CN101509938B

CN101509938B - 一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器

Info

Publication number: CN101509938B
Application number: CN2009100261301A
Authority: CN
Inventors: 顾启民; 涂水林; 谢启
Original assignee: Changshu Institute of Technology
Current assignee: Jiangsu Trigiant Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: CN101509938A

Abstract

一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，属于一种电流型谐波源。包括与电源相线U和零线N连接的自耦调压器TB1；混合开关电路的输入端K1与自耦调压器TB1的调节端P连接；谐振选择电路的S1端与混合开关电路的输出端K2连接，谐振选择电路的S2端与自耦调压器TB1的公共端和零线N连接；升流变压器TB2初级线圈的一端与谐振选择电路的S1端和混合开关电路的输出端K2连接，升流变压器TB2初级线圈的另一端与零线N连接，升流变压器TB2次级线圈的a、b端与被测物连接；IGBT触发电路与混合开关电路连接。优点：有利于产生丰富的谐波分量；使谐振点的电压幅值得到提升；在短时工作时其带负载能力可达到额定电流的2～3倍。

Description

一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器

技术领域

本发明涉及一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，属于一种电流型谐波源，特别是用于新颖框架式或智能断路器在出厂检验过程中进行谐波测试用的试验设备。

背景技术

新颖框架式断路器属于低压电器，是一种大电流分断设备，在出厂检验过程中需要对谐波指标进行测试，测试时框架式断路器作为负载且处于合闸(短路)状态直接与测试源连接，因此，要求能提供一种含有丰富谐波分量的低电压大电流作为测试源，属于一种电流型谐波源。经检索目前的大功率谐波源或发生器专利情况：1.如2007年1月11日申请的专利申请号为200710017221.X，名称为“基于叠加原理的大功率测试用可编程谐波电压源”和2007年5月1日申请的专利号为200720147581.7，名称为“可控型无功及谐波发生器电路”，①都属于电压型谐波源，主要用于电网中的电能质量分析和检测电压质量补偿装置的性能，②由于它是高电压输出不能用于负载短路状态时的测试，③未见产用谐振方式来提升谐波幅值，④逆变器的结构形式和控制都比较复杂；2.如1997年5月5日申请的专利号为97190494.4，名称为“用以处理信号的电路，声频系统和方法，和一种谐波发生器”和2008年3月21日申请的专利号为200820033446.4，名称为“谐波发生器”都属于小信号谐波发生器，不能用于框架式断路器的测试；3.常用的大功率低电压大电流谐波发生器谐波源一般通过可控硅对正弦波进行截波获取谐波，作为框架式断路器检验时的测试源，这种方法比较简单，也未产用谐振方式来提升谐波幅值，产生谐波分量较小，仅能用于传统断路器中3次～9次谐波测试。新颖型的框架式断路器的谐波测试范围为3次～31次，因此，无论是上述大功率谐波源或发生器或小信号谐波发生器还是采用可控硅对正弦波进行截波获取谐波的方法，都难于满足这种新颖框架式断路器的谐波测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，能产生3次～31次谐波，输出的谐波频率高、幅值大且可调，能满足各种规格框架式断路器的谐波测试。

本发明的目的是这样来达到的，一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，它包括与电源相线U和零线N连接的自耦调压器TB1；混合开关电路的输入端K1与自耦调压器TB1的调节端P连接；谐振选择电路的一端S1与混合开关电路的输出端K2连接，谐振选择电路的另一端S2与自耦调压器TB1的公共端和零线N连接；升流变压器TB2初级线圈的一端与谐振选择电路的一端S1和混合开关电路的输出端K2连接，升流变压器TB2初级线圈的另一端与零线N连接，升流变压器TB2次级线圈的两端a、b与被测物连接；IGBT触发电路与混合开关电路连接。

本发明所述的升流变压器TB2的次级线圈上连接电流互感器TA1，电流互感器TA1与变换器连接，变换器与数据采集系统连接。

本发明所述的混合开关电路由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、大功率IGBT管T1、压敏电阻RV1和第一电阻R1组成，第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极与混合开关电路的输入端K1连接，第一二极管D1的阴极与大功率IGBT管T1的漏极D、压敏电阻RV1的一端和第三二极管D3的阴极连接，第二二极管D2的阳极与大功率IGBT管T1的源极S、第一电阻R1的一端和第四二极管D4的阳极连接，第一电阻R1的另一端和压敏电阻RV1的另一端连接，第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极与混合开关电路输出端K2连接，大功率IGBT管T1的栅极G与IGBT触发电路连接。

本发明所述的谐振选择电路由第一电位器RW1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和多路选择开关SW1组成，第一电位器RW1的一端和调节端连接的S1端与混合开关电路的输出端K2和升流变压器TB2初级线圈的一端连接，第一电位器RW1的另一端分别与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的一端连接，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的另一端分别与多路选择开关SW1的4个转换触点连接，多路选择开关SW1的拨动端S2与电源零线N、自耦调压器TB1的公共端和升流变压器TB2初级线圈的另一端连接。

