專(zhuān)利名稱(chēng)：一種正弦波大電流的產(chǎn)生方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正弦波大電流的產(chǎn)生方法及裝置，特別涉及電工測(cè)試儀器用的正
弦波大電流的產(chǎn)生方法與裝置。
背景技術(shù)：
在電工測(cè)量中，常常需要正弦波的大電流信號(hào)，例如在電流互感器的性能檢測(cè)、電 網(wǎng)綜合保護(hù)器及電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器的性能檢測(cè)中就要使用正弦波的大電流的信號(hào)；電流值 大到上萬(wàn)安培。 國(guó)內(nèi)有很多廠(chǎng)家生產(chǎn)大電流發(fā)生器，產(chǎn)生可控正弦大電流的原理是用調(diào)壓器去控
制基于變壓器原理的升流器，即交流電源經(jīng)過(guò)調(diào)壓器和升流器后產(chǎn)生正弦波的大電流的信
號(hào)；這樣大電流發(fā)生器普遍存在以下缺點(diǎn) 1、國(guó)內(nèi)的正弦波大電流發(fā)生器的體積大， 2、其原理是手動(dòng)控制調(diào)壓器的輸出，改變升流器的輸入電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流控制
的，工作原理較落后，大電流的控制是通過(guò)手工調(diào)整調(diào)壓器供給升流器的電源實(shí)現(xiàn)的。。 3、特別是國(guó)產(chǎn)大電流發(fā)生器輸出的電流會(huì)隨負(fù)載發(fā)生變化，沒(méi)有穩(wěn)定電流功能；
穩(wěn)定的輸出電流是必須的，因?yàn)榇箅娏飨仑?fù)載會(huì)很快發(fā)熱，其電阻值迅速增大，如無(wú)穩(wěn)定輸
出電流功能，是不可能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量的，用國(guó)產(chǎn)大電流發(fā)生器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)過(guò)程中為穩(wěn)
定測(cè)試信號(hào)，只能手工調(diào)節(jié)輸出電流的大小，很不穩(wěn)定，很不準(zhǔn)確。 4、正弦波大電流的波形失真度大。 5、無(wú)正弦波大電流輸出時(shí)間控制功能，保護(hù)方面只是用熱繼電器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的過(guò)載 保護(hù)。 有鑒于測(cè)試時(shí)需要大電流發(fā)生器輸出的大電流測(cè)試信號(hào)的電流值應(yīng)穩(wěn)定，波形應(yīng) 為正弦波，波形失真度小等，同時(shí)也需要大電流發(fā)生器體積小便于攜帶，促使本發(fā)明人研發(fā) 一種新的大電流發(fā)生方法及發(fā)生裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種正弦波大電流的發(fā)生方法，通過(guò)該方法能夠產(chǎn)生電流
值穩(wěn)定，波形為正弦波，波形失真度小的大電流。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種正弦波大電流的發(fā)生裝置，該裝置不僅體積小，
而且能夠產(chǎn)生電流值穩(wěn)定，波形為正弦波，波形失真度小的大電流。 本發(fā)明的正弦波大電流的通過(guò)以下方法發(fā)生 第一步前反饋檢測(cè)，先通過(guò)與單片機(jī)相聯(lián)的前反饋檢測(cè)電路對(duì)交變電源進(jìn)行檢 測(cè)，檢測(cè)輸入的交流電源是否發(fā)生電源波形畸變，單片機(jī)將檢測(cè)的值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，按偏差 控制與單片機(jī)相聯(lián)的電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間； 第二步斬波，通過(guò)單片機(jī)控制電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間，將交流電源斬波成一串 間隔的具有一定寬度高度不一致的脈沖；
第三步升流，將斬波后串脈沖輸入原方線(xiàn)圈匝數(shù)大于付方線(xiàn)圈匝數(shù)的高頻升流器 進(jìn)行高頻升流； 第四步高頻濾波，將高頻升流的電流通過(guò)濾波器進(jìn)行濾波，產(chǎn)生與原交流電源頻 率一致的大電流； 第五步后反饋，通過(guò)與單片機(jī)相聯(lián)的后反饋檢測(cè)電路對(duì)輸出的大電流進(jìn)行檢測(cè)， 輸出的大電流是否因負(fù)載原因引起電流下降，單片機(jī)將檢測(cè)的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值比較，按偏差 控制電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間以調(diào)整相應(yīng)的串脈沖的寬度。 —種正弦波大電流的發(fā)生裝置包括單片機(jī)，至少一個(gè)前反饋檢測(cè)電路、至少一個(gè)
