專利名稱：單相變?nèi)鄡艋娫囱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電氣化鐵路供電技術(shù)，尤其涉及電氣化牽引鐵路供電系統(tǒng)的穩(wěn)壓穩(wěn)頻凈化電源裝置。
背景技術(shù)：
在我國電氣化鐵路系統(tǒng)中，從接觸網(wǎng)取電保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)已是供電的一種重要方式。但是接觸網(wǎng)供電電壓不穩(wěn)定，諧波干擾多，電壓畸變嚴(yán)重，存在閃變、跌落等綜合性電壓質(zhì)量問題，不穩(wěn)定電壓給用戶帶來的隱患電壓波動大導(dǎo)致用電設(shè)備容易燒毀；用電設(shè)備不能夠安全、可靠運(yùn)行給用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。隨著用電精度的要求越來越高，以前的供配電方式已經(jīng)嚴(yán)重影響了各用戶的效益，不能滿足正常用電的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種為電氣化牽引鐵路沿線車站鐵路調(diào)度信號、站場生活用電、工業(yè)用電的凈化電源，也可作為電源取電相對困難比較地區(qū)的主供電源或備用電源，且大大降低電源設(shè)備的成本和較高的供電可靠性的單相變?nèi)鄡艋娫囱b置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為所述的單相變?nèi)鄡艋娫囱b置包括依次連接的高壓隔離開關(guān)、避雷器、干式移相變壓器和輸出變壓器，其特點(diǎn)是所述的干式移相變壓器和輸出變壓器之間設(shè)置有逆變系統(tǒng)；逆變系統(tǒng)包括逆變主電路模塊，用于控制逆變主電路模塊的逆變控制電路模塊，和逆變控制電路模塊相連接的顯示電路模塊，逆變主電路模塊和逆變控制電路模塊相互連接。所述的顯示電路模塊采用LED數(shù)碼管顯示。通過對輸出電壓、電流以及頻率的采集處理，可以顯示電源的頻率、電壓、電流、功率、功率因數(shù)等指標(biāo)，同時可以顯示電源的工作狀態(tài)即工作、故障等信息；所述的逆變主電路模塊包括依次連接的交流濾波模塊、整流橋、直流濾波器、逆變功率器件模塊、變壓器、LC濾波器和輸出濾波器；所述的逆變控制電路模塊與整流橋相連，逆變功率器件模塊與逆變控制電路模塊互聯(lián)，顯示電路模塊與逆變控制電路模塊互聯(lián)，輸出濾波器的輸出通過檢測單元模塊與逆變控制電路模塊相連；交流市電通過交流濾波模塊進(jìn)行整流，通過整流橋進(jìn)行整流，并將交流電變換為直流電，同時，通過直流濾波器進(jìn)行濾波并輸出平穩(wěn)的直流電，平穩(wěn)直流之后通過逆變功率模塊和變壓器將直流電變換為脈寬調(diào)制輸出的交流電，最終通過LC濾波器濾波，同時通過輸出濾波器輸出。所述的逆變控制電路模塊包括依次連接的基準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊、數(shù)字分頻模塊、基準(zhǔn)波數(shù)據(jù)表模塊、基準(zhǔn)波產(chǎn)生模塊和基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊；輸出電壓調(diào)整模塊與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊相連，鎖相輸入通過鎖相控制模塊與數(shù)字分頻模塊相連，基準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊與SPWM載波調(diào)整模塊相連，SPWM載波調(diào)整模塊通過三角波產(chǎn)生模塊與SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊相連，輸出反饋模塊通過基準(zhǔn)波對稱調(diào)整模塊與SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊相連，輸出反饋接輸出反饋模塊，輸出反饋模塊與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊相連，基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊與基準(zhǔn)波對稱調(diào)整模塊相連，保護(hù)監(jiān)測控制模塊分別與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊和SPWM輸出模塊相連，保護(hù)監(jiān)測控制模塊用于監(jiān)測輸出欠壓、輸出過壓、輸出過載、過熱和輸入欠過壓；SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊與SPWM輸出模塊相連，SPWM輸出模塊通過驅(qū)動電路模塊與功率器件相連，功率器件接直流輸入和交流輸出。