CN105071667A - 一种谐波发生器及通过其对电网元件进行检测的方法 - Google Patents
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Abstract
一种谐波发生器及通过其对电网元件进行检测的方法，该谐波发生器包括三相逆变单元和计算控制单元，三相逆变单元包括依次连接的升压变压器、整流电路、逆变电路和采样电路，采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，计算控制单元包括CPU和与其连接的显示屏，采样电路连接CPU，CPU通过驱动电路驱动逆变电路中的IGBT的导通和关断；该方法包括：先通过显示屏输入谐波大小和次数传给CPU作出指令电流，然后通过载波移相和电流跟踪产生对IGBT的SPWM信号，CPU同时对采样过来的电压信号进行反推算出被测产品的端电压，从而算出相应谐波下被测产品的损耗和电抗值。
Description
技术领域：
本发明涉及谐波发生器技术领域，特别是涉及一种三相大容量的谐波发生器及通过其对电网元件进行检测的方法。
背景技术：
随着电力电子技术的快速发展，各种电力电子器件已经被运用到自动化行业的每一个角落，与我们的生活息息相关，虽然丰富了我们的生活，但是同样也带来了负面影响。过多的电力电子装置使得电网中的谐波含量越来越多，严重降低了电网的质量，同时谐波又会反过来影响电力设备，使电力设备发热、振动和产生噪声，使电力电子器件击穿，使绝缘老化，降低设备的使用寿命，甚至引发更加严重的后果。所以谐波问题的解决迫在眉睫，因而就要测试各种设备所能承受的谐波的范围。另外由于电抗器等电网元件在生产过程中无法准确得出其在谐波下的电抗值及损耗值，因此研制谐波发生器装置是必要的。
传统谐波发生器利用模拟信号源产生信号，经放大器对信号进行放大，此种方法操作繁琐，结构复杂，即使经过放大器对信号进行放大，功率仍相对较小，很难满足大功率检测的需要。
发明内容：
本发明为克服以上不足，提供了一种谐波发生器及通过其对电网元件进行检测的方法，其可有效模拟电网实际运行中的谐波情况，实现了对电抗器或变压器等电网元件的耐谐波测试，以及电抗器、变压器等电网元件在不同谐波下的电抗值和损耗的测试。
本发明的谐波发生器，为实现上述目的所采用的技术方案在于：包括三相逆变单元和计算控制单元，所述三相逆变单元包括依次连接的升压变压器、整流电路、逆变电路和采样电路，所述计算控制单元包括CPU和与其连接的显示屏，所述采样电路连接CPU，CPU通过驱动电路驱动逆变电路中的IGBT的导通和关断。
作为本发明的进一步改进，所述采样电路包括霍尔电流传感器和霍尔电压传感器,通过霍尔电流传感器采集设备输出谐波电流,通过霍尔电压传感器采集设备的端电压。
作为本发明的进一步改进，所述霍尔电流传感器和霍尔电压传感器分别经过模数转换电路连接CPU，通过模数转换电路将采集到的模拟量信号转换成数字量信号传给CPU。
作为本发明的进一步改进，所述霍尔电流传感器和霍尔电压传感器分别经过信号滤波放大电路连接模数转换电路，通过信号滤波放大电路将采集到的信号进行滤波放大后传给模数转换电路，以提高信号传输的准确性。
作为本发明的进一步改进，所述采样电路包括RC滤波电路，通过RC滤波电路采集电容两端的电压ua、ub、uc，再反推测试产品的端电压。
一种通过上述谐波发生器对电网元件进行检测的方法，采用的技术方案在于包括以下步骤：
第一步：在三相逆变单元中三相220V的供电电压通过升压变压器升压以达到测试的电压值，再经整流桥整流将交流电变成直流电，在计算控制单元中通过显示屏输入所需实验的谐波大小和次数传给CPU；
第二步：CPU根据显示屏传输过来的谐波大小和次数，在CPU中作出其指令电流波形，同时通过载波移相理论做出一个高幅值PWM控制指令和一个低幅值PWM控制指令；
第三步：CPU通过霍尔电流传感器采集系统输出的实际电流和指令电流做比较，当指令电流大于实际输出电流，则CPU选择低幅值的PWM控制指令输出给驱动电路,经驱动电路驱动逆变电路中IGBT的导通和关断；当指令电流小于实际输出电流，则CPU选择高幅值的PWM控制指令输出给驱动电路，经驱动电路驱动逆变电路中IGBT的导通和关断，从而实现高电压大电流谐波的准确快速输出；
