專利名稱：一種基于滯回控制原理的電流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電力技術(shù)領(lǐng)域，也可隸屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于滯回 控制原理的電流源。
背景技術(shù)：
由于我們的電網(wǎng)從超高壓輸電網(wǎng)到低壓配電網(wǎng)都是電壓源模型，所以需要電流源 供電的設(shè)備非常少見(jiàn)，絕大部分的電氣設(shè)備都會(huì)選擇電壓源供電。關(guān)于電流源的應(yīng)用主要 集中在電子設(shè)備、大型機(jī)械以及高電位電流互感器(CT)取能設(shè)備，電子設(shè)備中往往對(duì)電流 源功率的要求非常小，但波形要求非常高，僅用來(lái)提供信號(hào)；而大型機(jī)械則多是由于要驅(qū)動(dòng) 電機(jī)的原因，要求電流源的功率非常大，但對(duì)波形要求很低；對(duì)于第三種情況，高電位電流 互感器CT(CT是一種專門(mén)用作變換電流的特種變壓器，在正常工作條件下，CT的二次線圈 電流實(shí)質(zhì)上與一次線圈電流成正比)取能一般功率在幾百瓦，由于CT輸出電流由原邊即電 網(wǎng)電磁感應(yīng)而來(lái)，其波形近似正弦。本專利申請(qǐng)涉及的就是第三種情況，自2001年開(kāi)始，由中國(guó)電科院自主研發(fā)的超 高壓交流輸電線路可控串補(bǔ)成套設(shè)備陸續(xù)應(yīng)用在我國(guó)電網(wǎng)中。其中火花間隙是串補(bǔ)的關(guān)鍵 設(shè)備之一，在掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)其觸發(fā)控制模塊是由取能CT供電的。為了生產(chǎn)過(guò)程中便于測(cè)試， 以及現(xiàn)場(chǎng)離線調(diào)試的方便，迫切需要取能CT的離線替代電源。目前市場(chǎng)上的電流源均是為 電子電路設(shè)計(jì)的，基本為信號(hào)源，無(wú)法提供功率，顯然用在調(diào)試中提供能量是不能勝任的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于滯回控制原理的電流源，用來(lái)取代取能CT作 為離線調(diào)試的電源使用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案一種基于滯回控制原理的電流源，包括一個(gè)由電源、整流電路單元、電容器及逆變 環(huán)節(jié)電路單元構(gòu)成的電壓源型逆變器，所述電壓源型逆變器的逆變環(huán)節(jié)電路單元由IGBT 單元構(gòu)成逆變器的開(kāi)關(guān)器件；一滯回環(huán)帶設(shè)置單元，用于產(chǎn)生滯回環(huán)帶的上下限；設(shè)置在 負(fù)載回路中的一個(gè)高電位電流互感器CT，用于反饋電流源的輸出電流波形；一濾波器，用 于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波形；兩者的輸出經(jīng)一滯回比較電路單元進(jìn)行比較得到控制信號(hào)后接到IGBT 驅(qū)動(dòng)電路單元；IGBT驅(qū)動(dòng)電路單元的輸出控制端接逆變環(huán)節(jié)電路單元IGBT單元的門(mén)極。所述逆變環(huán)節(jié)電路單元由4個(gè)IGBT單元構(gòu)成，其中每個(gè)IGBT單元由一個(gè)IGBT元 件與一個(gè)二極管反并聯(lián)構(gòu)成，處于對(duì)角位置的兩個(gè)IGBT單元共用一個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)。滯回環(huán)帶設(shè)置單元的原理是，將市電50Hz波形經(jīng)過(guò)濾波器濾波得到的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)， 同時(shí)經(jīng)過(guò)加法器和減法器得到滯回環(huán)帶的上下限。設(shè)置在負(fù)載回路中的高電位電流互感器CT將負(fù)載回路中測(cè)到的電流與滯回環(huán)帶 的上下限進(jìn)行比較，當(dāng)幅值小于滯回環(huán)帶的下限時(shí)，發(fā)出低電平信號(hào)，當(dāng)幅值大于滯回環(huán)帶 的上限時(shí)，發(fā)出高電平信號(hào)。