本實(shí)用新型的有益效果是所述的單相變?nèi)鄡艋娫囱b置采用IGBT高頻開關(guān)、數(shù)字分頻、鎖相，波形瞬時值反饋控制等新技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)，輸出波形品質(zhì)好，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，動態(tài)反應(yīng)速度快，其應(yīng)用消除了直接使用電網(wǎng)供電所產(chǎn)生的不利因素，根本上避免了由于電壓頻率波動太大、波形失真大等可能造成的危害，從而保證用電設(shè)備能夠安全、可靠運(yùn)行，并克服了 UPS帶感性負(fù)載困難的缺點(diǎn)，能適用于任何負(fù)載。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的逆變系統(tǒng)原理框圖；圖3是本實(shí)用新型的逆變控制電路模塊電路連接圖。圖中1、高壓隔離開關(guān)；2、避雷器；3、干式移相變壓器；4、逆變系統(tǒng)；4_1、交流濾波模塊；4_2、整流橋；4-3、直流濾波器；4-4、逆變功率器件模塊；4-5、變壓器；4_6、LC濾波器；4_7、輸出濾波器；4-8、顯示電路模塊；4-9、逆變控制電路模塊；4-10、通過檢測單元模塊；5、輸出變壓器；6、基準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊；7、三角波產(chǎn)生模塊；8、數(shù)字分頻模塊；9、基準(zhǔn)波數(shù)據(jù)表模塊；10、SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊；11、基準(zhǔn)波產(chǎn)生模塊；12、基準(zhǔn)波對稱調(diào)整模塊；13、基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊；14、輸出反饋模塊；15、輸出電壓調(diào)整模塊；16、保護(hù)監(jiān)測控制模塊；17、SPWM輸出模塊；18、驅(qū)動電路模塊；19、功率器件。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。實(shí)施例1 :見圖1，圖2，圖3，所述的單相變?nèi)鄡艋娫囱b置包括依次連接的高壓隔離開關(guān)1、避雷器2、干式移相變壓器3和輸出變壓器5，其特點(diǎn)是所述的干式移相變壓器3和輸出變壓器5之間設(shè)置有逆變系統(tǒng)4 ;逆變系統(tǒng)4包括逆變主電路模塊22，用于控制逆變主電路模塊的逆變控制電路模塊4-9，和逆變控制電路模塊相連接的顯示電路模塊4-8，逆變主電路模塊22和逆變控制電路模塊4-9相互連接。所述的顯示電路模塊4-8采用LED數(shù)碼管顯示。通過對輸出電壓、電流以及頻率的采集處理，可以顯示電源的頻率、電壓、電流、功率、功率因數(shù)等指標(biāo)，同時可以顯示電源的工作狀態(tài)即工作、故障等信息；所述的逆變主電路模塊包括依次連接的交流濾波模塊4-1、整流橋4-2、直流濾波器4-3、逆變功率器件模塊4-4、變壓器4-5、LC濾波器4_6和輸出濾波器4_7 ;所述的逆變控制電路模塊4-9與整流橋4-2相連，逆變功率器件模塊4-4與逆變控制電路模塊4-9互聯(lián)，顯示電路模塊4-8與逆變控制電路模塊4-9互聯(lián)，輸出濾波器4-7的輸出通過檢測単元模塊4-10與逆變控制電路模塊4-9相連；交流市電通過交流濾波模塊進(jìn)行整流，通過整流橋進(jìn)行整流，并將交流電變換為直流電，同時，通過直流濾波器進(jìn)行濾波并輸出平穩(wěn)的直流電，平穩(wěn)直流之后通過逆變功率模塊和變壓器將直流電變換為脈寬調(diào)制輸出的交流電，最終通過LC濾波器濾波，同時通過輸出濾波器輸出。所述的逆變控制電路模塊包括依次連接的基準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊6、數(shù)字分頻模塊8、基準(zhǔn)波數(shù)據(jù)表模塊9、基準(zhǔn)波產(chǎn)生模塊11和基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊13 ;輸出電壓調(diào)整模塊15與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊13相連，鎖相輸入通過鎖相控制模塊20與數(shù)字分頻模塊8相連，基準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊6與SPWM載波調(diào)整模塊21相連，SPWM載波調(diào)整模塊21通過三角波產(chǎn)生模塊7與SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊10相連，輸出反饋模塊14通過基準(zhǔn)波對稱調(diào)整模塊12與SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊10相連，