CN102347618A

CN102347618A - 一种三相能量回馈装置

Info

Publication number: CN102347618A
Application number: CN2010102409768A
Authority: CN
Inventors: 李传翘
Original assignee: Guangdong East Power Co Ltd
Current assignee: Guangdong East Power Co Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-08

Abstract

一种三相能量回馈装置，设有回馈负载变换器和控制单元。回馈负载变换器设有整流器和逆变器，整流器的输入端与待测设备的输出端连接，整流器的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端接回三相电网。整流器设置有电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5和IGBT管Q6。逆变器包括电容C4、电容C5、IGBT管Q7、IGBT管Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、电感L4、电感L5、电感L6、电容C6、电容C7和电容C8。本发明作为待测设备的负载能够有效进行老化测试，又可以将系统的电能回馈到三相电网。

Description

一种三相能量回馈装置

技术领域

本发明涉及负载技术领域，特别是涉及一种三相能量回馈装置。

背景技术

在电气与电子工业领域，不论是产品研发还是量产，都要使用大量的负载设备。尤其是电气产品量产阶段，老化是很多产品必不可少的环节。为了达到老化的目的，需要让电气产品持续带负载一定的时间(例如48小时)。现有技术中，厂家大多是使用电阻作为负载。因此，在大功率产品制造领域，厂家需要大量使用诸如电阻这样的负载，大容量负载设备的费用对企业来说也是一笔不小的开支。同时，为了进行老化，厂家需要为大量的负载配置专门的安装场地、冷却设备和安防设备等等。此外，在进行老化过程中，厂家每年在负载上要消耗大量的电能。在能源问题越来越严峻的今天，老化过程的负载高消耗完全不符合国家节能降耗的需求。

因此，针对现有技术的不足，提供一种三相能量回馈装置以克服现有技术不足之处甚为必要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种三相能量回馈装置，该三相能量回馈装置作为待测设备的负载能够有效进行老化测试，又可以将系统的部分电能通过回馈负载变换器的输出端回馈到三相电网。

本发明的目的通过以下技术措施实现。

一种三相能量回馈装置，设置有回馈负载变换器，所述回馈负载变换器的输入端与待测设备的输出端连接，所述回馈负载变换器的输出端接入三相电网。

优选的，上述回馈负载变换器设置有整流器和逆变器，所述整流器的输入端与所述待测设备的输出端连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与所述三相电网连接。

进一步的，上述整流器设置有电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5和IGBT管Q6；

所述电容C3的一端、所述电感L1的一端与待测设备的A相输出端连接；

所述电容C2的一端、所述电感L2的一端与待测设备的B相输出端连接；

所述电容C1的一端、所述电感L3的一端与待测设备的C相输出端连接；

所述电容C1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电容C3的另一端接地线；

所述电感L1的另一端、IGBT管Q1的发射极、IGBT管Q2的集电极连接；

所述电感L2的另一端、IGBT管Q3的发射极、IGBT管Q4的集电极连接；

所述电感L3的另一端、IGBT管Q5的发射极、IGBT管Q6的集电极连接；

所述IGBT管Q1的集电极、所述IGBT管Q3的集电极与所述IGBT管Q5的集电极连接；

所述IGBT管Q2的发射极、所述IGBT管Q4的发射极与所述IGBT管Q6的发射极连接。

更进一步的，上述逆变器包括电容C4、电容C5、IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9、IGBT管Q10、IGBT管Q11、IGBT管Q12、电感L4、电感L5、电感L6、电容C6、电容C7和电容C8；

所述电容C4为直流电解电容，所述电容C5为直流电解电容；

所述电容C4的正极、所述IGBT管Q7的集电极、所述IGBT管Q9的集电极、所述IGBT管Q11的集电极与所述IGBT管Q5的集电极连接；

所述电容C4的负极、所述电容C5的正极与地线连接；

所述电容C5的负极、所述IGBT管Q8的发射极、所述IGBT管Q10的发射极、所述IGBT管Q12的发射极与所述IGBT管Q6的发射极连接；

所述IGBT管Q7的发射极、所述IGBT管Q8的集电极与所述电感L6的一端连接；

所述IGBT管Q9的发射极、所述IGBT管Q10的集电极与所述电感L5的一端连接；

所述IGBT管Q11的发射极、所述IGBT管Q12的集电极与所述电感L4的一端连接；

所述电感L4的另一端、所述电容C8的一端与三相电网的A相连接；

所述电感L5的另一端、所述电容C7的一端与三相电网的B相连接；

所述电感L6的另一端、所述电容C6的一端与三相电网的C相连接；

所述电容C6的另一端、所述电容C7的另一端、所述电容C8的另一端接地线。

优选的，上述回馈负载变换器设置有用于对所述整流器和所述逆变器进行高频数字控制的控制单元。

更优选的，上述控制单元包括用于对所述整流器进行高频数值控制的第一控制器和用于对所述逆变器进行高频数值控制的第二控制器。

进一步的，上述第一控制器的型号为TMS320F 2812,所述第二控制器的型号为TMS320F 2812。

本发明的一种三相能量回馈装置，设置有回馈负载变换器，所述回馈负载变换器的输入端与待测设备的输出端连接，所述回馈负载变换器的输出端接入三相电网。本发明的一种三相能量回馈装置作为待测设备的负载能够有效进行老化测试，又可以将系统的部分电能通过回馈负载变换器的输出端回馈到三相电网，因此，能够节省电能。