電子開(kāi)關(guān)電路、至少一個(gè)高頻升流器、至少一個(gè)濾波器、至少一個(gè)后反饋檢測(cè)電路；所述的
前反饋檢測(cè)電路與單片機(jī)相聯(lián)，用于檢測(cè)輸入的交流電源的電源波形，并將檢測(cè)結(jié)果傳輸
到單片機(jī)；所述的電子開(kāi)關(guān)電路與單片機(jī)相聯(lián)，受單片機(jī)控制開(kāi)閉，將檢測(cè)后的交流電源斬
截成一串間隔的具有一定寬度高度不一致的脈沖；所述的高頻升流器由原方線(xiàn)圈匝數(shù)大于
付方線(xiàn)圈匝數(shù)的降壓器構(gòu)成，用于將串脈沖高頻升流；所述的濾波器用于高頻升流后的大
電流還原成與原交流電源頻率一致的大電流；所述的反饋檢測(cè)電路與單片機(jī)相聯(lián)，用于檢
測(cè)輸出的大電流是否因負(fù)載原因引起電流下降，并將檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)；所述的單片
機(jī)分別將前反饋的值和后反饋的值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，按偏差控制電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間
以調(diào)整相應(yīng)的串脈沖的寬度。 上述的單片機(jī)與上位機(jī)相聯(lián)。 上述的前反饋檢測(cè)電路包括電流互感器和A/D轉(zhuǎn)換器。 上述的電子開(kāi)關(guān)電路包括開(kāi)關(guān)控制電路、驅(qū)動(dòng)隔離電路、電子開(kāi)關(guān)。 上述的濾波器是由電感與電容組成的低通濾波器。 上述的后反饋檢測(cè)電路包括電流互感器和A/D轉(zhuǎn)換器。 上述的前反饋檢測(cè)電路、電子開(kāi)關(guān)、高頻升流器、濾波器、后反饋檢測(cè)電路組成一 個(gè)功能模塊，所述的功能模塊數(shù)量為1 20個(gè)。
上述的高頻升流器的鐵芯采用鐵氧體 上述的高頻升流器的付方線(xiàn)圈由多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線(xiàn)編織成。 本發(fā)明產(chǎn)生大電流的方法和裝置主要將連續(xù)的一個(gè)周期交變電源斬成一串?dāng)嗬m(xù) 間隔的高度不一致的脈沖，如果在一個(gè)交變周期內(nèi)就產(chǎn)生了N個(gè)脈沖，相當(dāng)于加于高頻升 流器原方線(xiàn)圈的電源頻率增大了 N倍，在U不變情況下，頻率升高，升流器的原方線(xiàn)圈匝數(shù) 將減小，付方線(xiàn)圈匝數(shù)也相應(yīng)減少，銅耗也下降了，發(fā)熱減小了，輸出電流可以更大，并且由 單片機(jī)將前反饋的值和后反饋的值與其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值比較，按偏差控制電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉時(shí) 間以調(diào)整相應(yīng)的串脈沖的寬度，使輸出的大電流值穩(wěn)定。


圖1是本發(fā)明技術(shù)方案原理總體結(jié)構(gòu)圖； 圖2是原交變電源波形與斬波后的交變電源波形比較圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中電子開(kāi)關(guān)電路與高頻濾波聯(lián)接框圖； 圖4是發(fā)生畸變的交變電源、斬波后的交變電源波形與修正后的交變電源波形對(duì) 比較 圖5是本發(fā)明的功能模塊并聯(lián)示意圖。 以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一種正弦波大電流的發(fā)生裝置的原理總體結(jié)構(gòu)如圖1示包括單片機(jī)1， 至少一個(gè)前反饋檢測(cè)電路2、至少一個(gè)電子開(kāi)關(guān)電路3、至少一個(gè)高頻升流器4、至少一個(gè)濾 波器5、至少一個(gè)后反饋檢測(cè)電路6 ;所述的前反饋檢測(cè)電路2與單片機(jī)1相聯(lián)，前反饋檢測(cè) 電路2包括電流互感器21和A/D轉(zhuǎn)換器22，電流互感器21感應(yīng)原交變電源，A/D轉(zhuǎn)換器22 將電流互感器21感應(yīng)電源值轉(zhuǎn)變成單片機(jī)1能夠接收的信號(hào)值；如圖電子開(kāi)關(guān)電路3包 括開(kāi)關(guān)控制電路、驅(qū)動(dòng)隔離電路、電子開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)控制電路用于接收單片機(jī)1發(fā)出的控制信 號(hào)、并將控制信號(hào)處理成驅(qū)動(dòng)隔離電路能夠接收的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)隔離電路是一個(gè)光電藕合器， 一方面隔離電子開(kāi)關(guān)上交變電源，避免交變電源傳遞到開(kāi)關(guān)控制電路和單片機(jī)l，保護(hù)開(kāi)關(guān) 控制電路和單片機(jī)1不致燒壞；電子開(kāi)關(guān)采用絕緣柵雙極型晶體管。 