專利名稱：一種電力穩(wěn)壓電源中的交流純正弦波調(diào)壓模塊的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種電力穩(wěn)壓電源中的交流純正弦波調(diào)壓模塊。
背景技術(shù)：
近幾十年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大型供電設備以及通信設備等應用場合急速增加，這些設備對供電質(zhì)量的要求越來越高，采用由交流電網(wǎng)直接供電而不采取任何措施的方式已不能滿足需要，使得國內(nèi)外交流穩(wěn)壓電源技術(shù)發(fā)展飛速，勢頭迅猛。隨著國內(nèi)交流穩(wěn)壓電源技術(shù)不斷改進，交流穩(wěn)壓器在工礦企業(yè)、交通運輸、郵電通訊、國防科研等許多方面得到了廣泛應用。其主要用作平滑無級調(diào)節(jié)電壓的調(diào)壓電源或穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓電源。經(jīng)過多年發(fā)展，交流調(diào)壓和穩(wěn)壓電源已成為電源技術(shù)的一個重要分支，但目前主要是在380V以下的交流穩(wěn)壓，高壓電力穩(wěn)壓電源研究和應用國內(nèi)還處于起步階段。 (一)380V以下的交流穩(wěn)壓的穩(wěn)壓形式I.鐵磁諧振式交流穩(wěn)壓器利用鐵磁飽和元件與諧振電容組合后具有恒壓伏安特性而制成的交流穩(wěn)壓裝置。磁飽和式是這種穩(wěn)壓器的早期典型結(jié)構(gòu)。它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，工作可靠，輸入電壓允許變化范圍寬。但輸出波形失真較大，穩(wěn)定度不高，稱為非線性交流穩(wěn)壓器。近年發(fā)展起來的穩(wěn)壓變壓器，也是借助電磁元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓功能的電源裝置。它與磁飽和式穩(wěn)壓器的區(qū)別在于磁路結(jié)構(gòu)形式的不同，而基本工作原理則相同。這種鐵磁諧振的實用價值在于不用很大的輸入電流就能使電感飽和，從而克服了穩(wěn)壓電路從電網(wǎng)吸取電流過大的缺點。它在一個鐵心上同時實現(xiàn)穩(wěn)壓和變壓雙重功能，所以優(yōu)于普通電源變壓器和磁飽和穩(wěn)壓器。2.磁放大器式交流穩(wěn)壓器它是由自禍變壓器，磁放大器，電子檢測，控制回路等部分組成。利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓的裝置。其電路形式可以是線性放大，也可以是脈寬調(diào)制等。這類穩(wěn)壓器具有反饋控制作用，所以穩(wěn)定度高，輸出波形好，稱為線性交流穩(wěn)壓器。但因采用慣性較大的磁放大器，所以該種交流穩(wěn)壓器反應慢一些，恢復時間長。3.動式交流穩(wěn)壓器通過改變變壓器滑動接點位置，來使輸出電壓獲得穩(wěn)定的裝置，它由控制電路控制一個伺服電機，帶動調(diào)壓器進行電壓自動調(diào)整的交流穩(wěn)壓器。這類穩(wěn)壓器效率高，輸出電壓波形好，對負載性質(zhì)無特殊要求。但由于存在變壓器滑點機械摩擦及滑點連接處打火等問題，長時間工作會使滑點磨損，且穩(wěn)壓過程恢復時間較長。4.補償式交流穩(wěn)壓器該種穩(wěn)壓器又稱部分調(diào)整式穩(wěn)壓器。補償變壓器的附加電壓串接在電源與負載之間，隨著輸入電壓的高低，用連續(xù)式的伺服電動機帶動補償變壓器滑點的移動或通過算法改變變壓器初級線圈匝數(shù)來改變附加電壓的大小或極性，把輸入電壓高出的部分電壓減去，把輸入電壓不足的部分電壓加上，以達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。通常補償變壓器容量僅為輸出功率的1/7左右，因此這類穩(wěn)壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉的優(yōu)點，但穩(wěn)定度不高，精度較差而且補償變壓器的滑點容易損壞。上述的穩(wěn)壓器多為傳統(tǒng)機械式穩(wěn)壓器。