[0010]為防止逆變器在開(kāi)關(guān)器件交替開(kāi)斷期間出現(xiàn)橋臂直通，將前級(jí)電壓源短路，設(shè)置 一 IGBT開(kāi)通延時(shí)電路，該電路串接在IGBT驅(qū)動(dòng)電路輸入端。本實(shí)用新型基于滯回控制原理的電流源應(yīng)用電壓源逆變(VSC)方案，采用實(shí)時(shí)比 較法對(duì)逆變器進(jìn)行控制，該電流源目前用于為火花間隙的觸發(fā)控制電路提供離線調(diào)試用電 源；其可以取代取能CT作為離線調(diào)試的電源使用，且在調(diào)試中可以提供能量。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)思路新穎，電源造價(jià)適中，便攜性好，損耗低，逆變器 開(kāi)關(guān)頻率高，該電源可以圓滿地解決平臺(tái)上火花間隙觸發(fā)控制模塊的離線調(diào)試電源問(wèn)題。 該電源的設(shè)計(jì)思想不僅可用于串聯(lián)補(bǔ)償，還可用于需要解決高電位電子設(shè)備離線調(diào)試供電 問(wèn)題的各種場(chǎng)合，將會(huì)在其它場(chǎng)合得到更加廣泛的應(yīng)用。

圖1為本實(shí)用新型基于滯回控制原理的電流源構(gòu)成原理框圖。圖2為基于滯回控制原理的電流源的逆變環(huán)節(jié)電路圖。圖3為基于滯回控制原理的電流源滯回環(huán)帶的設(shè)置原理圖。圖4為基于滯回控制原理的電流源滯回環(huán)帶的設(shè)置電路圖。圖5為基于滯回控制原理的電流源IGBT開(kāi)通延時(shí)電路圖。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型基于滯回控制原理的電流源的構(gòu)成包括一個(gè)由電源、整 流電路單元1、電容器C及逆變環(huán)節(jié)電路單元2構(gòu)成的電壓源型逆變器，還包括設(shè)置在負(fù)載 回路中的高電位電流互感器CT、濾波器3、滯回環(huán)帶設(shè)置單元4及IGBT驅(qū)動(dòng)電路單元5。所述電壓源型逆變器的逆變環(huán)節(jié)電路單元2由IGBT單元構(gòu)成逆變器的開(kāi)關(guān)器件； 參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例中，逆變環(huán)節(jié)電路單元由4個(gè)IGBT單元構(gòu)成，其中每個(gè)IGBT單元由一 個(gè)IGBT元件與一個(gè)二極管反并聯(lián)構(gòu)成，處于對(duì)角位置的兩個(gè)IGBT單元共用一個(gè)控制信號(hào) 進(jìn)行觸法，兩組IGBT交替導(dǎo)通，當(dāng)IGBT元件承受反相電壓時(shí)，由其單元內(nèi)的二極管來(lái)完成 續(xù)流工作。負(fù)載回路中串聯(lián)了一個(gè)續(xù)流電感L，該電感的作用是降低負(fù)載電流的變化速度， 使控制更加穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)主回路(包括負(fù)載)的參數(shù)的計(jì)算，得到該穩(wěn)流電感的最佳值，以 保證將本電壓源型逆變器的開(kāi)關(guān)頻率限制在合理的范圍內(nèi)(約IkHz)。此時(shí)既可以保證開(kāi) 關(guān)元件能耗在可接受范圍，又可以保證輸出電流對(duì)負(fù)載突變的快速響應(yīng)。本實(shí)用新型中，設(shè)有滯回環(huán)帶設(shè)置單元4，其作用是將市電50Hz波形經(jīng)過(guò)濾波器 濾波得到的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)經(jīng)過(guò)加法器和減法器得到滯回環(huán)帶的上下限。在負(fù)載回路6中 設(shè)置高電位電流互感器CT，用于實(shí)時(shí)采集電流源的輸出電流波形；將采集到的輸出電流波 形接入滯回比較電路單元4，與滯回環(huán)帶的上下限進(jìn)行比較，得到控制信號(hào)接IGBT驅(qū)動(dòng)電 路單元；IGBT驅(qū)動(dòng)電路單元的輸出控制端接逆變環(huán)節(jié)電路單元IGBT單元的門(mén)極。上述的IGBT驅(qū)動(dòng)電路是在IGBT生產(chǎn)廠家的器件說(shuō)明書(shū)中給出的典型電路基礎(chǔ)上 配置相應(yīng)參數(shù)而來(lái)，此處不贅述。