CN103124141A - 一种电力检修试验设备计量校验专用高稳定度变频电源 - Google Patents

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一种电力检修试验设备计量校验专用高稳定度变频电源，将交流电转变为直流电的整流滤波电路与将直流电转变为交流电的逆变电路级联；逆变电路的输出端与隔离变压器的初级线圈连接，隔离变压器的次级线圈与低压无功补偿电路的信号输入端连接。主要由时间继电器组成的缓冲起动电路的信号输出端与整流滤波电路的信号输入端连接。它具有输入输出电源隔离保护功能，以及自动稳压、频率宽可调、输出电压可调、抗干扰性能好的特点。

Description

一种电力检修试验设备计量校验专用高稳定度变频电源
技术领域
本发明涉及一种电力控制试验仪器用的电源装置，特别是配套于电力检修试验设备移动实验室用的高稳定度、变频、正弦波、微畸变的交流变频电源装置。
背景技术
输变电状态检修试验工作承担着诊断变电设备缺陷的重要任务，对保障电网的安全运行具有重要作用。但是目前对状态检修试验仪器及设备的准确性及功能的溯源工作都在各省级电科院具备稳定电源系统、恒温、恒湿的试验室进行，不能够实时地对设备进行校准工作。跟据此情况研发了电力检修试验设备移动实验室，能够上门进行设备的校准溯源工作，但现场电源的稳定度、频率、波形及畸变等参数常常无法满足标准仪器设备的试验要求。因此需要一种专用配套于电力检修试验设备移动实验室的专用高稳定电源。
发明内容
本发明内容的目的是提供一种具有输入输出电源隔离保护的电力检修试验设备计量校验专用高稳定度变频电源。
本发明的目的是这样实现的：一种电力检修试验设备计量校验用变频电源，包括将交流电转变为直流电的整流滤波电路，将直流电转变为交流电的逆变电路，低压无功补偿电路，所述整流滤波电路与所述逆变电路级联；还具有隔离变压器以及升压变压器；
所述逆变电路的输出端与隔离变压器的初级线圈连接，隔离变压器的次级线圈与所述低压无功补偿电路的信号输入端连接。
还具有主要由时间继电器组成的缓冲起动电路；缓冲起动电路的信号输出端与所述整流滤波电路的信号输入端连接。
所述逆变电路是调压稳压功率逆变电路；还具有滤波电路，低压反馈电路，单片机SPWM脉宽调制自动稳压电路，高压反馈自动调压稳压电路以及IGBT驱动电路；滤波电路与隔离变压器次级线圈连接；高压反馈自动调压稳压电路由高压取样反馈电路、单片机处理电路、D/A转换电路以及PID电路顺次级联组成；
上述PID电路由三极运算放大器组成，第一极运算放大器组成加减运算放大电路及微分电路，第二级运算放大器组成积分电路，第三极运算放大器组成反相求和放大电路；
上述高压取样反馈电路的输入端与升压变压器的高压反馈端连接；
上述单片机SPWM脉宽调制自动稳压电路组成如下：整流电路分别与三角波电路及DDS电路连接，DDS电路顺次级联D/A控制器、正弦波电路以及SPWM合成电路，三角波电路的信号输出端与SPWM合成电路连接；SPWM合成电路的信号输出端与IGBT驱动电路信号输入端连接，IGBT驱动电路的信号输出端与调压稳压功率逆变电路连接；上述PID电路的信号输出端与SPWM合成电路信号输入端连接。
还具有低压反馈电路和PID控制器；低压反馈电路的信号输入端与所述滤波电路的信号输出端连接，低压反馈电路的信号输出端与PID控制器连接，PID控制器与D/A控制器连接。
还具有用作对隔离变压器进行温度监测的过热检测电路以及保护电路；过热检测电路与保护电路连接。
还具有测量显示电路：由于低压反馈电路连接以显示低压电压测量数据、频率测量数据以及低压电流测量数据的显示电路以及与高压取样反馈电路连接以显示高电压测量数据的另一显示电路组成。
本发明是将输入的交流市电经缓起动电路、整流滤波电路输出直流电源至调压稳压功率逆变电路，并通过由单片机SPWM脉宽调制自动稳压电路及高压反馈自动调压稳压电路控制并由IGBT驱动电路驱动调压稳压功率逆变电路将输入的直流电转换成具备自动调整电压及高稳定反馈的交流电。调压稳压功率逆变电路输出上述的交流电连接至隔离变压器、滤波电路及低压无功补偿电路从而进一步提高高稳定度正弦波交流变频电源输出电源的稳定度、功率因数、带无功负载能力以及波形畸变等。用于输变电状态检修试验的电源输入时，可有效的减小因输入电源的稳定度、波形畸变等引入的环境误差。
本发明的有益效果是：
1、本发明运用了缓启动电路进行先通波副较小、频率稳定的启动电流将调压稳压功率逆变电路中大功率调压逆变模块缓时启动，从而有效的保护了因大容量储能电容的充电效应，系统中会出现很大的冲击电流导致大功率调压逆变模块的损坏；
2、本发明运用高、低压反馈采用并采用二种方式的稳压电路提高了输出电压的稳定度；运用隔离变压器将输入电源及输出电源回路进行隔离；
3、本发明运用低压无功补偿的方式有效的提高了电源的带负载能力以及波形畸变。并具备高压电压测量、低压电压测量、频率测量以及低压电压测量等实时测量电路，从而人性化地运用到输变电状态检修试验设备校验中去。
本发明具有自动稳压、调节频率宽、输出电压工作可调范围大、工作效率高、电路简洁和抗干扰性能良好等特点。
说明书附图
图1是本发明高稳定度变频电源使用原理图。
图2是本发明高稳定度变频电源内部原理图。
图3是本发明高稳定度变频电源总体理图。
具体实施方式
如图所示，电力检修试验设备计量校验专用高稳定度变频电源的具体实施方式描述如下：
图2示出，本发明电力检修试验设备计量校验专用变频电源，包括整流滤波电路2与逆变电路级联；上述逆变电路的输出端与隔离变压器8的初级线圈连接，隔离变压器8的次级线圈与所述低压无功补偿电路10的信号输入端连接。主要由时间继电器组成的缓冲起动电路1的信号输出端与整流滤波电路2的信号输入端连接。
