一種寬頻升流器電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種寬頻升流器電源，它包括整流濾波模塊、逆變?yōu)V波模塊、用于核心控制的單片機、D/A轉換模塊、用于調制寬頻大電流輸出的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊、反饋連接在單片機與升流器輸入端之間用于采集升流器輸入電壓的電壓取樣電路、反饋連接在單片機與升流器輸出端之間用于采集升流器輸出電流的電流取樣電路，所述的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊輸出端與逆變?yōu)V波器模塊輸入端相電連接。本實用新型采用單片機，基于脈寬調制穩(wěn)壓控制，一方面調節(jié)升流器的輸出電流，達到升流的效果，另一方面通過將升流器的輸入電壓反饋及升流器輸出電流反饋，實現(xiàn)穩(wěn)流的目的，其比傳統(tǒng)的升流器工作效率高，輸出電流穩(wěn)定，測量精度高，頻率范圍寬，重復性好。
【專利說明】一種寬頻升流器電源
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及自動化控制及高壓測試設備領域，具體涉及一種寬頻升流器電源。
【背景技術】
[0002]電磁式電流互感器是電力系統(tǒng)中的關鍵設備，長年運行在電網中，電源諧波對電磁式電流互感器危害極大，諧波電流使電流互感器的銅耗增加，加速其老化或損壞，會嚴重影響設備的正常運行，甚至會發(fā)生十分危險的爆炸現(xiàn)象。如果能夠對電磁式電流互感器施加不同頻率的電流，分析電流互感器在不同頻率下的誤差特性，進而分析諧波對電流互感器的危害，并加以預防，則可避免造成更嚴重的后果。
[0003]升流器也叫大電流發(fā)生器，在電力系統(tǒng)中，技術人員往往采用升流器來檢驗電流互感器，即將升流器接入工作電源，通過調整調壓器輸出電壓以獲得試驗所需的大電流。由于受技術限制，升流器輸出電流往往不夠穩(wěn)定，且輸出頻率范圍較窄，往往達不到較好的檢驗效果。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種可提供寬頻輸入信號且能夠調節(jié)并穩(wěn)定升流器輸出電流的升流器電源。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種寬頻升流器電源，它包括用于將交流AC電壓輸入信號轉換為直流電壓輸出的整流濾波模塊、與所述的整流濾波模塊輸出端相電連接用于將直流電壓信號轉換為設定頻率交流信號的逆變?yōu)V波模塊，所述的逆變?yōu)V波器模塊輸出端與升流器相電連接，所述的升流器與待測電流互感器相電連接，它還包括用于核心控制的單片機、與所述的單片機輸出端相電連接的D/A轉換模塊、與所述的D/A轉換模塊輸出端相電連接用于調制寬頻大電流輸出的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊、反饋連接在所述的單片機與升流器輸入端之間用于采集升流器輸入電壓的電壓取樣電路、反饋連接在所述的單片機與升流器輸出端之間用于采集升流器輸出電流的電流取樣電路，所述的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊輸出端與所述的逆變?yōu)V波器模塊輸入端相電連接。
[0006]優(yōu)化地，所述的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊為SPWM調制，其主要由三角波發(fā)生電路、正弦調制波發(fā)生電路以及比較器組成。
[0007]優(yōu)化地，所述的D/A轉換模塊包括用于共同調節(jié)和控制脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊輸出波形脈寬和頻率的DDS電路和D/A電路。
[0008]優(yōu)化地，所述的逆變?yōu)V波模塊為IGBT驅動逆變?yōu)V波模塊。
[0009]優(yōu)化地，它還包括用于電壓、電流顯示的液晶顯示器。
[0010]優(yōu)化地，所述的單片機基于PID算法實現(xiàn)所述的升流器升流、穩(wěn)流的控制。
[0011]由于上述技術方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點:本實用新型采用單片機，并基于脈寬調制穩(wěn)壓控制，一方面調節(jié)升流器的輸出電流，達到升流的效果，另一方面通過將升流器的輸入電壓反饋及升流器輸出電流反饋，實現(xiàn)穩(wěn)流的目的。其比傳統(tǒng)的升流器工作效率高，輸出電流穩(wěn)定，測量精度高，頻率范圍寬，重復性好。本實用新型升流電源能直接輸出30Hz?2500Hz、0?150V的正弦波電壓，除了用于電流互感器的諧波測試試驗外，還能在用于其它需要使用變頻調壓電源的試驗場合使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖1為本實用新型升流器電源原理框圖；
