專(zhuān)利名稱(chēng):三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種電壓控制發(fā)生器,具體是一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
隨著微處理器、電力電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展,在國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排的背景下,電力電子裝置被大規(guī)模運(yùn)用于電力系統(tǒng)及工業(yè)生產(chǎn)中,如變流器、電力有源濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置等的應(yīng)用。在上述電力電子裝置的運(yùn)行過(guò)程中,實(shí)際電網(wǎng)不平衡現(xiàn)象常有發(fā)生,此時(shí),在電網(wǎng)平衡條件下設(shè)計(jì)的控制策略,會(huì)使電力電子裝置出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀況,容易產(chǎn)生非特征諧波,且三相電流不平衡、損耗增大等,進(jìn)而會(huì)使電力電子裝置運(yùn)行性能下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電力電子裝置發(fā)生故障,甚至燒壞電力電子裝置等。因此,通常需要對(duì)電力電子裝置在電網(wǎng)電壓不平衡控制條件下的運(yùn)行狀況及控制策略進(jìn)行研究,需要一種電壓不平衡發(fā)生器在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行電網(wǎng)不平衡現(xiàn)象的模擬。目前,常規(guī)的電壓不平衡發(fā)生器的主體結(jié)構(gòu)為變流器,以“交-直-交”的形式實(shí)現(xiàn),價(jià)格昂貴,控制復(fù)雜。通常,采用兩電平PWM變流器實(shí)現(xiàn)交流電壓變化時(shí),功率開(kāi)關(guān)器件數(shù)量為十二個(gè),成本較高,同時(shí)需要對(duì)變流器的整流及逆變部分分別進(jìn)行控制,控制系統(tǒng)較為復(fù)雜,并且任何一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件發(fā)生故障,直接導(dǎo)致電壓不平衡發(fā)生器無(wú)法輸出可靠的三相電壓,甚至無(wú)法輸出無(wú)電壓不平衡現(xiàn)象的正常電壓。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,本實(shí)用新型提供一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,適合在電力電子裝置測(cè)試不平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)模擬三相電壓不平衡現(xiàn)象,特別是變流器裝置、電力有源濾波器、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的不平衡實(shí)驗(yàn)的測(cè)試。本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有電壓不平衡發(fā)生器的不足,提出了一種新的電壓不平衡發(fā)生器。本實(shí)用新型采用三相獨(dú)立的二極管H橋電路和功率 開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所用功率開(kāi)關(guān)器件數(shù)量少,成本大幅減少;同時(shí)控制簡(jiǎn)單,實(shí)時(shí)性能好,并且可實(shí)現(xiàn)三相電壓的獨(dú)立控制,能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的單相、多相變化,是一種有效且可靠的電壓不平衡發(fā)生器設(shè)計(jì)方案。為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,包括正常輸出電路、不平衡輸出電路、隔離變壓器、控制電路、上位機(jī);正常輸出電路的三相交流輸入端與三相電網(wǎng)連接,其三相交流輸出端與隔離變壓器的輸入端相連,經(jīng)隔離變壓器后輸出電網(wǎng)電壓,不平衡輸出電路的三相交流輸入端與三相電網(wǎng)連接,不平衡輸出電路的三相交流輸出端與隔離變壓器的輸入端連接;控制電路采樣電壓傳感器傳輸?shù)碾妷盒盘?hào),通過(guò)上位機(jī)操作正常輸出電路和不平衡輸出電路的工作狀態(tài),控制電路輸出觸發(fā)信號(hào),通過(guò)正常輸出電路和不平衡輸出電路來(lái)控制接通狀態(tài),改變電網(wǎng)電壓。正常輸出電路包括三相獨(dú)立的二極管H橋電路和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路。在三相正常輸出電路的單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,二極管H橋電路和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路并聯(lián);單相二極管H橋電路由四個(gè)功率二極管組成,兩個(gè)功率二極管(Dal、Da2)串聯(lián)與串聯(lián)的功率二極管(Da3、Da4)并聯(lián),形成H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),快恢復(fù)二極管Dl與電阻Rl和電容Cl依次串聯(lián),并于功率開(kāi)關(guān)器件Sal兩端,形成功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路。不平衡輸出電路包括可獨(dú)立控制的三相二極管H橋電路、功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路和調(diào)壓器,三相二極管H橋電路的輸入端為不平衡輸出電路的交流輸入端,三相二極管H橋電路的輸出端與調(diào)壓器的輸入端相連,調(diào)壓器的輸出端為不平衡輸出電路的交流輸出端;單相不平衡輸出電路中,二極管H橋電路和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路并聯(lián);單相二極管H橋電路由四個(gè)功率二極管組成,兩個(gè)功率二極管(Dla、D2a)串聯(lián)與串聯(lián)的功率二極管(D3a、D4a)并聯(lián),形成H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),快恢復(fù)二極管Da與電阻Ra和電容Ca依次串聯(lián),并聯(lián)于功率開(kāi)關(guān)器件Sla兩端,形成功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路。