主要是采用變壓器的分接頭改變以達到電壓的調(diào)節(jié)，但有觸點穩(wěn)壓電源在換檔開路時輸出端會產(chǎn)生瞬間電壓跌落，且不能連續(xù)進行電壓調(diào)節(jié)，動態(tài)響應速度慢及維護難等缺點，應用范圍受到很大局限。國內(nèi)無觸點高壓電力穩(wěn)壓器的研究研究起步較晚，大連電源技術(shù)有限公司、河南舞鋼規(guī)劃設計研究所等也只在做有關(guān)的技術(shù)研究，國內(nèi)還沒有形成產(chǎn)品生產(chǎn)能力，也沒有查到相關(guān)應用研究報告。國外高壓電力穩(wěn)壓電源研究較早，像Spellman、Classman等高壓電源公司已生產(chǎn)出小型化、高效化、智能化的高壓電力穩(wěn)壓電源，但主要用作設備測試時的高壓電源，容量較小，價格比較昂貴，還沒有應用于實際供電系統(tǒng)中。

實用新型內(nèi)容本實用新型其目的就在于提供一種電力穩(wěn)壓電源中的交流純正弦波調(diào)壓模塊，進一步優(yōu)化交流純正弦波無極調(diào)壓模塊的控制算法，通過微機控制器的查表和在線計算相結(jié)·合，解決了穩(wěn)壓中的性快速無極調(diào)壓的技術(shù)問題，其穩(wěn)壓精度、響應時間、波形畸變、可靠性等方面滿足設備用電要求，具有極速響應，快速連續(xù)調(diào)節(jié)補償電壓的特點。實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括采樣單元和輸出控制及保護單元，所述的采樣單元連接輸出控制及保護單元，采樣單元輸出連接計算處理芯片，計算處理芯片輸出分三路，一路連接電壓分級處理單元，二路連接斬波單元，三路連接波形整形單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果。具有極速響應，快速連續(xù)調(diào)節(jié)補償電壓的特點，能夠在幾十個毫秒內(nèi)完成電壓幅值的調(diào)節(jié)補償，在輸入電壓快速跌落時，能夠迅速穩(wěn)定輸出電壓，能夠在系統(tǒng)過流、過壓、缺相及系統(tǒng)本身故障等意外狀況下，快速關(guān)閉穩(wěn)壓系統(tǒng)并打開旁路，防止系統(tǒng)損壞，保持正常供電。
以下結(jié)合附圖
對本實用新型作進一步詳述。圖I為本裝置電原理方框示意圖。圖2為本裝置中斬波單元電原理示意圖。
具體實施方式
包括采樣單元和輸出控制及保護單元，如圖I所示，所述的采樣單元連接輸出控制及保護單元，采樣單元輸出連接計算處理芯片，計算處理芯片輸出分三路，一路連接電壓分級處理單元，二路連接斬波單元，三路連接波形整形單元。所述的斬波單元中設有4個高頻通斷控制的自關(guān)斷器件SI、S2、S3、S4，當SI、S2導通時，S3、S4斷開，當S3、S4導通時，SI、S2斷開，如圖2所示。無極無觸點交流穩(wěn)壓器交流純正弦波調(diào)壓模塊是一種使用晶體管作為開關(guān)器件的交流/交流變換器，這種變換器不改變電壓的頻率和相位，僅改變電壓的大小，也被稱為交流斬波(降壓)調(diào)壓器，或交流電壓控制器。交流斬波的功能是將晶體管開關(guān)器件串聯(lián)連接在交流電源和交流負載之間，改變開關(guān)器件的通、斷狀態(tài)，控制負載上的電壓波形，從而控制負載的交流電功率。通過交流純正弦波調(diào)壓模塊主要電路結(jié)構(gòu)組成的交流穩(wěn)壓器。由IGBT組成的交流純正弦波調(diào)壓模塊將輸入電壓進行調(diào)整產(chǎn)生連續(xù)無級變化的補償電壓，補償電壓通過變壓器與輸入電壓相疊加形成輸出電壓。因此，根據(jù)輸入電壓的變化來適當?shù)恼{(diào)整補償電壓就可以產(chǎn)生穩(wěn)定不變的輸出電壓。由IGBT構(gòu)成的斬波器具有極速響應，快速連續(xù)調(diào)節(jié)補償電壓的特點，能夠在幾十個毫秒內(nèi)完成電壓幅值的調(diào)節(jié)補償，在輸入電壓快速跌落時，能夠迅速穩(wěn)定輸出電壓，相對于傳統(tǒng)機械式穩(wěn)壓器具有不可比擬的優(yōu)勢。