高頻升流器4實(shí)質(zhì)是一個(gè)原方線(xiàn)圖匝數(shù)大于付方線(xiàn)圈匝數(shù)的降壓器；濾波器5是 由電感與電容組成的低通濾波器，它將高頻升流器輸出中的高頻濾掉，最終實(shí)現(xiàn)與交流電 源同頻率的正弦波大電流輸出的；后反饋檢測(cè)電路6包括電流互感器61和A/D轉(zhuǎn)換器62， 電流互感器61感應(yīng)輸出的大電流值，A/D轉(zhuǎn)換器22將電流互感器61感應(yīng)電流值轉(zhuǎn)變成單 片機(jī)1能夠接收的信號(hào)值；單片機(jī)1分別與前反饋檢測(cè)電路2、電子開(kāi)關(guān)電路3、后反饋檢測(cè) 電路6相聯(lián)。 本技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)大電流的方法原理如下首先將交變電源U(50Hz)，經(jīng)電子開(kāi)關(guān) 電路3斬波變?yōu)轭l率較高的交變電源U' (5-20KHz其他需要設(shè)定的頻率)簡(jiǎn)稱(chēng)U'為斬波， 斬波的電子開(kāi)關(guān)電路示意如圖3所示，圖中的Ql和Q2是大功率的絕緣柵雙極型晶體管 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，在Ql接通Q2斷開(kāi)時(shí)，交變電源U'加到了高 頻升流器4的原方；在Q2接通Ql斷開(kāi)時(shí)，高頻升流器4兩端所加電壓為零故得到交變電源 U'的斬波，斬波前后之波形示意如圖2所示，一個(gè)完正交變電源U的正弦波被斬截成一串間 隔的具有一定寬度高度不一致的脈沖，這樣就將連續(xù)的一個(gè)周期交變電源U斬成一串?dāng)嗬m(xù) 的高度不一致的脈沖，如果在一個(gè)交變周期內(nèi)就產(chǎn)生了 N個(gè)脈沖，相當(dāng)于加于高頻升流器4 原方的電源頻率增大了 N倍，根據(jù)加在變壓器原方的電壓與線(xiàn)圈匝數(shù)和電源頻率有以下關(guān) 系 U = 4。 44fw小 在U不變情況下，頻率升高，高頻升流器4的原方線(xiàn)圈匝數(shù)將減小，例如加于高頻 升流器4的電源頻率升高100倍，理想情況下原方線(xiàn)圈匝數(shù)可以減小100倍，高頻升流器4 實(shí)際是一個(gè)降壓變壓器，變壓器原方線(xiàn)圈匝數(shù)多，付方線(xiàn)圈匝數(shù)少，按變壓器原理原付方的 的電壓與電流是反比例的。
艮卩U1/U2 = 12/11 因此如果U1 = 220V， U2 = 2. 2V，則在II = 100A時(shí)12 = 10000A，輸出電流可以 大幅度增大。高頻升流器4的原方線(xiàn)圈匝數(shù)減少，付方線(xiàn)圈匝數(shù)也相應(yīng)減少，銅耗也下降 了，發(fā)熱減小了，輸出電流可以更大，進(jìn)一步采用鐵氧體做鐵芯，可使鐵芯中有較高的磁通 小，可以進(jìn)一步減小高頻升流器4付方線(xiàn)圈匝數(shù)，付方線(xiàn)圈匝數(shù)一般取為一匝，這樣高頻升流器4的體積可以大大縮小，此外付方線(xiàn)圈還可以使用由多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線(xiàn)繞成解決高 頻引起的集膚效應(yīng)與渦流發(fā)熱。 本方案還要求輸出電流要穩(wěn)定，但在輸出大電流時(shí)，由于負(fù)載的發(fā)熱，負(fù)載阻抗增 大會(huì)使輸出電流下降，因此本方案采用前反饋與后反饋結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，如所圖1示前反 饋電路2的作用是檢測(cè)輸入的交流電源的電源波形，并將檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)1 ;單片機(jī) l將檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)正弦波(單片機(jī)l內(nèi)存儲(chǔ)的正弦波數(shù)椐)比較，發(fā)現(xiàn)電源波形畸變時(shí)，按 偏差El修改個(gè)別脈沖的寬度A，從如改善正弦輸出的波形，如圖4所示，電源波形已非正弦 波，但經(jīng)過(guò)控制個(gè)別脈沖的寬度，輸出電流的波形得到了改進(jìn)。 