一種無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，包括核心微控制器MCU、具備完整的信號輸入和反饋電路、輸出執(zhí)行電路、隔離電路、故障顯示電路、功率電子開關(guān)及其隔離驅(qū)動電路。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為三臺(或者多臺)變壓器，其二次側(cè)串聯(lián)在主電路中，一次側(cè)通過雙向晶閘管并聯(lián)在負(fù)載兩側(cè)。無觸點交流穩(wěn)壓電源主電路(三臺變壓器)采用12個雙向晶閘管，2個限流電阻。本發(fā)明公開的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制器可以實現(xiàn)對電源電壓的正、負(fù)補(bǔ)償，達(dá)到穩(wěn)定電壓輸出。無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)使用壽命長，可靠性高、調(diào)壓范圍廣，成本低廉。
【專利說明】
一種無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)控制以及電源領(lǐng)域，特別涉及一種用于偏遠(yuǎn)地區(qū)以及電壓不穩(wěn)定地區(qū)的無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各類型的電氣設(shè)備對電源質(zhì)量的要求越來越高，交流電壓不穩(wěn)定不僅僅會影響電氣設(shè)備的正常運行而且會影響其使用壽命。目前市場上的交流穩(wěn)壓設(shè)備主要采用帶電刷的大功率調(diào)壓穩(wěn)壓器，該類型的穩(wěn)壓設(shè)備由于電刷的存在，在運行過程中將產(chǎn)生噪聲而且反應(yīng)速度慢，隨著機(jī)械的磨損其維護(hù)也越來越頻繁，該穩(wěn)壓器不能滿足要求長期運行且無人值守的智能設(shè)備的要求。
[0003]在此之前，有許多專家學(xué)者從事該方向的研究，也提出了諸多電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但是由于未能考慮到變壓器一次側(cè)感應(yīng)出的高電壓問題，對于開關(guān)器件的耐壓要求高，因此增加了交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，降低該系統(tǒng)的制造成本，提高穩(wěn)定性和可靠性。
[0005]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。
[0006]本發(fā)明包括無觸點交流穩(wěn)壓電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于微控制器MCU的主控制電路，無觸點交流穩(wěn)壓電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于微控制器MCU的主控制電路連接。
[0007]所述無觸點交流穩(wěn)壓電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指，接觸器串聯(lián)在整個橋臂電路之前；限流電阻與橋電路串聯(lián)，并且每個限流電阻并聯(lián)一個電子開關(guān);最后一對橋臂與限流電阻以及橋電路并聯(lián)。
[0008]微控制器MCU的主控制電路指，微控制器ARM最小系統(tǒng)電路、信號采集電路、光耦隔離、放大電路、輸出執(zhí)行電路、顯示電路，以及用于多設(shè)備互聯(lián)和信號匯總的通訊電路;信號采集電路與微控制器ARM最小系統(tǒng)電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，放大電路輸入端直接與微控制器ARM的I/O接口相連，放大電路輸出端與光親相連，光親驅(qū)動雙向電子開關(guān)，雙向電子開關(guān)控制變壓器的投切，通訊電路與微控制器ARM最小系統(tǒng)電路的通訊接口連接。
[0009 ]微控制器ARM最小系統(tǒng)電路包括:與微控制器直接相連的外圍晶振、電阻電容網(wǎng)絡(luò)電路。
[0010]信號采集電路包括電流和電壓采樣以及調(diào)理電路。
[0011]顯示電路包括與微控制器的I/O接口相連的LED信號指示燈或IXD顯示屏電路。
[0012]通訊電路包括與微控制器通訊端口相連的通訊信號調(diào)理電路以及與其他設(shè)備互聯(lián)相的標(biāo)準(zhǔn)接口電路。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果，該主電路運行時，沒有參與補(bǔ)償?shù)淖儔浩鞯囊淮蝹?cè)短路，由于變壓器一次側(cè)用晶閘管短路形成回路，變壓器鐵心飽和程度降低，一次側(cè)的感應(yīng)電壓降低，使得開關(guān)器件的選型成本降低。此外，該主電路對不同變比變壓器之間的補(bǔ)償切換，采用了新型的軟切換方式而不是直接的開通、關(guān)斷，避免了浪涌電流和一次側(cè)開路的感應(yīng)高壓。
