CN104201917A - 一种可调压叠频的电压源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调压叠频的电压源，包括直流电源、PWM逆变器、三相滤波器、变压器，PWM逆变器的输入端接直流电源的输出端，PWM逆变器的输出端经三相滤波器后接所述变压器原边绕组的首端，变压器原边绕组的末端接入三相电网，直流电源正负极之间连接有滤波电容。本电压源的电压调节控制灵活，可通过单套逆变器生成较大的电压矢量，然后通过两种电压矢量的夹角控制，生成较低的电压，直至零电压，因此本电压源在低电压输出时电压精度高、谐波小；当逆变器输出的频率与电网频率不一致，则为叠频输出，可用于异步电机的温升试验；且使用本电压源进行异步电动机温升试验时，试验步骤简单，不需要专用的控制软件，对控制要求较低。

Description

一种可调压叠频的电压源

技术领域

本发明涉及一种电压源，特别涉及电压源拓扑结构的改进。

背景技术

异步电机温升试验法有直接负载法和等效负载法。等效负载法又分为叠频法和降低电压负载法。采用叠频法进行异步电动机温升试验时不需要进行机械联接，所以该法特别适用于立式异步电动机、超设备容量的异步电机及低速异步电机而又没有合适陪试电机的温升试验，对于普通的异步电机，叠频法温升试验则可以减少对组装配的时间及减少试验时的能源消耗。

国标《GB/T 1032-2005 三相异步电动机试验方法》中，叠频温升试验传统方法采用的是发电机作为主电源和副电源，发电机由拖动机拖动发电，因此，传统的叠频试验方法占用的设备复杂庞大，调整繁琐，自动化程度不高。

现在随着电力电子及其相关技术的发展，变频试验电源在电机试验行业中被逐步应用，用变频试验电源实现异步电机叠频温升试验，既节约能源，又简便易行。现行的温升试验专用变频试验电源采用专用控制软件，试验时，要求先用主调制波控制变频器输出一个单一频率的正弦电压驱动被试电机空载运行，然后逐步增加副调制波的幅值直至达到温升试验的相应条件，其控制要求较高。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺陷，提供一种可调压叠频的电压源。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

可调压叠频的电压源，其特征在于包括：直流电源、PWM逆变器、三相滤波器、变压器，所述PWM逆变器的输入端接直流电源的输出端，PWM逆变器的输出端经三相滤波器后接所述变压器原边绕组的首端，所述变压器原边绕组的末端接入三相电网，所述直流电源正负极之间连接有滤波电容。

本发明还具有如下进一步的改进：

1、所述变压器为三相变压器或三个单相变压器组成的变压器组。

2、所述变压器的次边绕组为星形或角形连接方式。

3、所述PWM逆变器为两电平三相PWM逆变器或三电平三相PWM逆变器中的一种。

4、所述三相滤波器为LC三相滤波器，LC三相滤波器的三相电容呈星形连接或角形连接。

5、所述三相滤波器为LCL三相滤波器，LCL三相滤波器的三相电容呈星形连接或角形连接。

6、所述变压器原边绕组的第二端与三相电网之间接有调压器。

7、本发明还具有PWM控制器，所述PWM控制器的控制信号输出端与所述PWM逆变器连接。

本发明可调压叠频的电压源，采用一台三相逆变器，其输出电压给变压器原边绕组的首端供电，变压器原边绕组末端由电网电压供电。工频工况时，通过对逆变电路的输出三相电压进行幅值和相位等的控制，经过原边的滤波器滤波后，在变压器次边产生电压可调节的工频电压；当逆变器输出的频率与电网频率不一致，则为叠频输出，可用于异步电机的温升试验；该逆变器也可当作谐波发生器，在工频电压的基础上叠加谐波。

本发明有益效果如下：

1、电源的电压调节控制灵活，可以通过逆变器产生电压矢量，用矢量合成法进行电压调节。通过调节逆变器和电网的电压矢量夹角来进行电压控制。

2、变压器首末两端的输出电压一致时，可通过逆变器生成较大的电压矢量，然后通过两种电压矢量的夹角控制，生成较低的电压，直至零电压，因此本电压源在低电压输出时电压精度高、谐波小。

3、当逆变器输出不同于工频的频率，则可输出叠频电压，用小容量的逆变电源实现异步电机的温升试验。且使用本电压源进行异步电动机温升试验时，试验步骤简单，不需要专用的控制软件，对控制要求较低。

4、电网电压可做基波输出，逆变器做为谐波发生器，扩宽了本电压源的应用领域。

本发明涉及对电压源拓扑结构的改进，该拓扑结构所带来的有益效果不依赖于软件或逆变器控制方法而实现。

附图说明

图1是本发明实施例一电路原理框图。

图2是两电平三相PWM逆变器拓扑图。

图3是三电平三相PWM逆变器拓扑图。

图4是电容呈星形连接的LC三相滤波器电路原理图。

图5是电容呈角形连接的LC三相滤波器电路原理图。

图6是电容呈星形连接的LCL三相滤波器电路原理图。

图7是电容呈角形连接的LCL三相滤波器电路原理图。

图8-图11变压器原边绕组相电压矢量合成图。

图12为本发明实施例二电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种可调压叠频的电压源，包括：直流电源E、PWM逆变器1、三相滤波器3、变压器2， PWM逆变器1的输入端接直流电源E的输出端，PWM逆变器1的输出端经三相滤波器3后接变压器2原边绕组的首端，变压器2原边绕组的末端接入三相电网，直流电源E正负极之间连接有滤波电容C。