本发明所述的IGBT触发电路由变压器TB3、全桥QD4、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电位器RW2、第五电容C5、稳压管DW1、第一斯密特触发器U1、第二斯密特触发器U2、第一光隔离驱动器U3、第二光隔离驱动器U4组成，变压器TB3初级线圈的两端分别与电源相线V和零线N连接，变压器TB3次级线圈的两端与全桥QD4的二交流输入端连接，全桥QD4直流输出正端与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第二电位器RW2的一端连接，第二电位器RW2的调节端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端、稳压管DW1的阴极、第一斯密特触发器U1和第二斯密特触发器U2的输入端连接，第四电阻R4的另一端与第五电容C5的一端连接，全桥QD4的直流输出负端、第二电位器RW2的另一端、第五电容C5的另一端和稳压管DW1的阳极接地，第一斯密特触发器U1和第二斯密特触发器U2的输出端与第二光隔离驱动器U4的3端连接，第二光隔离驱动器U4的2端与第一光隔离驱动器U3的3端连接，第一光隔离驱动器U3的2端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端接直流电源+12，第一光隔离驱动器U3的8端和第二光隔离驱动器U4的8端接直流电源+15V，第一光隔离驱动器械U3的5端和第二光隔离驱动器U4的5端接直流电源-15V，第一光隔离驱动器U3的6、7端和第二光隔离驱动器U4的6、7端与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与混合开关电路中大功率IGBT管T1的栅极G连接。

本发明的一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，其输入端连接在三相电源的U相上，而IGBT触发电路的输入端连接在三相电源的V相上，U相与V相差120°相位角，IGBT触发电路中的固定移相电路超前移相30°角，这样使IGBT触发电路产生的触发波形与低电压大电流谐波发生器主电路电压波形相差90°，有利于产生丰富的谐波(3次～31次)分量；谐波选择电路与升流变压器TB2的初级线圈构成RLC并联谐振回路，改变谐振回路第一电位器RW1的阻值和第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的参数、可调节谐振频率，使谐振点的电压幅值得到了很大的提升；TB2采用降压变压器，带负载能力强，在短时工作时其带负载能力可达到额定电流的2～3倍。

附图及图面说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的混合开关电路原理图。

图3为本发明的谐振频率选择电路原理图。

图4为本发明的IGBT触发电路原理图。

具体实施方式

参见图1，一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器包括自耦调压器TB1、混合开关电路、IGBT触发电路、谐振频率选择电路、升流变压器TB2、电流互感器TA1和变换器。三相电源的U相220V电压连接到自耦调压器的输入端，自耦调压器次级线圈调节端P的输出电压接至混合开关的K1端，混合开关电路G端与IGBT触发电路连接，其输出K2端与谐振选择电路的S1端和升流变压器TB2初级线圈的一端连接，谐振选择电路的另一端S2与升流变压器TB2初级线圈的另一端和自耦调压器TB1的公共端连接，升流变压器TB2次级线圈的a、b端与被测物连接，电流互感器TA1检测大谐波电流经变换器形成0～5V的直流电压信号提供给数据采集系统。被测物可以是框架式断路器和智能断路器。变换器采用绵阳维搏电子责任有限公司生产的型号为WB21411U27的变换器。

参见图2，混合开关电路，大功率IGBT管T1控制由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4组成的全桥工作，压敏电阻RV1与第一电阻R1串联连接并和大功率IGBT管T1的漏极D端和源极S端并联连接来抑制瞬变电压，在IGBT触发电路控制下，使得混合开关电路的输出端K2输出的电压波形中含有丰富的谐波且可调。

参见图3，谐振频率选择电路中的第一电位器RW1的另一端分别与第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的一端连接，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4的另一端分别与多路选择开关SW1的4个转换触点连接，第一电位器RW1的一端和调节端连接的S1端与混合开关的输出端K2和升流变压器TB2初级线圈的一端连接，多路转换开关SW1的S2端与升流变压器TB2初级线圈的另一端和自耦调压器TB1的公共端连接，由谐振频率选择电路和升流变压器TB2初级线圈组成RLC谐振电路，调节第一电位器RW1和多路转换开关SW1的位置来切换电容而改变谐振回路参数，从而调节谐振频率，提升谐波幅值。

参见图4，IGBT触发电路由降压整流电路、取样移相电路、第一斯密特触发器U1 和第二斯密特触发器U2、光隔离驱动电路组成。由变压器TB3和全桥QD4组成降压整流电路，由第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电容C5、第二电位器RW2和稳压管DW1组成取样移相电路，由第一光隔离驱动器U3、第二光隔离驱动器U4和第五电阻R5组成光隔离驱动电路。三相电源的V相220V电压与变压器TB3的初级线圈连接，经降压后变压器TB3的次级线圈与全桥QD4的交流端连接、全桥QD4的直流输出端与取样移相电路连接；从取样移相电路的第二电位器RW2的调节端输出采样信号并与第三电阻R3的一端连接，经第三电阻R3、第四电阻R4、第五电容C5移相电路移相后送入第一斯密特触发器U1和第二斯密特触发器U2的输入端，稳压管DW1起到限幅保护作用；由第一斯密特触发器U1和第二斯密特触发器U2的输出端连接光隔离驱动电路的输入；光隔离驱动电路中的第五电阻R5为输入限流电阻，光隔离驱动电路输出端经第六电阻R6与大功率IGBT管T1的栅极G端连接，实现控制混合开关电路工作，产生谐波。第一光隔离驱动器U3和第二光隔离驱动器U4均采用TLP250型光隔离驱动器。