附图说明

结合附图对本发明作进一步的描述，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种三相能量回馈装置使用时的示意图。

图2是本发明一种三相能量回馈装置的电路图。

图3是本发明一种三相能量回馈装置的控制单元的第一控制器的控制原理图。

图4是本发明一种三相能量回馈装置的控制单元的第二控制器的控制原理图。

在图1、图2、图3和图4中，包括：

三相能量回馈装置100、

回馈负载变换器110、

整流器111、

逆变器112。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

电器产品进行老化，通常是这样进行的，如图1所示，电网提供的三相交流电通过系统输入开关K1接入后，向待测设备EUT提供电能。待测设备的输出端再接入右侧的三相能量回馈装置100，通过三相能量回馈装置100输入开关K2，三相能量回馈装置100的输出端接入回馈负载输出开关K3，K3的输出接入回馈开关K4，K4的输出返回接到系统输入开关K1。三相能量回馈装置100一方面作为待测设备EUT老化过程中的负载，另一方面三相能量回馈装置100可以将老化过程中消耗在负载上的电能加以利用，从而有效利用能源，节省电能，降低成本。

其中，三相能量回馈装置100如图2所示，设置有回馈负载变换器110，回馈负载变换器110的输入端与待测设备的输出端连接，回馈负载变换器110的输出端接入三相电网。

回馈负载变换器110设置有整流器111和逆变器112，整流器111的输入端与待测设备的输出端连接，整流器111的输出端与逆变器112的输入端连接，逆变器112的输出端与三相电网连接。

整流器111设置有电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5和IGBT管Q6。电容C3的一端、所述电感L1的一端与待测设备的A相输出端连接；所述电容C2的一端、所述电感L2的一端与待测设备的B相输出端连接；所述电容C1的一端、所述电感L3的一端与待测设备的C相输出端连接；所述电容C1的另一端、所述电容C2的另一端、所述电容C3的另一端接地线；所述电感L1的另一端、IGBT管Q1的发射极、IGBT管Q2的集电极连接；所述电感L2的另一端、IGBT管Q3的发射极、IGBT管Q4的集电极连接；所述电感L3的另一端、IGBT管Q5的发射极、IGBT管Q6的集电极连接；所述IGBT管Q1的集电极、所述IGBT管Q3的集电极与所述IGBT管Q5的集电极连接；所述IGBT管Q2的发射极、所述IGBT管Q4的发射极与所述IGBT管Q6的发射极连接。

逆变器112包括电容C4、电容C5、IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9、IGBT管Q10、IGBT管Q11、IGBT管Q12、电感L4、电感L5、电感L6、电容C6、电容C7和电容C8。所述电容C4为直流电解电容，所述电容C5为直流电解电容；所述电容C4的正极、所述IGBT管Q7的集电极、所述IGBT管Q9的集电极、所述IGBT管Q11的集电极与所述IGBT管Q5的集电极连接；所述电容C4的负极、所述电容C5的正极与地线连接；所述电容C5的负极、所述IGBT管Q8的发射极、所述IGBT管Q10的发射极、所述IGBT管Q12的发射极与所述IGBT管Q6的发射极连接；所述IGBT管Q7的发射极、所述IGBT管Q8的集电极与所述电感L6的一端连接；所述IGBT管Q9的发射极、所述IGBT管Q10的集电极与所述电感L5的一端连接；所述IGBT管Q11的发射极、所述IGBT管Q12的集电极与所述电感L4的一端连接；所述电感L4的另一端、所述电容C8的一端与三相电网的A相连接；所述电感L5的另一端、所述电容C7的一端与三相电网的B相连接；所述电感L6的另一端、所述电容C6的一端与三相电网的C相连接；所述电容C6的另一端、所述电容C7的另一端、所述电容C8的另一端接地线。

此外，回馈负载变换器110还设置有用于对整流器111和逆变器112进行高频数字控制的控制单元，控制单元包括用于对整流器111进行高频数值控制的第一控制器和用于对逆变器112进行高频数值控制的第二控制器。第一控制器的型号为TMS320F 2812,第二控制器的型号为TMS320F 2812。

本发明的三相能量回馈装置100的工作原理：回馈负载变换器110包括整流器111和逆变器112两个变换器。整流器111实现功率因数校准功能，输出直流电压。逆变器112可输出正弦电压，调节有功功率返回电网。