直流电源输出的直流电经过电容滤波后输入PWM逆变器，PWM逆变器将直流电逆变成交流电，通过三相滤波器滤波后输出，根据实际所需电压的要求，（通过PWM逆变控制器）控制逆变器输出频率、幅值和相位一定的交流电压。变压器次边绕组可接成星形或角形，通过控制逆变器输出电压的频率、幅值和相位，使变压器输出电压和频率可调节的三相电压。

逆变器输出电压和电网电压，分别接变压器原边绕组的首末端，其绕组电压即为两电势差，当逆变器输出电压跟电网电压频率一致（即为工频）时，变压器次边输出可调的工频电压。其中，当逆变器输出电压跟电网电压相位相同，幅值相同时，变压器输入绕组两端电压相同，电势差为零，则输出电压为零；若电压幅值相同，相位具有较小差别时，可得到较低电压。逆变器电压幅值低于电网电压，频率不一致时，控制逆变器的输出频率和电压幅值（相序保证与电网电压相序一致），可叠频输出，可用于异步电机的温升试验。

本实施例PWM逆变器采用的是如图2所示的两电平三相PWM逆变器。除此之外，还可以选用如图3所示的三电平三相PWM逆变器。本实施例三相滤波器的方案图如图4所示，为LC三相滤波器，LC三相滤波器的三相电容呈星形连接形式，除此之外，还可以采用如图5所示的电容呈角形连接的LC三相滤波器；或者采用如图6所示电容呈星形连接的LCL三相滤波器；或者采用如图7所示电容呈角形连接的LCL三相滤波器。

逆变器输出电压和电网电压分别接变压器原边绕组的首末端，其绕组电压即为逆变器和电网输出的电势差，电压矢量合成图参见图8-图11。图中u’为逆变器输出的相电压，u’’为电网输出的相电压，u为最终获得的变压器原边绕组相电压。

图8中输出的是低电压，图9中输出的是零电压，图10中输出的是较大电压；图11输出的是最大电压。

实施例二

如图12所示，为使用本实施例电压源进行叠频试验的原理图。图中，4为调压器，M为异步电机，其余标号含义参见图1。

从图12中可知，本实施例电压源中，变压器2原边绕组的末端与三相电网之间接有调压器4，变压器2的次边绕组与异步电机M相连。

当电网电压为高电压时，逆变器可输出与工频不一致的频率电压，此时变压器次边可输出叠频电压，为异步电机供电，就可完成温升试验。试验时，先通过调压器4对异步电机M进行降压启动，使其在额定电压、额定频率下空载运行；然后，启动逆变器，对于额定频率为50Hz的电机，叠加的辅频应在38Hz～42Hz范围内选择，逐步增加输出波形的幅值直到达到叠频温升试验条件。试验过程中，逆变器输出电压小于电网电压，（通常为电网电压的10%～20%），其相序必须与电网电压相序一致。

可见，使用本电压源进行异步电动机温升试验，试验步骤简单，不需要专用的控制软件，对控制要求较低。

最后有必要在此说明的是：上述内容只用于对本发明的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可调压叠频的电压源，其特征在于，包括：直流电源、PWM逆变器、三相滤波器、变压器，所述PWM逆变器的输入端接直流电源的输出端，PWM逆变器的输出端经三相滤波器后接所述变压器原边绕组的首端，所述变压器原边绕组的末端接入三相电网，所述直流电源正负极之间连接有滤波电容。

2.根据权利要求1所述的可调压叠频的电压源，其特征在于：所述变压器为三相变压器或三个单相变压器组成的变压器组。

3.根据权利要求1所述的可调压叠频的电压源，其特征在于：所述变压器的次边绕组为星形或角形连接方式。

4.根据权利要求1所述的可调压叠频的电压源，其特征在于：所述PWM逆变器为两电平三相PWM逆变器或三电平三相PWM逆变器中的一种。

5.根据权利要求1所述的可调压叠频的电压源，其特征在于：所述三相滤波器为LC三相滤波器，LC三相滤波器的三相电容呈星形连接或角形连接。

6.根据权利要求1所述的可调压叠频的电压源，其特征在于：所述三相滤波器为LCL三相滤波器，LCL三相滤波器的三相电容呈星形连接或角形连接。

7.根据权利要求1所述的可调压叠频的电压源，其特征在于：所述变压器原边绕组的末端与三相电网之间接有调压器。

8.根据权利要求1所述的可调压叠频的电压源，其特征在于：还具有PWM控制器，所述PWM控制器的控制信号输出端与所述PWM逆变器连接。