壓器的二次側(cè)分別連接輸出濾波電容C2兩端，該串聯(lián)變壓器的一次側(cè)的一端接LI第二接線端，另一端接負(fù)載的一端。
[0015]優(yōu)選的，所述STM32處理器的型號為STM32F103xB。
[0016]優(yōu)選的，所述電壓電流采集電路，包括電壓霍爾器件和電流霍爾器件。
[0017]優(yōu)選的，所述邏輯電路，包括依次連接在電壓電流采集電路和STM32處理器之間的PWM信號邏輯分配電路。
[0018]本實用新型中所提出的交流斬波調(diào)壓器，至少可以達(dá)到以下有益效果:
[0019]I)利用專家PID控制方案，使得電壓瞬時值外環(huán)在很大程度上改善了波形質(zhì)量；電流內(nèi)環(huán)加大了逆變器控制系統(tǒng)的帶寬，使得逆變器動態(tài)響應(yīng)加快，輸出電壓諧波含量減小，非線性負(fù)載適應(yīng)能力加強(qiáng)；
[0020]2)調(diào)壓主電路采用交流斬波技術(shù)，利用SPWM進(jìn)行調(diào)制，使該中小功率三相交流斬波調(diào)壓器的調(diào)壓范圍變廣，輸出電壓電流易于正弦化；
[0021]3) DSP主控器的高速運(yùn)算能力和豐富的片內(nèi)外設(shè)資源，使該中小功率三相交流斬波調(diào)壓器具有很好的實時性和穩(wěn)定性；在中小功率交流調(diào)壓(如電動機(jī)的調(diào)速控制，高壓靜電除塵裝置以及調(diào)光電路的控制)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
[0022]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0024]圖1為交流斬波調(diào)壓器的工作原理示意圖；
[0025]圖2為交流斬波調(diào)壓器中調(diào)壓主電路的電路原理示意圖。

【具體實施方式】
[0026]針對傳統(tǒng)調(diào)壓方式所存在的缺點，根據(jù)本實用新型實施例，如圖1和圖2所示，提供了一種交流斬波調(diào)壓器。該交流斬波調(diào)壓器，以IGBT作為開關(guān)器件，PI控制和前饋控制方案，通過正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)，并輔以STM32芯片控制，實現(xiàn)交流斬波調(diào)壓；該交流斬波調(diào)壓器，具有動態(tài)響應(yīng)快，調(diào)壓范圍廣，輸入輸出電壓易于正弦化等優(yōu)點，解決了傳統(tǒng)的調(diào)壓方式的缺點。
[0027]參見圖1和圖2，本實施例的交流斬波調(diào)壓器，包括依次連接的交流電源、調(diào)壓主電路、輸入LC濾波電路、電壓電流采集電路、邏輯電路、STM32處理器和IGBT驅(qū)動電路，以及依次連接在交流電源和IGBT驅(qū)動電路之間的同步信號檢測電路；IGBT驅(qū)動電路與調(diào)壓主電路相連。在STM32主控器和IGBT驅(qū)動電路之間，還連接有邏輯電路。
[0028]串聯(lián)變壓器一次側(cè)并聯(lián)在交流斬波電路的輸出端，二次側(cè)串聯(lián)在電路的主功率通道中。通過調(diào)節(jié)交流斬波電路的輸出電壓的幅值和相位，可實現(xiàn)負(fù)載電壓的調(diào)節(jié)，同時還可以達(dá)到無功功率補(bǔ)償?shù)男Ч?br> [0029]具體地，上述調(diào)壓主電路，調(diào)壓主電路，包括用于周期性的將高頻濾波交流電與負(fù)載連接的主開關(guān)管VTl和VT3，用于主開關(guān)管關(guān)斷時電感的續(xù)流環(huán)節(jié)的開關(guān)管VT2和VT4，以及二極管VDl至VD4。開關(guān)管VTl的漏極和VT3的源極，分別接高頻濾波電感LI和濾波電容Cl，還分別接二極管VDl的陰極、二極管VD3陽極；所述開關(guān)管VTl的源極和VT2的柵極，分別接二極管VDl的陽極和VD2的陰極，還分別接續(xù)流電感L2—端；所述開關(guān)管VT3的漏極和VT4的源極，分別接二極管VD3的陰極和VD4的陽極，還分別接續(xù)流電感L3 —端；所述開關(guān)管VT1、VT2、VT3和VT4的柵極，均為控制端；所述輔助開關(guān)管VT2源極和VT4的漏極，分別接二極管VD2的陽極和VD4的陰極，分別接電容Cl、C2 —端。