上述逆变电路采用调压稳压功率逆变电路7；滤波电路9与隔离变压器8次级线圈连接；高压反馈自动调压稳压电路17由高压取样反馈电路18、单片机处理电路19、D/A转换电路20以及PID电路21顺次级联组成；
上述PID电路21由三极运算放大器组成，第一极运算放大器组成加减运算放大电路及微分电路，第二级运算放大器组成积分电路，第三极运算放大器组成反相求和放大电路；
上述高压取样反馈电路18的输入端与升压变压器的高压反馈端24连接；
上述单片机SPWM脉宽调制自动稳压电路4组成如下：整流电路分别与三角波电路及DDS电路连接，DDS电路顺次级联D/A控制器20、正弦波电路5以及SPWM合成电路16，三角波电路的信号输出端与SPWM合成电路16连接；SPWM合成电路16的信号输出端与IGBT驱动电路6信号输入端连接，IGBT驱动电路6的信号输出端与调压稳压功率逆变电路7连接；上述PID电路21的信号输出端与SPWM合成电路16信号输入端连接。
低压反馈电路3的信号输入端与滤波电路9的信号输出端连接，低压反馈电路3的信号输出端与PID控制器连接，PID控制器与D/A控制器20连接。
过热检测电路23与保护电路22连接。
还具有测量显示电路：由于低压反馈电路3连接以显示低压电压测量数据、频率测量数据以及低压电流测量数据的显示电路以及与高压取样反馈电路连接以显示高电压测量数据的另一显示电路组成。
如图2所示，220V（或380V）的交流电压经过缓起动电路1后，经过整流滤波电路2后变成电压可调的直流电，该直流电经调压稳压功率逆变电路7将直流电压逆变成交流电后送至隔离变压器8，从而使输入电源及输出主回路进行电气隔离；并运用滤波电路9输出稳定、小畸变的正弦波交流电压及低压无功补偿电路10提高输出的补偿功率并提高输出功率因数。图1示出，升压变压器次级输出输变电状态检修试验设备校验所需的高稳定度的高压电。
高稳定度变频电源通电工作时，输入电源由缓启动电路1控制，将调压稳压功率逆变电路7中大功率调压逆变模块进行缓时启动，以保护大功率调压逆变模块因大容量储能电容的充电效应，系统中会出现很大的冲击电流引起的冲击电流造成的元器件损坏（缓启动电路是一个复杂的控制及延时功能，用到不少的继电器和逻辑控制器，实现的功能是类似继电器）。
调压稳压功率逆变电路7按如下方式进行工作：单片机处理电路根据取样低压反馈电路3的反馈量控制D/A转换电路的输出，该输出和振荡电路的输出共同经SPWM合成电路16合成量控制IGBT驱动电路从而调整调压稳压功率逆变电路7的输出电压幅度，从而稳定输出电压。因此当单片机处理电路控制D/A转换电路的输出电压由零逐步增大并不断调整时，输出的高压也由零逐步增大并不断调整，单片机经过软件程序编程实现SPWM调制波实现逆变桥IGBT器件的控制，由低压反馈采样电压通过PID控制来实现与采样电压比例比较控制占空比的大小，后将SPWM信号经IGBT驱动电路送至桥式逆变电路（即调压稳压功率逆变电路）调整电压的大小来实现稳压。
如图3所示：该高压反馈自动调压稳压电路17的高压取样反馈电路18信号取自本发明外部的串级变的高压反馈，经过依次相连接的高压取样反馈电路18、单片机处理电路19、D/A转换电路20、PID电路21、保护电路22及过热检测23等至SPWM合成电路16从而控制合成量以控制IGBT驱动电路从而调整调压稳压功率逆变电路7的输出电压幅度，从而稳定输出电压。单片机处理电路19从取样反馈电路中接收到的电压与升压变压器输出的高压成固定比例关系，单片机处理电路根据接收的电压控制输入到D/A转换电路20中的数字电压值，该数字电压值通过D/A转换电路20转换为相应模拟电压输入至PID电路21，PID电路21由三级运算放大器组成，第一级运放组成加减运算放大电路及微分电路，该运放将来自D/A转换电路20输出的电压信号放大，并从其PID电路21输出；来自采样电路的输入电压从该运放的反相输入端输入，形成深度负反馈，其作用是使输出脚的输出电压更稳定；第二级运放组成积分电路，其作用是消除自激振荡和去掉纹波，同时消除干扰信号，使得从该芯片输出脚输出的电压信号更平稳；第三级运放是反相求和放大电路，其作用是将第二级运放来的信号与一个直流电压进行叠加，该直流电压的大小由电位器送入直流电的大小来调节，将信号与直流电压叠加起到调整零位的作用。
如图3高稳定度变频电源总体原理图所示：高压取样反馈电路18从图1所示高压反馈24处获取所述的采样输入电压，该电压驱使光耦集成电路2GO1的发光二极管发光（图3中，D/A转换电路20与PID电路21之间还有光耦集成电路2GO1），采样输入电压的大小决定了发光量的大小，经光敏管接收后并转换成电压信号进入SPWM合成电路16以形成高压反馈。因此，通过采用上述自动调压控制回路，可稳定的控制整流电路的输出电压幅度，达到自动且稳定升压的目的。
经过以上所述的高、低压双级反馈并将反馈信号送至PID电路，再由D/A控制器，再由单片机经过软件程序编程实现SPWM调制波实现逆变桥IGBT器件的控制，通过反馈电压与采样电压比例比较控制占空比实现稳压。具有自动稳压、调节频率宽、输出电压工作可调范围大、工作效率高、电路简洁和抗干扰性能良好等特点。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制。
所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。
PID（比例积分微分）英文全称为Proportion Integration Differentiation，它是一个数学物理术语。
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用， PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。 