本實(shí)用新型正常輸出電路和不平衡輸出電路的控制均通過(guò)控制電路實(shí)現(xiàn),在控制電路中,電壓傳感器采集三相交流輸入電壓及三相交流輸出電壓經(jīng)AD采樣芯片輸入至FPGA/CPLD進(jìn)行邏輯處理轉(zhuǎn)換,得到的信息數(shù)據(jù)傳遞給DSP處理器。DSP處理器將三相電網(wǎng)電壓和功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的信息綜合并經(jīng)RS232或USB結(jié)口傳遞給上位機(jī),上位機(jī)根據(jù)綜合信息對(duì)DSP處理器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。DSP處理器接收設(shè)定數(shù)據(jù)后,發(fā)出開(kāi)通或者關(guān)斷指令,經(jīng)FPGA/CPLD處理轉(zhuǎn)換產(chǎn)生功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路中功率開(kāi)關(guān)器件工作所需觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)信號(hào)由光電轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為光信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)器件工作,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)輸出電網(wǎng)電壓瞬時(shí)變化的模擬,滿(mǎn)足電力電子裝置控制算法測(cè)試研究的實(shí)時(shí)性及可行性,同時(shí),選擇不同功率等級(jí)的功率二極管及功率開(kāi)關(guān)器件,可滿(mǎn)足不同功率條件下的電網(wǎng)不平衡要求。調(diào)壓器的數(shù)值決定了輸出電壓的數(shù)值,設(shè)置調(diào)壓器的數(shù)值,可以輸出不同的電壓,實(shí)現(xiàn)了模擬電網(wǎng)不平衡電壓的寬范圍。本實(shí)用新型的有益效果是:優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),降低了成本,控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠;可實(shí)現(xiàn)三相電壓的遠(yuǎn)程 獨(dú)立控制,能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的單相、多相變化,具備良好的瞬態(tài)模擬能力;采用DSP處理器及FPGA/CPLD,控制電路計(jì)算精度高,處理速度快;引入光電轉(zhuǎn)換,光信號(hào)觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)器件,抗干擾能力強(qiáng)。本實(shí)用新型可滿(mǎn)足電力電子裝置在測(cè)試電網(wǎng)不平衡條件適應(yīng)性時(shí)對(duì)電壓不平衡發(fā)生器的需求,具有廣闊的市場(chǎng)及應(yīng)用前景。
圖1是三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器原理圖;圖2是正常輸出電路結(jié)構(gòu)圖,其中:(a)三相正常輸出電路結(jié)構(gòu)圖;(b)單相正常輸出電路結(jié)構(gòu)圖;圖3是不平衡輸出電路結(jié)構(gòu)圖,其中:(a)三相不平衡輸出電路結(jié)構(gòu)圖;(b)單相不平衡輸出電路結(jié)構(gòu)圖;圖4是控制電路結(jié)構(gòu)框圖;圖中:1、正常輸出電路,2、不平衡輸出電路,3、隔離變壓器,4、控制電路,5、上位機(jī),6、二極管H橋電路,7、功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路,8、調(diào)壓器,9、DSP處理器,10、FPGA/CPLD, 11、AD采樣芯片,12、光電轉(zhuǎn)換電路,13、電壓傳感器,D1、快恢復(fù)二極管,RURa電阻,Cl、Ca、電容,Sal、Sla功率開(kāi)關(guān)器件,Dal Da4、Dla D4a、功率二極管。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示,一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器原理圖。本實(shí)用新型包括正常輸出電路1、不平衡輸出電路2、隔離變壓器3、控制電路4、上位機(jī)5。正常輸出電路I的三相交流輸 入端與三相電網(wǎng)連接,其三相交流輸出端與隔離變壓器3的輸入端相連后輸出電網(wǎng)電壓,不平衡輸出電路2的三相交流輸入端與三相電網(wǎng)連接,不平衡輸出電路2的三相交流輸出端與隔離變壓器3的輸入端連接;控制電路4采樣電壓傳感器傳輸?shù)碾妷盒盘?hào),通過(guò)上位機(jī)5決定正常輸出電路I和不平衡輸出電路2的工作狀態(tài),控制電路4輸出觸發(fā)信號(hào),通過(guò)正常輸出電路I和不平衡輸出電路2來(lái)控制電路的接通狀態(tài),改變電網(wǎng)電壓。如圖2所示,本實(shí)用新型的正常輸出電路I包括三相獨(dú)立的二極管H橋電路6和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路7。在單相正常輸出電路I中,二極管H橋電路6和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路7并聯(lián);單相二極管H橋電路6由四個(gè)功率二極管(Dal Da4)組成,串聯(lián)的兩個(gè)功率二極管(Dal、Da2 )與串聯(lián)的功率二極管(Da3、Da4)并聯(lián),形成H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),快恢復(fù)二極管Dl與電阻Rl和電容Cl依次串聯(lián),并于功率開(kāi)關(guān)器件Sal兩端,形成功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路7。