[0030]上述STM32處理器的型號為STM32F103xB。輸入LC濾波電路，包括LC濾波電路。電壓電流采集模塊，包括電壓霍爾器件和電流霍爾器件。邏輯電路，包括依次連接在電壓電流采集模塊和STM32處理器之間的PWM信號邏輯分配電路。
[0031]上述實施例的實施例的交流斬波調(diào)壓器，調(diào)壓主電路(即交流斬波調(diào)壓主電路)以IGBT作為開關(guān)器件，采用并聯(lián)型Buck斬波調(diào)壓，通過對輸出電壓電流進(jìn)行實時采樣經(jīng)過濾波、放大處理后，送入STM32處理器STM32F103xB的ADC模塊(即A/D模塊);采用PI控制和前饋控制算法，對采樣結(jié)果對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行計算，得到該輸出電壓對應(yīng)的輸出控制量；用查表的方法，實時更新CMPRx的值，再利用規(guī)則采樣法生成該輸出控制量電壓所對應(yīng)的SPWM波形；STM32處理器向開關(guān)管IGBT驅(qū)動電路提供SPWM觸發(fā)脈沖，控制IGBT的開通和關(guān)斷時間，完成對主電路的斬波調(diào)壓，主電路的斬波調(diào)壓通過串聯(lián)變壓器，連接到負(fù)載，從而達(dá)到調(diào)壓目標(biāo)。
[0032]交流斬波調(diào)壓主電路，在一個完整的周期內(nèi)，該調(diào)壓主電路能完成負(fù)載工作模式、電感續(xù)流模式；調(diào)壓主電路通以交流電，主開關(guān)管VT1、VT3周期性的將交流電與負(fù)載連接；輔助開關(guān)管VT2、VT4，用于主開關(guān)管關(guān)斷時負(fù)載電感的續(xù)流環(huán)節(jié)。
[0033]本實用新型的保護(hù)范圍并不限于上述的實施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本實用新型的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本實用新型的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種交流斬波調(diào)壓器，包括依次連接的交流電源、輸入LC濾波電路、調(diào)壓主電路、輸出濾波電路、串聯(lián)變壓器、電壓電流采集電路、STM32處理器、邏輯電路和IGBT驅(qū)動電路，以及連接在交流電源和IGBT驅(qū)動電路之間的同步信號檢測電路，所述IGBT驅(qū)動電路與調(diào)壓主電路相連，其特征在于: 所述調(diào)壓主電路，包括用于周期性的將高頻濾波交流電與負(fù)載連接的主開關(guān)管VTl和VT3，用于主開關(guān)管關(guān)斷時電感的續(xù)流環(huán)節(jié)的開關(guān)管VT2和VT4，以及二極管VDl至VD4 ；所述開關(guān)管VTl的漏極和VT3的源極，分別接高頻濾波電感LI第二接線端和濾波電容Cl第一接線端，還分別連接二極管VDl的陰極和二極管VD3陽極； 所述開關(guān)管VTl的源極和VT2的柵極，分別接二極管VDl的陽極和VD2的陰極，還分別連接續(xù)流電感L2第一接線端； 所述開關(guān)管VT3的漏極和VT4的源極，分別接二極管VD3的陰極和VD4的陽極，還分別接續(xù)流電感L3 —端； 所述開關(guān)管VT1、VT2、VT3和VT4的柵極，均為控制端； 所述輔助開關(guān)管VT2的源極和VT4的漏極，分別接二極管VD2的陽極和VD4的陰極，還分別連接電容Cl、C2 —端； 所述串聯(lián)變壓器的二次側(cè)分別連接輸出濾波電容C2兩端，該串聯(lián)變壓器的一次側(cè)的一端接LI第二接線端，另一端接負(fù)載的一端。
2.如權(quán)利要求1所述的交流斬波調(diào)壓器，其特征在于:所述STM32處理器的型號為STM32F103xB。
3.如權(quán)利要求1所述的交流斬波調(diào)壓器，其特征在于:所述電壓電流采集電路，包括電壓霍爾器件和電流霍爾器件。
4.如權(quán)利要求1所述的交流斬波調(diào)壓器，其特征在于:所述邏輯電路，包括依次連接在電壓電流采集電路和STM32處理器之間的PWM信號邏輯分配電路。
【文檔編號】H02M5/293GK204068719SQ201420557413
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】高鵬飛, 曾伶俐, 王歸新, 鄭帥 申請人:葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司, 三峽大學(xué)