【附圖說明】
[0014]圖1是無觸點交流穩(wěn)壓電源的原理框圖。
[0015]圖2是無觸點交流穩(wěn)壓電源的變壓器及晶閘管主電路圖。
【具體實施方式】
[0016]參照圖1所示，主要說明了該無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，圍繞微處理器MCU的一些主要電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個與微控制器輸入端連接的用于信號采樣的信號輸入電路、調(diào)理電路、MCU控制器、故障顯示電路、輸出信號放大電路、隔離電路、受控變壓器。
[0017]參照圖2所示，主要說明了整個無觸點交流穩(wěn)壓電源的主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Relay為繼電器，Q1-Q12為雙向晶閘管，兩個電阻為限流電阻，限流電阻兩端并聯(lián)一個短路晶閘管。Tl、T2、T3分別為三臺補(bǔ)償變壓器，三臺變壓器的同名端有一端接在一起并且與兩個橋臂公共端接在一起，另一端分別接三個橋臂。
[0018]以下結(jié)合附圖和具體工作實例針對本發(fā)明的具體工作過程做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]電源開機(jī)狀態(tài):
[0020]電源開機(jī)時，繼電器未吸合，M⑶控制電路優(yōu)先上電，此時MCU開始工作，首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢，檢測是否有故障發(fā)生。如果有故障則繼電器保持未吸合狀態(tài)，以免故障引發(fā)更嚴(yán)重的后果，同時，顯示設(shè)備顯示當(dāng)前故障狀態(tài)以預(yù)警，待故障解除之后再進(jìn)行自檢。當(dāng)通過自檢之后，由于采樣電路和調(diào)理電路都已經(jīng)正常供電，此時，加在MCU的ADC引腳的偏置電壓已經(jīng)正常建立，MCU對該電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并且進(jìn)行數(shù)字濾波，然后將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果存到相應(yīng)的寄存器或者內(nèi)存中，在之后的電源電壓有效值計算時將用該結(jié)果做差以獲得計算結(jié)果，這里每次開機(jī)都要重新檢測和校對該結(jié)果是為了消除溫度和電源電壓等隨機(jī)因素引起的誤差，相較于根據(jù)電路設(shè)計時的計算結(jié)果來進(jìn)行運算的方式，每次開機(jī)都進(jìn)行校對的方式雖然有幾個到幾十個微秒的延時但是盡可能的提高計算精度，這是該發(fā)明的算法創(chuàng)新點之一。在系統(tǒng)經(jīng)過偏置電壓校對之后，MCU控制晶閘管Ql、Q3、Q5、Q7 (或者Q2、Q4、Q6、Q8)閉合，這是為了當(dāng)主電路通電時保證所有變壓器的一次側(cè)短路，防止由于二次側(cè)流過負(fù)載電流而導(dǎo)致鐵心飽和使得一次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)高壓。
[0021]電源補(bǔ)償運行:
[0022]如圖2所示，當(dāng)輸入電源電壓出現(xiàn)升高時，MCU的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果和有效值計算結(jié)果升高，M⑶執(zhí)行負(fù)補(bǔ)償策略(以Tl負(fù)補(bǔ)償為例)J⑶輸出控制信號控制晶閘管Ql、Q9、Ql2開通，使得Tl進(jìn)入負(fù)向補(bǔ)償運行狀態(tài);Q4、Q6、Q8開通，使得Τ2，Τ3處于短路狀態(tài);其余晶閘管閉合(閉合是什么含義?導(dǎo)通?關(guān)斷？)。當(dāng)輸入電源電壓出現(xiàn)降低時，MCU的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果和有效值計算結(jié)果降低，MCU執(zhí)行正補(bǔ)償策略(以Tl正補(bǔ)償為例)JCU輸出控制信號控制晶閘管Q2、Q8、Ql I開通，使得Tl進(jìn)入正向補(bǔ)償運行狀態(tài);Q3、Q5、Q7開通，使得Τ2，Τ3處于短路狀態(tài)，其余晶閘管閉合。其余變壓器的補(bǔ)償方式類似，控制策略也類似在此不多贅述。