本實(shí)施例中，IGBT驅(qū)動(dòng)電路的輸出端接逆變環(huán)節(jié)電路單 元中IGBT器件的門(mén)極。本實(shí)用新型是基于滯回控制原理的電流源。采用實(shí)時(shí)比較方式，通過(guò)將采集到的輸出電流波形與滯回環(huán)帶上下限進(jìn)行滯回比較，對(duì)IGBT器件發(fā)出控制信號(hào)，改變施加在負(fù) 載上的電壓極性，從而約束輸出電流在滯回環(huán)帶內(nèi)。滯回環(huán)帶的設(shè)置非常重要，既要環(huán)寬可 控又要嚴(yán)格對(duì)稱，以保證輸出電流波形的精準(zhǔn)可控。本案中的滯回環(huán)帶設(shè)置原理如附圖3 所示(詳細(xì)電路參考附圖4)，采用了兩個(gè)運(yùn)放和兩個(gè)比較器，主要目的是為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)構(gòu)造 一個(gè)恒定的滯回區(qū)間。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)Us分為兩路分別通過(guò)加法器和減法器將電平抬高和降低 為Us+T與Us-T，從而得到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)滯回區(qū)間的上下限，再通過(guò)將測(cè)量信號(hào)與上下限進(jìn)行實(shí) 時(shí)比較得到控制信號(hào)。由于本實(shí)用新型中IGBT橋分為兩組進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，因此要求控制部 分的輸出信號(hào)只有兩種狀態(tài)，故采用了 R-S觸發(fā)器進(jìn)行觸發(fā)。當(dāng)設(shè)置在負(fù)載回路中的高電 位電流互感器CT將負(fù)載回路中測(cè)到的電流與滯回環(huán)帶的上下限進(jìn)行比較，測(cè)試信號(hào)大于 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)上限時(shí)，觸發(fā)器置“1”，發(fā)出高電平信號(hào)；當(dāng)測(cè)試信號(hào)小于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)下限時(shí)，觸發(fā) 器置“0”，發(fā)出低電平信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT的分組控制。本實(shí)用新型基于滯回控制原理的電流源中將直流電壓(圖1中C上的電壓)穩(wěn)定 在622V，通過(guò)帶載能力分析，該電流源可以在接入275 Ω的阻性負(fù)載的情況下輸出2Α電流， 并保證電流波形不離開(kāi)滯回環(huán)帶，其輸出功率超過(guò)lkW，遠(yuǎn)超過(guò)用作信號(hào)發(fā)生器的電流源。為防止逆變器在開(kāi)關(guān)器件交替開(kāi)斷期間出現(xiàn)橋臂直通，將前級(jí)電壓源短路，本案 中設(shè)置了 IGBT開(kāi)通延時(shí)電路(見(jiàn)附圖5)，該電路串接在IGBT驅(qū)動(dòng)電路輸入端，關(guān)閉信號(hào)可 以直接通過(guò)，而開(kāi)通信號(hào)經(jīng)過(guò)此電路則會(huì)延時(shí)一定的時(shí)間Δ T，從而保證在前一組IGBT完 全關(guān)斷后，后一組IGBT才可以開(kāi)通。AT可以通過(guò)改變Cl、Rl、R2來(lái)獲得。另外，本實(shí)用新型在電流源的機(jī)箱面板上設(shè)置了設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)波形的幅值調(diào)節(jié)旋鈕7 及設(shè)置IGBT控制調(diào)制開(kāi)關(guān)8。本實(shí)用新型基于滯回控制原理的電流源的工作原理是采用電壓源逆變方案，先 將市電通過(guò)全波整流向電容器C充電，C作為逆變環(huán)節(jié)電路的輸入，其電容量選取足夠大， 可以為后續(xù)逆變環(huán)節(jié)電路提供直流支撐。通過(guò)對(duì)逆變環(huán)節(jié)電路的控制迅速調(diào)整負(fù)載電壓極 性，補(bǔ)償負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流的穩(wěn)定控制。上述各實(shí)施例可在不脫離本實(shí)用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說(shuō)明所包 含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本實(shí)用新型的申請(qǐng)專利范圍。