實施例如圖2所示，(I)采樣單元將在輸出端采樣到的電壓信號放大處理后送至計算處理芯片，計算處理芯片通過判斷處理后得出需要補償電壓的大小和極性，然后將補償電壓的大小信號送至電壓分級處理單元，將電壓極性信號送至斬波單元，將標準的正弦波信號·送至波形整形單元。(2)電壓分級處理單元根據(jù)專用計算處理芯片電壓的大小信號找到最接近的電壓點，啟動該該電壓點的斬波器并發(fā)出合適占空比的PWM信號送至斬波單元。斬波單元進行高頻斬波產(chǎn)生合適的電壓輸出給波形整形單元。(3)波形整形單元以標準的正弦波信號為標準對輸出電壓進行整形后，將適合的純正弦波電壓送至輸出控制及保護單元。(4)輸出控制及保護單元通過與采樣信號比較，正確則輸出，不正確則發(fā)出旁路信號并報警。如圖2所示的交流純正弦波調(diào)壓模塊將輸入電壓進行調(diào)整產(chǎn)生連續(xù)無級變化的補償電壓，補償電壓通過變壓器與輸入電壓相疊加形成輸出電壓。因此，根據(jù)輸入電壓的變化來適當?shù)恼{(diào)整補償電壓就可以產(chǎn)生穩(wěn)定不變的輸出電壓。該斬波器具有極速響應，快速連續(xù)調(diào)節(jié)補償電壓的特點，能夠在幾十個毫秒內(nèi)完成電壓幅值的調(diào)節(jié)補償，在輸入電壓快速跌落時，能夠迅速穩(wěn)定輸出電壓，能夠在系統(tǒng)過流、過壓、缺相及系統(tǒng)本身故障等意外狀況下，快速關(guān)閉穩(wěn)壓系統(tǒng)并打開旁路，防止系統(tǒng)損壞，保持正常供電，相對于傳統(tǒng)機械式穩(wěn)壓器具有不可比擬的優(yōu)勢。I、交流純正弦波無極調(diào)壓模塊，其交流斬波原理如圖2所示，圖中SI、S2、S3、S4為4個高頻通斷控制的自關(guān)斷器件。當SI、S2導通時，S3、S4斷開，負載電壓Uo=Us。當S3、S4導通時，SI、S2斷開,負載電壓Uo=0。在一個開關(guān)周期Ts中控制S1、S2導通時間Ton的占空比D(D=Ton/Ts)，則可調(diào)控負載電壓Uo。采用高頻PWM時，Vo、Is中的諧波頻率很高，用較小的L、C輸入、輸出濾波器就能使Uo、Is的波形接近正弦波通過電壓電流取樣后，交流純正弦波無極調(diào)壓模塊通過微機控制器的查表和在線計算相結(jié)合實現(xiàn)低壓控制，計算并產(chǎn)生與額定輸出電壓相偏離的電壓值，通過補償變壓器補償?shù)礁邏簜?cè)，實現(xiàn)低壓控制高壓，提高了系統(tǒng)的可靠性和精度，電壓穩(wěn)定的響應時間小于500毫秒，穩(wěn)定精度達到±1%以內(nèi)。 2、電力電子器件只在低壓補償電路中使用，在高壓側(cè)的電路中不使用電力電子器件，降低了諧波抑制成本，考慮到正弦波的對稱性，通過逆變器所能輸出的正弦波最大幅值Um為標么值，將期望產(chǎn)生電壓值Uo與Um相比較作來確定輸出波形的比例系數(shù)，記為K1，經(jīng)過一個交流電周期后得到一個實際輸出電壓U，U與Uo是不相等的，設K2=U0/U，K2的作用是確定偏差量，在下一個工作周期到來的時候，根據(jù)K 2改變比例系數(shù)K，達到調(diào)節(jié)開關(guān)管占空比，這種方式所產(chǎn)生諧波容易濾除，濾波器成本較低，輸出波形畸變小，不產(chǎn) 生諧波增量。
權(quán)利要求1.一種高壓電力穩(wěn)壓電源中的交流純正弦波調(diào)壓模塊，包括采樣單元和輸出控制及保護單元，其特征在于，所述的采樣單元連接輸出控制及保護單元，采樣單元輸出連接計算處理芯片，計算處理芯片輸出分三路，一路連接電壓分級處理單元，二路連接斬波單元，三路連接波形整形單元。
2.根椐權(quán)利要求I所述的一種高壓電力穩(wěn)壓電源中的交流純正弦波調(diào)壓模塊，其特征在于，所述的斬波單元中設有4個高頻通斷控制的自關(guān)斷器件S1、S2、S3、S4，當S1、S2導通時，S3、S4斷開，當S3、S4導通時，SI、S2斷開。
專利摘要一種電力穩(wěn)壓電源中的交流純正弦波調(diào)壓模塊，包括采樣單元和輸出控制及保護單元，所述的采樣單元連接輸出控制及保護單元，采樣單元輸出連接計算處理芯片，計算處理芯片輸出分三路，一路連接電壓分級處理單元，二路連接斬波單元，三路連接波形整形單元。進一步優(yōu)化交流純正弦波無極調(diào)壓模塊的控制算法，通過微機控制器的查表和在線計算相結(jié)合，解決了6-10kV高壓穩(wěn)壓中的性快速無極調(diào)壓的技術(shù)問題，其穩(wěn)壓精度、響應時間、波形畸變、可靠性等方面滿足設備用電要求，具有極速響應，快速連續(xù)調(diào)節(jié)補償電壓的特點。
文檔編號G05F1/12GK202677239SQ20122029989
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者王賢長 申請人:王賢長