待测设备EUT输出的三相电压经过滤波电容器组C1，C2，C3后进入整流器111的电感L1，L2，L3。整流器111使用三相全桥结构，共有六只功率开关管IGBT：Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6。六只IGBT管由控制系统进行数字控制，采用高频开关动作来控制L1、L2、L3上电流的相位和纹波值，结合前端的滤波电容器组C1、C2、C3，可以保证从待测设备EUT汲取的电流与EUT的输出电压同相位，并且电流谐波含量小。整流器111的输出进入两组直流电解电容器组C4和C5。C4、C5电容值很大，因此U＋和U－都能保证是平滑的直流电压。直流母线输出进入逆变器112。逆变器112采用与整流器111相似的结构，同样含有六只IGBT管：Q7、Q8、Q9、Q10、Q11和Q12。六只IGBT管同样接收控制系统的高频开关控制，输出高频PWM（Pulse Width Modulation）波形。高频PWM波经过电感器L4、L5、L6和电容器C6、C7、C8滤波后，返回接到待测设备EUT的输入端，即电网。

为了实现以上功能，需要对整流器111和逆变器112进行高频数字控制。所采用的控制单元器，系统采用两块数字信号处理器芯片DSP分别作为控制整流器111的第一控制器和控制逆变器112的第二控制器。除了实现以上功能外，控制器还承担整流器111与逆变器112的故障检测、保护、系统监控、人机界面等功能。

第一控制器控制整流器111的原理,如图3所示，

首先三相电网相电压（va、vb、vc）经求模和锁相环计算求出电压模长（vm）和跟踪角度（angle）；三相相电流（ia、ib、ic）经三相静止到旋转坐标变换求出相电流在旋转坐标系下的分量有功电流（id）、无功电流（iq）、零序电流（i0）。母线的电压给定（Ud*）和电压反馈（Ud）的误差，经母线电压调节器（vd_reg）后形成有功电流给定（id*）。各电流给定（id*、iq*、i0*，其中iq*与i0*通常为0）与各电流反馈（id、iq、i0）的差分别经电流调节器（Id_reg、Iq_reg、I0_reg），加电压前馈和解耦量前馈后，经旋转到静止坐标变换和PWM发生器（DQ0 to ABC & PWM generator）后，发出三相PWM开关波形驱动开关管Q1-Q6。

第二控制器控制逆变器112的原理，如图4所示，

三相电网相电压（vpa、vpb、vpc）经求模和锁相环计算求出电压模长（vpm）和跟踪角度（angle）；三相电网相电压（vpa、vpb、vpc）经三相静止到旋转坐标变换（ABC to DQ0）求出相电压在旋转坐标系下的分量有功电压（vpd）、无功电压（vpq）、零序电压（vp0）；三相逆变电感电流（ipa、ipb、ipc）经三相静止到旋转坐标变换（ABC to DQ0）求出电流在旋转坐标系下的分量有功电流（ipd）、无功电流（ipq）、零序电流（ip0）。各电流给定（ipd*、ipq*、ip0*，其中ipq*为交流电容电流，ip0*通常为0）与各电流反馈（ipd、ipq、ip0）的差分别经电流调节器（Ipd_reg、Ipq_reg、Ip0_reg），加电压前馈和解耦量前馈、母线压差前馈后，经旋转到静止坐标变换和PWM发生器（DQ0 to ABC & PWM generator，发波时要考虑母线电压）后，发出三相PWM开关波形驱动开关管Q1-Q6。其中有功电流给定（ipd*）可设置，可保证回馈老化的负载可随意调节。

对于大功率设备老化需求，使用本发明的三相能量回馈装置100，通常只需要消耗10％左右的电能，就能实现100％的带载需求。对于批量生产的设备老化需求来说，节能会更大。此外，由于该三相能量回馈装置100能够将消耗在负载上的电能回馈到三相电源中，实现节能效果，因此，不需要厂家配备较大的安装场地、冷却设备等，因此，能够节省成本。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种三相能量回馈装置，其特征在于：设置有回馈负载变换器，所述回馈负载变换器的输入端与待测设备的输出端连接，所述回馈负载变换器的输出端接入三相电网。

2.根据权利要求1所述的三相能量回馈装置，其特征在于：所述回馈负载变换器设置有整流器和逆变器，所述整流器的输入端与所述待测设备的输出端连接，所述整流器的输出端与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端与所述三相电网连接。

3.根据权利要求2所述的三相能量回馈装置，其特征在于：所述整流器设置有电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5和IGBT管Q6；

4.根据权利要求2或3所述的连三相能量回馈装置，其特征在于：所述逆变器包括电容C4、电容C5、IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9、IGBT管Q10、IGBT管Q11、IGBT管Q12、电感L4、电感L5、电感L6、电容C6、电容C7和电容C8；

所述电容C4为直流电解电容，所述电容C5为直流电解电容；

所述电容C4的负极、所述电容C5的正极与地线连接；

5.根据权利要求4所述的三相能量回馈装置，其特征在于：所述回馈负载变换器设置有用于对所述整流器和所述逆变器进行高频数字控制的控制单元。

6.根据权利要求5所述的三相能量回馈装置，其特征在于：所述控制单元包括用于对所述整流器进行高频数值控制的第一控制器和用于对所述逆变器进行高频数值控制的第二控制器。

7.根据权利要求6所述的三相能量回馈装置，其特征在于：所述第一控制器的型号为TMS320F 2812,所述第二控制器的型号为TMS320F 2812。