[0013]附圖2為脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊原理框圖；
[0014]附圖3為基于PID算法升流、穩(wěn)流流程圖；
[0015]其中:1、整流濾波模塊；2、逆變?yōu)V波模塊；3、升流器4、被測樣品；5、單片機；6、D/A轉換模塊；7、脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊；8、電壓取樣電路；9、電流取樣電路；10、顯示器。
【具體實施方式】
[0016]為了使本領域技術人員更好地理解本實用新型的內容，下面結合附圖和實施方式對本實用新型作近一步詳細說明。
[0017]如圖1所示的升流器電源，其包括整流濾波模塊1、逆變?yōu)V波模塊2、單片機5、D/A轉換模塊6、脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊7、電壓取樣電路8、電流取樣電路9，其中，整流濾波模塊I輸入端與AC交流電相連接，其輸出端與逆變?yōu)V波模塊2相電連接，逆變?yōu)V波模塊2的輸出端與升流器3相連接，當需要對被測樣品4即電流互感器進行檢驗師，將升流器3輸出端與被測樣品4相接。單片機5、D/A轉換模塊6、脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊7輸出端依次相電連接，且脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊7輸出端與逆變?yōu)V波模塊2輸入端相連接，從而，單片機
5、D/A轉換模塊6、脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊7、逆變?yōu)V波模塊2、升流器3以及被測樣品4形成主控制電路。電壓取樣電路8反饋連接在單片機5與升流器3輸入端之間，電流取樣電路9反饋連接在單片機5與升流器3輸出端之間。
[0018]本實施例中，逆變?yōu)V波模塊2 米用 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)驅動，脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊7采用SPWM調制技術。具體工作原理為:
[0019]交流AC電壓信號經整流濾波模塊I后變?yōu)橹绷餍盘?，輸出給IGBT脈寬調整逆變?yōu)V波模塊2，單片機5根據(jù)設定要求將數(shù)字控制信號輸出至D/A轉換模塊6，經D/A轉換模塊6轉換后的模擬控制信號進入SPWM脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊7，脈寬調制電路產生可改變頻率的SPWM波，頻率范圍在30Hz?2500Hz，并輸出給IGBT脈寬調整逆變?yōu)V波模塊2，該信號經IGBT驅動，再經過橋式逆變、隔離變壓以及濾波輸出至升流器3，升流器3即可實現(xiàn)寬電流的輸出從而對被測電流互感器等進行檢測。在升流器電源運行過程中，單片機5還會根據(jù)電壓取樣電路8輸出的升流器輸入電壓反饋信號以及電流取樣電路9輸出的升流器輸出電流反饋信號進行升流器的穩(wěn)流控制。具體控制原理如下:
[0020]首先，基于SPWM脈寬調制實現(xiàn)寬頻輸出的控制。如圖2所示，其采用模擬電路構成三角波載波電路和正弦調制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點，在交點時刻進行輸出高低電平的轉換，從而生成SPWM波。DDS (直接數(shù)字式頻率合成器)電路和D/A控制電路調節(jié)正弦波的頻率和幅度，調節(jié)SPWM波的脈寬和頻率。SPWM合成部分是用正弦波與三角波進行比較，正弦波大于三角波的部分，輸出為正脈沖，小于部分輸出負脈沖，合成的SPWM波進IGBT驅動。
[0021]對升流、穩(wěn)流的控制，本實施例采用PID算法。圖3是用PID算法實現(xiàn)升流、穩(wěn)流的流程圖。升流器最終輸出的穩(wěn)定電流I。依賴于D/A輸出的直流電壓，而該電壓由單片機給D/A電路輸入一個16位二進制數(shù)X所決定。從理論上講，在系統(tǒng)的硬件參數(shù)確立以后，對每一個設定的高壓I。，其對應的D/A輸入X也應該確定。
[0022]PID算法升流和穩(wěn)流階段，每一次遞增Λ X的值由PID算法計算。
[0023]假如系統(tǒng)設定輸出電流值為1s ;實際控制過程中輸出電流采樣值為;前兩次輸出電流采樣值分別為。。卜山㈠。則可計算差值為:
[0024]ei = 1s-1oi ；
[0025]Aei = e1-e1-l = 1i^1-1oi ；
[0026]Δ 2ei = Δ ei_ Δ ei_l = 2Ι0Η-Ι0?-Ι0?_2。
[0027]由PID算法可計算出:
[0028]Δ Xj+Ι = Δ Xj+K ( Δ ei+Iei+D Δ 2ei)。