Claims (6)

1.一种电力检修试验设备计量校验专用变频电源，包括，将交流电转变为直流电的整流滤波电路（2），将直流电转变为交流电的逆变电路，低压无功补偿电路（10），其特征是，所述整流滤波电路（2）与所述逆变电路级联；还具有隔离变压器（8）以及升压变压器；
所述逆变电路的输出端与隔离变压器（8）的初级线圈连接，隔离变压器（8）的次级线圈与所述低压无功补偿电路（10）的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种电力检修试验设备计量校验专用变频电源，其特征是，还具有主要由时间继电器组成的缓冲起动电路（1）；缓冲起动电路（1）的信号输出端与所述整流滤波电路（2）的信号输入端连接。
3.据权利要求2所述的一种电力检修试验设备计量校验专用变频电源，其特征是，所述逆变电路是调压稳压功率逆变电路（7）；还具有滤波电路（9），低压反馈电路（3），单片机SPWM脉宽调制自动稳压电路（4），高压反馈自动调压稳压电路（17）以及IGBT驱动电路（6）；滤波电路（9）与隔离变压器（8）次级线圈连接；高压反馈自动调压稳压电路（17）由高压取样反馈电路（18）、单片机处理电路（19）、D/A转换电路（20）以及PID电路（21）顺次级联组成；
上述PID电路（21）由三极运算放大器组成，第一极运算放大器组成加减运算放大电路及微分电路，第二级运算放大器组成积分电路，第三极运算放大器组成反相求和放大电路；
上述高压取样反馈电路（18）的输入端与升压变压器的高压反馈端（24）连接；
上述单片机SPWM脉宽调制自动稳压电路（4）组成如下：整流电路分别与三角波电路及DDS电路连接，DDS电路顺次级联D/A控制器（20）、正弦波电路（5）以及SPWM合成电路（16），三角波电路的信号输出端与SPWM合成电路（16）连接；SPWM合成电路（16）的信号输出端与IGBT驱动电路（6）信号输入端连接，IGBT驱动电路（6）的信号输出端与调压稳压功率逆变电路（7）连接；上述PID电路（21）的信号输出端与SPWM合成电路（16）信号输入端连接。
4.据权利要求3所述的一种电力检修试验设备计量校验专用变频电源，其特征是，还具有低压反馈电路（3）和PID控制器；低压反馈电路（3）的信号输入端与所述滤波电路（9）的信号输出端连接，低压反馈电路（3）的信号输出端与PID控制器连接，PID控制器与D/A控制器（20）连接。
5.据权利要求4所述的一种电力检修试验设备计量校验专用变频电源，其特征是，还具有用作对隔离变压器（8）进行温度监测的过热检测电路（23）以及保护电路（22）；过热检测电路（23）与保护电路（22）连接。
6.据权利要求5所述的一种电力检修试验设备计量校验专用变频电源，其特征是，还具有测量显示电路：由于低压反馈电路（3）连接以显示低压电压测量数据、频率测量数据以及低压电流测量数据的显示电路以及与高压取样反馈电路连接以显示高电压测量数据的另一显示电路组成。
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