輸出反饋接輸出反饋模塊14，輸出反饋模塊14與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊13相連，基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊13與基準(zhǔn)波對稱調(diào)整模塊12相連，保護(hù)監(jiān)測控制模塊16分別與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊13和SPWM輸出模塊17相連，保護(hù)監(jiān)測控制模塊16用于監(jiān)測輸出欠壓、輸出過壓、輸出過載、過熱和輸入欠過壓；SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊10與SPWM輸出模塊17相連，SPWM輸出模塊17通過驅(qū)動電路模塊18與功率器件19相連，功率器件接直流輸入和交流輸出。所述的逆變控制電路主要工作過程如下由晶振、計數(shù)器芯片HCF4060BE及外圍元件組成的信號發(fā)生單元產(chǎn)生基準(zhǔn)信號，經(jīng)選擇后分兩路，一路去SPWM載波調(diào)整電路作為SPWM載頻信號，另一路輸出到二進(jìn)制計數(shù)器芯片CD4040BE進(jìn)行數(shù)字分頻及鎖相，數(shù)字分頻輸出信號從EPROM存儲芯片MC27C256B-12F1L中的數(shù)據(jù)表讀取基準(zhǔn)波數(shù)據(jù)，輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832和運(yùn)算放大器LF353組成的基準(zhǔn)正弦波產(chǎn)生電路，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生輸出基準(zhǔn)正弦波信號，基準(zhǔn)正弦波信號經(jīng)過低噪線性放大器0P070和兩塊精密基準(zhǔn)電源LM336組成的對稱性調(diào)整調(diào)整、輸出電源反饋控制輸出需求的標(biāo)準(zhǔn)正弦波輸出到雙電壓比較器LM393、施密特觸發(fā)器⑶40106BE組成的SPWM波產(chǎn)生調(diào)整單元，SPWM波產(chǎn)生調(diào)整單元另一路輸入信號來自SPWM載波調(diào)整電路的載波信號，載波信號是由基準(zhǔn)信號產(chǎn)生的，經(jīng)三極管S8550、運(yùn)算放大器LF353組成的SPWM載波調(diào)整電路和三角波產(chǎn)生電路，生成極性相反幅度相等的三角波作為載波輸出到SPWM波產(chǎn)生調(diào)整單元，SPWM信號經(jīng)調(diào)整電路調(diào)整后到與門⑶4081BE、高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列ULN2004組成的SPWM輸出電路，輸出電路受保護(hù)監(jiān)測電路控制，以保證電源及用電設(shè)備的安全，輸出的SPWM信號經(jīng)驅(qū)動電路到IGBT功率器件，將輸入功率器件的直流電源轉(zhuǎn)換為所需的交流電輸出，完成了逆變控制過程。電路中有輸出電壓瞬時反饋控制以保證電源的穩(wěn)定性及帶負(fù)載能力，主要過程為輸出電源經(jīng)檢測單元將電壓電流反饋信號經(jīng)過初步處理后分兩路，一路直接通過運(yùn)算放大器LM393組成的比較電路對基準(zhǔn)正弦波進(jìn)行負(fù)反饋控制，另一路經(jīng)過低噪線性放大器0P070和兩塊精密基準(zhǔn)電源LM336組成的精密整形調(diào)整電路反饋到數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC0832，對其輸出的基準(zhǔn)正弦波進(jìn)行迅速控制，即采用輸出電壓瞬時反饋兩次對基準(zhǔn)正弦波進(jìn)行控制和調(diào)整，達(dá)到迅速穩(wěn)定目的。電路中還有保護(hù)單元主要通過對輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、功率器件溫度等進(jìn)行監(jiān)測，具有輸入過欠壓、輸出過壓、輸出過流、輸出過載、過熱等監(jiān)測保護(hù)功能，保護(hù)電路通過控制數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832正弦波輸出以及與門⑶4081BESPWM輸出電路來實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。鎖相控制電路將外部參考電壓相位采集處理，控制數(shù)字分頻電路的工作，達(dá)到與參考電壓同相的目的。電壓調(diào)整電路由精密基準(zhǔn)電源LM336及外圍元件組成，通過調(diào)整電路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路DAC0832的參考電壓控制基準(zhǔn)正弦波的幅度，達(dá)到控制輸出電壓的目的。