[0029]其中AXi+l為要輸入D/A的數(shù)據(jù)增量，AXi為前一次輸入D/A的數(shù)據(jù)增量。在上面的表達式中K、1、 D分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，其值的大小根據(jù)實際系統(tǒng)的情況調整。
[0030]進入PID算法升壓階段，上式中的AXi的初始值就是前一階段的ΛΧ。，隨著電壓的升高遞增值AXw越來越小，升壓穩(wěn)定后該值為O。在PID控制過程中每次遞增輸入D/A數(shù)據(jù)X的時間間隔也是一個很重要的參數(shù)，這個時間間隔的大小取決于這樣三個因素:D/A數(shù)據(jù)輸入到穩(wěn)定高壓輸出的遲豫時間、系統(tǒng)的硬件參數(shù)和軟件所設定的升壓時間，其值的大小根據(jù)實際系統(tǒng)的情況調整。
[0031]圖3為升流、穩(wěn)流程序框圖，程序的一開始計算并給相應的寄存器賦值參數(shù)，這些參數(shù)是升壓過程中所用到的，如Λ X^PID系數(shù)K、P、1、D等。開始升流時向D/A輸入ΛΧ。，在硬件設計時，將D/A芯片中的寄存器設計成單片機片外數(shù)據(jù)存儲器的單元，因此只要執(zhí)行訪問片外數(shù)據(jù)存儲器指令，就可向D/A芯片傳送數(shù)據(jù)。每次用PID算法計算AXi+1，再輸入到D/A中去，輸出相應的電流，直到輸出電流達到設定電流。在達到電流設定值后任然重復計算Λ Xi+1使輸出電流穩(wěn)定在設定值。
[0032]綜上，本實用新型升流器電源采用SPWM脈寬穩(wěn)壓控制，一方面調節(jié)升流器的的輸出電流，另一方面，通過升流器的輸入電壓反饋及升流器輸出電流反饋控制實現(xiàn)升流器的穩(wěn)流，其比傳統(tǒng)的升流器工作效率更高，輸出電流更穩(wěn)定，測量精度更高，頻率范圍更寬。采用本實用新型技術方案制成的電源儀器還可以增加手動試驗和自動測試功能，一機多用。而且，其可采用顯示器10操控界面，外置微型打印機等，方便現(xiàn)場檢測使用。
[0033]本實用新型升流器電源能直接輸出30Hz~2500Hz、0~150V的正弦波電壓，所以除了用于電流互感器(CT)的諧波測試試驗外，還能在用于其它需要使用變頻調壓電源的試驗場合使用。
[0034]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種寬頻升流器電源，它包括用于將交流AC電壓輸入信號轉換為直流電壓輸出的整流濾波模塊、與所述的整流濾波模塊輸出端相電連接用于將直流電壓信號轉換為設定頻率交流信號的逆變?yōu)V波模塊，所述的逆變?yōu)V波器模塊輸出端與升流器相電連接，所述的升流器與待測電流互感器相電連接，其特征在于:它還包括用于核心控制的單片機、與所述的單片機輸出端相電連接的D/A轉換模塊、與所述的D/A轉換模塊輸出端相電連接用于調制寬頻大電流輸出的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊、反饋連接在所述的單片機與升流器輸入端之間用于采集升流器輸入電壓的電壓取樣電路、反饋連接在所述的單片機與升流器輸出端之間用于采集升流器輸出電流的電流取樣電路，所述的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊輸出端與所述的逆變?yōu)V波器模塊輸入端相電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻升流器電源，其特征在于:所述的脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊為SPWM調制，其主要由三角波發(fā)生電路、正弦調制波發(fā)生電路以及比較器組成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種寬頻升流器電源，其特征在于:所述的D/A轉換模塊包括用于共同調節(jié)和控制脈寬調制穩(wěn)壓電路模塊輸出波形脈寬和頻率的DDS電路和D/A電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻升流器電源，其特征在于:所述的逆變?yōu)V波模塊為IGBT驅動逆變?yōu)V波模塊。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻升流器電源，其特征在于:它還包括用于電壓、電流顯示的液晶顯示器。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種寬頻升流器電源，其特征在于:所述的單片機基于PID算法實現(xiàn)所述的升流器升流、穩(wěn)流的控制。
【文檔編號】G01R1/28GK203761271SQ201420076661
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2014年2月24日
【發(fā)明者】臧濤成, 樊斌, 程新利, 周洪, 劉曉莊, 朱愛敏 申請人:蘇州科技學院