后反饋電路6的作用是檢測(cè)輸出的大電流是否因負(fù)載原因引起電流下降，并將檢 測(cè)結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)l，單片機(jī)l將檢測(cè)值與設(shè)定輸出的電流(單片機(jī)l內(nèi)存儲(chǔ)的設(shè)定輸出 的電流數(shù)椐)比較，發(fā)現(xiàn)輸出電流下降時(shí)，按偏差修改相應(yīng)脈沖的寬度A，從而改變大電流 輸出。 本方案采用高頻濾波5將高頻升流器4輸出中的高頻去掉，最終實(shí)現(xiàn)與交流電源 同頻率的正弦波大電流輸出，高頻升流器4輸出中的主要含有與斬波同頻的高頻，還含有 其他更高次的諧波，這些諧波都是應(yīng)該去掉的。因?yàn)槭菙夭ㄒ氲母哳l頻率較高，用較小的 電感和電容就能做到濾波。 本方案可以采用模塊組合方法實(shí)現(xiàn)更大的電流輸出，如一個(gè)單片機(jī)1、一個(gè)反饋檢 測(cè)電路、一個(gè)電子開(kāi)關(guān)電路3、一個(gè)高頻升流器4、一個(gè)濾波器5、一個(gè)后反饋檢測(cè)電路6共 同組成一個(gè)功能模塊，如果一個(gè)?？燧敵鲭娏鞑粔蚓桶葱枰黾幽K數(shù)量，如圖5的所示， 連接時(shí)注意每個(gè)模塊輸出的極性，將各模塊輸出并連在一起就能增大輸出電流，如每個(gè)模 塊輸出1000A，那么塊數(shù)量可以是1個(gè)、4個(gè)、10個(gè)或20個(gè)，甚至更多，輸出的電流就相應(yīng)是 1000A、4000A、10000A、20000A等，由于每個(gè)模塊，可以單獨(dú)使用又自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)流功能，因 此可將它們組合實(shí)現(xiàn)更大的輸出電流。 本方案單片機(jī)1可以通過(guò)RS485與上位計(jì)算機(jī)相聯(lián)，由上位計(jì)算機(jī)設(shè)定每個(gè)模塊
的輸出電流的設(shè)定值，此設(shè)定值可以是小于或等于模塊額定值的任意值，多個(gè)模塊組合就
能實(shí)現(xiàn)任意大的電流輸出。 本方案的特點(diǎn)是 開(kāi)關(guān)數(shù)量少，電路拓樸簡(jiǎn)單。 用電子開(kāi)關(guān)技術(shù)直接對(duì)交流電源進(jìn)行斬波，實(shí)現(xiàn)了正弦波大電流高頻化。
用高頻升流減小了大電流發(fā)生器體積。 用前饋與反饋的控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度解決了電流輸出的穩(wěn)定及波形失真 問(wèn)題。用上位計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)多個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)更大電流的輸出。
權(quán)利要求
一種正弦波大電流的產(chǎn)生方法，其特征在于第一步前反饋檢測(cè)，先通過(guò)與單片機(jī)相聯(lián)的前反饋檢測(cè)電路對(duì)交變電源進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)輸入的交流電源是否發(fā)生電源波形畸變，單片機(jī)將檢測(cè)的值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，按偏差控制與單片機(jī)相聯(lián)的電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間；第二步斬波，通過(guò)單片機(jī)控制電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間，將交流電源斬波成一串間隔的具有一定寬度高度不一致的脈沖；第三步升流，將斬波后串脈沖輸入原方線(xiàn)圈匝數(shù)大于付方線(xiàn)圈匝數(shù)的高頻升流器進(jìn)行高頻升流；第四步高頻濾波，將高頻升流的電流通過(guò)濾波器進(jìn)行濾波，產(chǎn)生與原交流電源頻率一致的大電流；第五步后反饋，通過(guò)與單片機(jī)相聯(lián)的后反饋檢測(cè)電路對(duì)輸出的大電流進(jìn)行檢測(cè)，輸出的大電流是否因負(fù)載原因引起電流下降，單片機(jī)將檢測(cè)的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值比較，按偏差控制電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間以調(diào)整相應(yīng)的串脈沖的寬度。