另外電路還有啟動電路、顯示電路以及電源電路等。本實(shí)用新型三相電源的主電路及控制電路按照三套獨(dú)立的単相電源進(jìn)行設(shè)計。主電路采用交一直一交結(jié)構(gòu)，包括整流器、直流濾波器、逆變器、交流濾波及變壓器等組成部分。其中，交-直部分為橋式整流，經(jīng)交流接觸器軟啟到電解電容濾波，得到平穩(wěn)電流。三套單相逆變電路輸出互差120電角度，在變壓器原邊彼此電氣獨(dú)立，在變壓器副邊接成星形，輸出所要求的三相交流電。電壓及波形控制針對單相輸出，采用了三套獨(dú)立的單相控制器，使三相電源的任一相均可以作為單相電源獨(dú)立使用，并可適應(yīng)任意不平衡負(fù)載，從而極大的提高了電源的負(fù)載適應(yīng)能力。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種單相變?nèi)鄡艋娫囱b置，包括依次連接的高壓隔離開關(guān)、避雷器、干式移相變壓器和輸出變壓器，其特征在于所述的干式移相變壓器和輸出變壓器之間設(shè)置有逆變系統(tǒng)；逆變系統(tǒng)包括逆變主電路模塊，用于控制逆變主電路模塊的逆變控制電路模塊，和逆變控制電路模塊相連接的顯示電路模塊，逆變主電路模塊和逆變控制電路模塊相互連接。
2.如權(quán)利要求1所述的單相變?nèi)鄡艋娫囱b置，其特征在于所述的顯示電路模塊采用LED數(shù)碼管顯示。
3.如權(quán)利要求1所述的單相變?nèi)鄡艋娫囱b置，其特征在于所述的逆變主電路模塊包括依次連接的交流濾波模塊、整流橋、直流濾波器、逆變功率器件模塊、變壓器、LC濾波器和輸出濾波器；所述的逆變控制電路模塊與整流橋相連，逆變功率器件模塊與逆變控制電路模塊互聯(lián)，顯示電路模塊與逆變控制電路模塊互聯(lián)，輸出濾波器的輸出通過檢測單元模塊與逆變控制電路模塊相連。
4.如權(quán)利要求1或3所述的單相變?nèi)鄡艋娫囱b置，其特征在于所述的逆變控制電路模塊包括依次連接的基準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊、數(shù)字分頻模塊、基準(zhǔn)波數(shù)據(jù)表模塊、基準(zhǔn)波產(chǎn)生模塊和基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊；輸出電壓調(diào)整模塊與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊相連，鎖相輸入通過鎖相控制模塊與數(shù)字分頻模塊相連，基準(zhǔn)信號產(chǎn)生模塊與SPWM載波調(diào)整模塊相連， SPWM載波調(diào)整模塊通過三角波產(chǎn)生模塊與SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊相連，輸出反饋模塊通過基準(zhǔn)波對稱調(diào)整模塊與SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊相連，輸出反饋接輸出反饋模塊，輸出反饋模塊與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊相連，基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊與基準(zhǔn)波對稱調(diào)整模塊相連，保護(hù)監(jiān)測控制模塊分別與基準(zhǔn)波幅度調(diào)整模塊和SPWM輸出模塊相連；SPWM波產(chǎn)生調(diào)整模塊與 SPWM輸出模塊相連，SPWM輸出模塊通過驅(qū)動電路模塊與功率器件相連，功率器件接直流輸入和交流輸出。
專利摘要本實(shí)用新型涉及電氣化鐵路供電技術(shù)，尤其涉及電氣化牽引鐵路供電系統(tǒng)的穩(wěn)壓穩(wěn)頻凈化電源裝置。包括依次連接的高壓隔離開關(guān)、避雷器、干式移相變壓器和輸出變壓器，其特點(diǎn)是所述的干式移相變壓器和輸出變壓器之間設(shè)置有逆變系統(tǒng)；逆變系統(tǒng)包括逆變主電路模塊，用于控制逆變主電路模塊的逆變控制電路模塊，和逆變控制電路模塊相連接的顯示電路模塊，逆變主電路模塊和逆變控制電路模塊相互連接。其采用IGBT高頻開關(guān)、數(shù)字分頻、鎖相，波形瞬時值反饋控制等新技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)，輸出波形品質(zhì)好，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，動態(tài)反應(yīng)速度快。
文檔編號H02M5/458GK202889212SQ201220619899
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者銀振剛, 李啟祥, 孫軍勇, 華有梅, 胡進(jìn)寶, 張小鵬, 梁曉軍, 薛君梅, 張萍, 張俊秀, 謝隴漢, 高保德 申請人:蘭州銀利電器設(shè)備有限責(zé)任公司