權(quán)利要求一種基于滯回控制原理的電流源，包括一個(gè)由電源、整流電路單元、電容器及逆變環(huán)節(jié)電路單元構(gòu)成的電壓源型逆變器，其特征在于所述電壓源型逆變器的逆變環(huán)節(jié)電路單元由IGBT器件構(gòu)成；設(shè)置在負(fù)載回路中的一高電位電流互感器CT，用于實(shí)時(shí)采集電流源的輸出電流波形；一濾波器，用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波形；兩者的輸出經(jīng)一滯回比較電路單元接IGBT驅(qū)動(dòng)電路單元；IGBT驅(qū)動(dòng)電路單元的輸出控制端接逆變環(huán)節(jié)電路單元IGBT器件的門(mén)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滯回控制原理的電流源，其特征在于所述逆變環(huán)節(jié)電 路單元由4個(gè)IGBT單元構(gòu)成，其中每個(gè)IGBT單元由一個(gè)IGBT器件與一個(gè)二極管反并聯(lián)構(gòu) 成，處于對(duì)角位置的兩個(gè)IGBT單元共用一個(gè)控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于滯回控制原理的電流源，其特征在于設(shè)置在負(fù)載回路 中的高電位電流互感器CT將負(fù)載回路中測(cè)到的電流與滯回環(huán)帶的上下限進(jìn)行比較，當(dāng)幅 值小于滯回環(huán)帶的下限時(shí)，發(fā)出低電平信號(hào)，當(dāng)幅值大于滯回環(huán)帶的上限時(shí)，發(fā)出高電平信 號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滯回控制原理的電流源，其特征在于設(shè)置一IGBT開(kāi)通 延時(shí)電路，該電路串接在IGBT驅(qū)動(dòng)電路輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滯回控制原理的電流源，其特征在于在負(fù)載回路中串 聯(lián)一個(gè)續(xù)流電感。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滯回控制原理的電流源，其特征在于在電流源的機(jī)箱 面板上設(shè)置了設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)波形的幅值調(diào)節(jié)旋鈕及設(shè)置IGBT控制調(diào)制開(kāi)關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于滯回控制原理的電流源，包括一個(gè)由電源、整流電路單元、電容器及逆變環(huán)節(jié)電路單元構(gòu)成的電壓源型逆變器，所述逆變環(huán)節(jié)電路單元由IGBT器件構(gòu)成；在負(fù)載回路中設(shè)置一高電位電流互感器CT，用于實(shí)時(shí)采集電流源的輸出電流波形；一濾波器，用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)波形；兩者的輸出經(jīng)一滯回比較電路單元接IGBT驅(qū)動(dòng)電路單元；IGBT驅(qū)動(dòng)電路單元的輸出控制端接逆變環(huán)節(jié)電路單元IGBT器件的門(mén)極。為防止逆變器在開(kāi)關(guān)器件交替開(kāi)斷期間出現(xiàn)橋臂直通，將前級(jí)電壓源短路，設(shè)置一IGBT開(kāi)通延時(shí)電路，該電路串接在IGBT驅(qū)動(dòng)電路輸入端。本電流源應(yīng)用電壓源逆變方案，采用實(shí)時(shí)比較法對(duì)逆變器進(jìn)行控制，目前用于為火花間隙的觸發(fā)控制電路提供離線調(diào)試用電源。
文檔編號(hào)H02M3/28GK201629673SQ200920246428
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者余輝, 劉之方, 李國(guó)富, 高飛 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院