2. —種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置，其特征在于包括單片機(jī)，至少一個(gè)前反饋檢測(cè)電 路、至少一個(gè)電子開(kāi)關(guān)電路、至少一個(gè)高頻升流器、至少一個(gè)濾波器、至少一個(gè)后反饋檢測(cè) 電路；所述的前反饋檢測(cè)電路與單片機(jī)相聯(lián)，用于檢測(cè)輸入的交流電源的電源波形，并將檢 測(cè)結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)；所述的電子開(kāi)關(guān)電路與單片機(jī)相聯(lián)，受單片機(jī)控制開(kāi)閉，將檢測(cè)后的 交流電源斬截成一串間隔的具有一定寬度高度不一致的脈沖；所述的高頻升流器由原方線(xiàn) 圈匝數(shù)大于付方線(xiàn)圈匝數(shù)的降壓器構(gòu)成，用于將串脈沖高頻升流；所述的濾波器用于高頻 升流后的大電流還原成與原交流電源頻率一致的大電流；所述的反饋檢測(cè)電路與單片機(jī)相 聯(lián)，用于檢測(cè)輸出的大電流是否因負(fù)載原因引起電流下降，并將檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)；所 述的單片機(jī)分別將前反饋的值和后反饋的值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，按偏差控制電子開(kāi)關(guān)電路的 開(kāi)閉時(shí)間以調(diào)整相應(yīng)的串脈沖的寬度。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置 上位機(jī)相聯(lián)。
4. 如權(quán)利要求2所述的一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置 測(cè)電路包括電流互感器和A/D轉(zhuǎn)換器。
5. 如權(quán)利要求2所述的一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置 電路包括開(kāi)關(guān)控制電路、驅(qū)動(dòng)隔離電路、電子開(kāi)關(guān)。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置 由電感與電容組成的低通濾波器。
7. 如權(quán)利要求2所述的一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置 測(cè)電路包括電流互感器和A/D轉(zhuǎn)換器。
8. 如權(quán)利要求2所述一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的前反饋檢測(cè) 電路、電子開(kāi)關(guān)、高頻升流器、濾波器、后反饋檢測(cè)電路組成一個(gè)功能模塊，所述的功能模塊 數(shù)量為1 20個(gè)。
9. 如權(quán)利要求2所述一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的高頻升流器 的鐵芯采用鐵氧體
10. 如權(quán)利要求2所述一種正弦波大電流的產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的高頻升流器 ，其特征在于所述的單片機(jī)與 ，其特征在于所述的前反饋檢 ，其特征在于所述的電子開(kāi)關(guān) ，其特征在于所述的濾波器是 ，其特征在于所述的后反饋檢的付方線(xiàn)圈由多股相互絕緣細(xì)導(dǎo)線(xiàn)編織成c
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正弦波大電流的產(chǎn)生方法及裝置，裝置包括單片機(jī)，至少一個(gè)前反饋檢測(cè)電路、至少一個(gè)電子開(kāi)關(guān)電路、至少一個(gè)高頻升流器、至少一個(gè)濾波器、至少一個(gè)后反饋檢測(cè)電路；大電流的產(chǎn)生方法是第一步前反饋檢測(cè)是否發(fā)生電源波形畸變，第二步通過(guò)單片機(jī)控制電子開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)閉時(shí)間，將交流電源斬波成一串間隔的具有一定寬度高度不一致的脈沖；第三步將斬波后串脈沖輸入高頻升流器進(jìn)行高頻升流；第四步將高頻升流的電流通過(guò)濾波器進(jìn)行濾波，產(chǎn)生與原交流電源頻率一致的大電流；第五步通過(guò)后反饋檢測(cè)輸出的大電流是否下降，調(diào)整相應(yīng)的串脈沖的寬度，通過(guò)該方法能夠產(chǎn)生電流值穩(wěn)定，波形為正弦波，波形失真度小的大電流，而且本裝置體積小。
文檔編號(hào)H02M5/04GK101710787SQ20091020471
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者丁愛(ài)玲, 任一峰, 任作新, 崔亞, 趙俊梅 申請(qǐng)人:中北大學(xué)