整个数据采集处理系统采用LabVIEW软件编程，在上位机的控制下进行实时数据采集、实时数据处理，实现快速测量，并采用MODBUS通信方式与框架式断路器的控制器进行数据比对，校验测量正确性。

Claims

1.一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，其特征在于它包括与电源相线(U)和零线(N)连接的自耦调压器(TB1)；混合开关电路的输入端(K1)与自耦调压器(TB1)的调节端(P)连接；谐振选择电路的一端(S1)与混合开关电路的输出端(K2)连接，谐振选择电路的另一端(S2)与自耦调压器(TB1)的公共端和零线(N)连接；升流变压器(TB2)初级线圈的一端与谐振选择电路的一端(s1)和混合开关电路的输出端(K2)连接，升流变压器(TB2)初级线圈的另一端与零线(N)连接，升流变压器(TB2)次级线圈的两端(a、b)与被测物连接；IGBT触发电路与混合开关电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，其特征在于所述的升流变压器(TB2)的次级线圈上连接电流互感器(TA1)，电流互感器(TA1)与变换器连接，变换器与数据采集系统连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，其特征在于所述的混合开关电路由第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、大功率IGBT管(T1)、压敏电阻(RV1)和第一电阻(R1)组成，第一二极管(D1)的阳极和第二二极管(D2)的阴极与混合开关电路的输入端(K1)连接，第一二极管(D1)的阴极与大功率IGBT管(T1)的漏极(D)、压敏电阻(RV1)的一端和第三二极管(D3)的阴极连接，第二二极管(D2)的阳极与大功率IGBT管(T1)的源极(S)、第一电阻(R1)的一端和第四二极管(D4)的阳极连接，第一电阻(R1)的另一端和压敏电阻(RV1)的另一端连接，第三二极管(D3)的阳极和第四二极管(D4)的阴极与混合开关电路输出端(K2)连接，大功率IGBT管(T1)的栅极(G)与IGBT触发电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，其特征在于所述的谐振选择电路由第一电位器(RW1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)和多路选择开关(SW1)组成，第一电位器(RW1)的一端和调节端连接的(S1)端与混合开关电路的输出端(K2)和升流变压器(TB2)初级线圈的一端连接，第一电位器(RW1)的另一端分别与第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)的一端连接，第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)的另一端分别与多路选择开关(SW1)的4个转换触点连接，多路选择开关(SW1)的拨动端(S2)与电源零线(N)、自耦调压器(TB1)的公共端和升流变压器(TB2)初级线圈的另一端连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于谐振方式的低电压大电流谐波发生器，其特征在于所述的IGBT触发电路由变压器(TB3)、全桥(QD4)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第二电位器(RW2)、第五电容(C5)、稳压管(DW1)、第一斯密特触发器(U1)、第二斯密特触发器(U2)、第一光隔离驱动器(U3)、第二光隔离驱动器(U4)组成，变压器(TB3)初级线圈的两端分别与电源相线(V)和零线(N)连接，变压器(TB3)次级线圈的两端与全桥(QD4)的二交流输入端连接，全桥(QD4)直流输出正端与第二电阻(R2)的一端连接，第二电阻(R2)的另一端与第二电位器(RW2)的一端连接，第二电位器(RW2)的调节端与第三电阻(R3)的一端连接，第三电阻(R3)的另一端与第四电阻(R4)的一端、稳压管(DW1)的阴极、第一斯密特触发器(U1)和第二斯密特触发器(U2)的输入端连接，第四电阻(R4)的另一端与第五电容(C5)的一端连接，全桥(QD4)的直流输出负端、第二电位器(RW2)的另一端、第五电容(C5)的另一端和稳压管(DW1)的阳极接地，第一斯密特触发器(U1)和第二斯密特触发器(U2)的输出端与第二光隔离驱动器(U4)的3端连接，第二光隔离驱动器(U4)的2端与第一光隔离驱动器(U3)的3端连接，第一光隔离驱动器(U3)的2端与第五电阻(R5)的一端连接，第五电阻(R5)的另一端接直流电源+12，第一光隔离驱动器(U3)的8端和第二光隔离驱动器(U4)的8端接直流电源+15V，第一光隔离驱动器械(U3)的5端和第二光隔离驱动器(U4)的5端接直流电源-15V，第一光隔离驱动器(U3)的6、7端和第二光隔离驱动器(U4)的6、7端与第六电阻(R6)的一端连接，第六电阻(R6)的另一端与混合开关电路中大功率IGBT管(T1)的栅极(G)连接。