如圖3所示,本實(shí)用新型的不平衡輸出電路2包括三相獨(dú)立的二極管H橋電路6、功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路7和調(diào)壓器8,三相二極管H橋電路6的輸入端為不平衡輸出電路2的交流輸入端,三相二極管H橋電路6的輸出端與調(diào)壓器8的輸入端相連,調(diào)壓器8的輸出端為不平衡輸出電路2的交流輸出端。在單相不平衡輸出電路2中,二極管H橋電路6和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路7并聯(lián);單相二極管H橋電路6由四個(gè)功率二極管(Dla D4a)組成,串聯(lián)的兩個(gè)功率二極管(Dla、D2a)與串聯(lián)的功率二極管(D3a、D4a)并聯(lián),形成H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),快恢復(fù)二極管Da與電阻Ra和電容Ca依次串聯(lián),并聯(lián)于功率開(kāi)關(guān)器件Sla兩端,形成功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路7。如圖4所示,控制電路4的結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)用新型的控制電路4由DSP處理器9,F(xiàn)PGA/CPLD 10,AD采樣芯片11,光電轉(zhuǎn)換電路12、電壓傳感器13組成;電壓傳感器13采集三相交流輸入電壓及三相交流輸出電壓經(jīng)AD采樣芯片11輸入至FPGA/CPLD 10進(jìn)行邏輯處理轉(zhuǎn)換,得到的信息數(shù)據(jù)傳遞給DSP處理器9 ;DSP處理器9發(fā)出開(kāi)通或關(guān)斷指令,經(jīng)FPGA/CPLD 10處理轉(zhuǎn)換產(chǎn)生功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路7中功率開(kāi)關(guān)器件工作所需觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)信號(hào)由光電轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換為光信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)器件工作;DSP處理器9將三相電網(wǎng)電壓和功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的信息綜合經(jīng)RS232或USB結(jié)口傳遞給上位機(jī)5,上位機(jī)5根據(jù)綜合信息對(duì)DSP處理器9進(jìn)行參數(shù)設(shè)定,實(shí)現(xiàn)對(duì)三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。本實(shí)用新型的具體實(shí)施流程如下:首先操作人員根據(jù)所需電壓不平衡信息調(diào)節(jié)不平衡輸出電路2中的調(diào)壓器8,之后通過(guò)上位機(jī)5輸入正常輸出電壓控制指令,控制電路4中的DSP處理器9接收到控制指令后,產(chǎn)生控制信號(hào),F(xiàn)PGA/CPLD 10將控制信號(hào)處理產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)正常輸出電路I中功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào),驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換為光信號(hào)觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通,輸出正常三相交流電壓;在需要產(chǎn)生不平衡電壓時(shí)刻,操作人員通過(guò)上位機(jī)輸入相關(guān)控制指令,控制電路4中DSP處理器9接收到控制指令后,產(chǎn)生控制信號(hào),F(xiàn)PGA/CPLD 10將控制信號(hào)處理產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)正常輸出電路I中功率開(kāi)關(guān)器件的關(guān)斷及不平衡輸出電路2中相關(guān)功率開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)信號(hào),驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路12轉(zhuǎn)換為光信號(hào)觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷和導(dǎo)通,輸出不平衡的三相交流電壓;在以上過(guò)程中,電壓傳感器13實(shí)時(shí)采集輸入及輸出的三相交流電壓信息,經(jīng)控制電路4處理后傳輸給上位機(jī)5,便于操作人員 觀察判 斷。
權(quán)利要求1.一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,其特征在于包括正常輸出電路(I)、不平衡輸出電路(2)、隔離變壓器(3)、控制電路(4)、上位機(jī)(5);正常輸出電路(I)由三相二極管H橋電路(6)和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)構(gòu)成,不平衡輸出電路(2)包括三相二極管H橋電路(6)、功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)和調(diào)壓器(8)構(gòu)成,正常輸出電路(I)的三相交流輸入端與三相電網(wǎng)連接,其三相交流輸出端與隔離變壓器(3)的輸入端相連后輸出電網(wǎng)電壓,不平衡輸出電路(2)的三相交流輸入端與三相電網(wǎng)連接,不平衡輸出電路(2)的三相交流輸出端與隔離變壓器(3)的輸入端連接;控制電路(4)采樣電壓傳感器傳輸?shù)碾妷盒盘?hào),通過(guò)上位機(jī)(5)決定正常輸出電路(I)和不平衡輸出電路(2)的工作狀態(tài),控制電路(4)輸出觸發(fā)信號(hào),通過(guò)正常輸出電路(I)和不平衡輸出電路(2)來(lái)控制調(diào)壓器的接通狀態(tài),改變電網(wǎng)電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,其特征在于,所述的正常輸出電路(I)包括可獨(dú)立控制的三相二極管H橋電路(6)和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7),單相正常輸出電路(I)中,二極管H橋電路(6)和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)并聯(lián);單相二極管H橋電路(6)由四個(gè)功率二極管組成,兩個(gè)功率二極管(Dal、Da2)串聯(lián)后與串聯(lián)的功率二極管(Da3、Da4 )并聯(lián),形成H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),快恢復(fù)二極管DI與電阻Rl和電容Cl依次串聯(lián),并于功率開(kāi)關(guān)器件Sal兩端,形成功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,其特征在于,所述的正常輸出電路(I)中三相二極管H橋電路(6)的輸入端為正常輸出電路(I)的交流輸入端,三相二極管H橋電路(6)輸出端為正常輸出電路(I)的交流輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,其特征在于,所述的不平衡輸出電路(2 )包括可獨(dú)立控制的三相二極管H橋電路(6 )、功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)和調(diào)壓器(8),三相二極管H橋電路(6)的輸入端為不平衡輸出電路(2)的交流輸入端,三相二極管H橋電路(6)的輸出端與調(diào)壓器(8)的輸入端相連,調(diào)壓器(8)的輸出端為不平衡輸出電路(2)的交流輸出端;單相不平衡輸出電路(2)中,二極管H橋電路(6)和功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)并聯(lián);單相二極管H橋電路(6)由四個(gè)功率二極管組成,兩個(gè)功率二極管(Dla、D2a)串聯(lián)后與串聯(lián)的功率二極管(D3a、D4a)并聯(lián),形成H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),快恢復(fù)二極管Da與電阻Ra和電容Ca依次串聯(lián),并于功率開(kāi)關(guān)器件Sla兩端,形成功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,其特征在于,所述的控制電路(4)由DSP處理器(9),F(xiàn)PGA/CPLD(10),AD采樣芯片(11),光電轉(zhuǎn)換電路(12)、電壓傳感器(13)組成;電壓傳感器(13)采集三相交流輸入電壓及三相交流輸出電壓經(jīng)AD采樣芯片(11)輸入至FPGA/CPLD (10)進(jìn)行邏輯處理轉(zhuǎn)換,得到的信息數(shù)據(jù)傳遞給DSP處理器(9) ;DSP處理器(9)發(fā)出開(kāi)通或關(guān)斷指令,經(jīng)FPGA/CPLD(10)處理轉(zhuǎn)換產(chǎn)生功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路(7)中功率開(kāi)關(guān)器件工作所需觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)信號(hào)由光電轉(zhuǎn)換電路(12)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)器件工作;DSP處理器(9)將三相電網(wǎng)電壓和功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的信息綜合經(jīng)RS232或USB結(jié)口傳遞給上位機(jī)(5),上位機(jī)(5)根據(jù)綜合信息對(duì)DSP處理器(9 )進(jìn)行參數(shù)設(shè)定,實(shí)現(xiàn)對(duì)三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種三相獨(dú)立控制的電壓不平衡發(fā)生器,屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域,包括正常輸出電路,不平衡輸出電路,隔離變壓器,控制電路,上位機(jī)。正常輸出電路由二極管H橋電路,功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路構(gòu)成,不平衡輸出電路結(jié)構(gòu)包括二極管H橋電路,功率開(kāi)關(guān)器件及其保護(hù)電路和調(diào)壓器。控制電路采集電壓不平衡發(fā)生器的輸入及隔離變壓器的輸出端電壓,通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的人機(jī)交換,同時(shí)根據(jù)輸出電壓的需要,通過(guò)上位機(jī)對(duì)控制電路發(fā)出指令,控制電路輸出各功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通或關(guān)斷的觸發(fā)信號(hào),驅(qū)動(dòng)正常輸出電路和不平衡輸出電路工作,實(shí)現(xiàn)正常電壓或不平衡電壓的實(shí)時(shí)輸出。有益效果是優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了成本,具有操作簡(jiǎn)單、安全可靠、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn),能夠有效實(shí)現(xiàn)三相獨(dú)立控制,模擬多種不平衡電壓及其瞬間變化現(xiàn)象,適用于變頻器乃至電機(jī)在電壓不平衡條件下實(shí)驗(yàn)的測(cè)試和研究。
文檔編號(hào)H02J3/00GK203103953SQ201320131158
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者劉毅, 何鳳有, 楊光輝, 葉宗彬 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)