[0023]圖中可以得出，Tl工作在正補(bǔ)償狀態(tài)，Τ2、Τ3—次側(cè)短路運行。當(dāng)其他變壓器工作在正補(bǔ)償狀態(tài)時，電路結(jié)構(gòu)類似。由于其電路結(jié)構(gòu)與反補(bǔ)償電路是對稱的，在此不多贅述。
[0024]狀態(tài)切換過程:
[0025]如圖2所示，當(dāng)輸入電壓由正常向電壓過低過渡時，系統(tǒng)應(yīng)該從無補(bǔ)償切換到正補(bǔ)償運行狀態(tài)。假設(shè)無補(bǔ)償狀態(tài)是Q1、Q3、Q5、Q7開通，三臺補(bǔ)償變壓器一次側(cè)短路運行。此時所采取的策略是:進(jìn)入Tl正補(bǔ)償狀態(tài)時，需要給Ql 1、Q2開通信號，同時給Ql關(guān)斷信號，電路穩(wěn)定運行后即進(jìn)入正補(bǔ)償狀態(tài)，此時無需考慮死區(qū)階段，因為此時Rl和R2對電流起到了限制作用。如果電壓從過低向正常過渡時，系統(tǒng)應(yīng)該退出補(bǔ)償狀態(tài)，此時所采取的策略應(yīng)該是，假如Tl工作在正補(bǔ)償，此時Qll是開通狀態(tài)，先給Qll—側(cè)的所有晶閘管(Q1、Q3、Q5、Q7)觸發(fā)信號，同時給Q2、Q10關(guān)斷信號，等待1ms確認(rèn)關(guān)斷后即進(jìn)入無補(bǔ)償狀態(tài)。這里需要著重說明，該無補(bǔ)償狀態(tài)的存在是至關(guān)重要的，不可以跳過該狀態(tài)直接進(jìn)入與之相反的補(bǔ)償狀態(tài)，此時變壓器由于在一次側(cè)短路，晶閘管再次開通所承受的電壓大大降低。如果從無補(bǔ)償狀態(tài)切換至其他狀態(tài)，則根據(jù)上述補(bǔ)償策略進(jìn)行控制。
【主權(quán)項】
1.無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其特征在于:包括無觸點交流穩(wěn)壓電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于微控制器MCU的主控制電路，無觸點交流穩(wěn)壓電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于微控制器MCU的主控制電路連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其特征在于:所述無觸點交流穩(wěn)壓電源主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指，接觸器串聯(lián)在整個橋臂電路之前;限流電阻與橋電路串聯(lián)，并且每個限流電阻并聯(lián)一個電子開關(guān);最后一對橋臂與限流電阻以及橋電路并聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其特征在于:微控制器MCU的主控制電路指，微控制器ARM最小系統(tǒng)電路、信號采集電路、光耦隔離、放大電路、輸出執(zhí)行電路、顯示電路，以及用于多設(shè)備互聯(lián)和信號匯總的通訊電路;信號采集電路與微控制器ARM最小系統(tǒng)電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，放大電路輸入端直接與微控制器ARM的I/O接口相連，放大電路輸出端與光親相連，光親驅(qū)動雙向電子開關(guān)，雙向電子開關(guān)控制變壓器的投切，通訊電路與微控制器ARM最小系統(tǒng)電路的通訊接口連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其特征在于:微控制器ARM最小系統(tǒng)電路包括:與微控制器直接相連的外圍晶振、電阻電容網(wǎng)絡(luò)電路。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其特征在于:信號采集電路包括電流和電壓采樣以及調(diào)理電路。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其特征在于:顯示電路包括與微控制器的I/O接口相連的LED信號指示燈或IXD顯示屏電路。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無觸點交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其特征在于:通訊電路包括與微控制器通訊端口相連的通訊信號調(diào)理電路以及與其他設(shè)備互聯(lián)相的標(biāo)準(zhǔn)接口電路。
【文檔編號】G05F1/14GK106054997SQ201610471136
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】劉新正, 方強(qiáng), 張厚成, 李朋翔
【申請人】西安交通大學(xué), 南京深科博業(yè)電氣股份有限公司