第四步：由于是通过控制IGBT的导通与关断实现输出谐波的，所以测试产品的端电压为方波，而测试产品的损耗和电抗值需得到的电压为正旋电压，故需要将方波电压转换为等效的正旋电压，CPU通过霍尔电压传感器采集测试产品的端电压，经RC滤波电路之后，滤波电容两端的电压为正弦电压，将滤波电容两端的电压依次经信号滤波放大电路和模数转换电路处理后传给CPU，根据图4，在CPU中通过公式u＝(jωcR+1)uC进行端电压的反推得出等效的正弦端电压，从而再根据输出的实际电流算出测试产品在不同谐波下的损耗和电抗值，并通过显示屏进行显示，式中，u为传感器采集的端电压，uC为滤波电容两端电压，ω为逆变电路输出频率。
作为本发明的进一步改进，第二步中所述的载波移相的方式是为各逆变模块公用一个调制波，每个逆变模块拥有自己的载波，并且各逆变器载波相差一定角度，当调制波分配到每个逆变模块时，各自进行调制波与载波的比较，产生PWM触发脉冲。
本发明的有益效果是：本发明将自动控制技术与IGBT的驱动技术相结合，设计出一套大容量的谐波发生器，可实现通过显示屏输入20次以内谐波和基波的任意叠加，能够使CPU通过驱动电路驱动逆变电路中的IGBT的通断以输出不同的谐波，同时本发明通过多个逆变H桥串联来达到耐压要求，具体数量由所需电压和IGBT的耐压值决定，从而可产生高电压大电流，由于要实现高电压大电流的谐波输出，计算控制单元采用的主要控制策略为载波移相和电力跟踪相结合，具体是CPU先根据显示屏输入的指令电流利用载波移相的方法做出两个预期的输出指令的PWM驱动程序，一个比输入的指令电流的幅值大，一个比输入的指令电流的幅值小，再通过电流跟踪的方式采集输出的实际电流和指令电流做比较，如果输出的实际电流比输入的指令电流小就选择通过载波移相做出的高指令电流，如果输出的实际电流比输入的指令电流大，就选择根据载波移相做出的低指令电流，从而达到高电压大电流的谐波输出，有效地模拟了电网实际运行中的谐波情况。之后CPU通过霍尔电流传感器采集设备输出谐波电流iA、iB、iC，通过霍尔电压传感器采集设备的端电压，之后经滤波电路采集电容两端的电压ua、ub、uc，再反推测试产品的端电压，从而算出被测产品在不同谐波下的损耗和电抗值，进而了解待测电网元件所能承受的谐波的范围。
附图说明：
图1为谐波发生器与待测产品的结构示意图；
图2为三相逆变单元电路图；
图3为计算控制单元电路图；
图4是单项逆变输出电路等效图，其中AC为霍尔电压传感器感应过来的等效电源，R，C为滤波电路，其值已知，u为霍尔电压传感器感应过来的端电压。
具体实施方式：
参照图1至图3，该谐波发生器，包括三相逆变单元和计算控制单元，所述三相逆变单元包括依次连接的升压变压器、整流电路、逆变电路和采样电路，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，所述计算控制单元包括依次连接的接线端子、信号滤波放大电路、模数转换电路和CPU，CPU还分别连接驱动电路和显示屏，CPU通过驱动电路驱动逆变电路中的IGBT的导通和关断，所述电流采样电路包括霍尔电流传感器，所述电压采样电路包括霍尔电压传感器，霍尔电流传感器和霍尔电压传感器分别连接接线端子，所述电压采样电路还包括RC滤波电路。
一种通过上述谐波发生器对电网元件进行检测的方法包括以下步骤：
第一步：在三相逆变单元中三相220V的供电电压通过升压变压器升压以达到测试的电压值，再经整流桥整流将交流电变成直流电，在计算控制单元中通过显示屏输入所需实验的谐波大小和次数传给CPU；
第二步：CPU根据显示屏传输过来的谐波大小和次数，在CPU中作出其指令电流波形，同时通过载波移相理论做出一个高幅值PWM控制指令和一个低幅值PWM控制指令；
第三步：CPU通过霍尔电流传感器采集系统输出的实际电流和指令电流做比较，当指令电流大于实际输出电流，则CPU选择低幅值的PWM控制指令输出给驱动电路,经驱动电路驱动逆变电路中IGBT的导通和关断；当指令电流小于实际输出电流，则CPU选择高幅值的PWM控制指令输出给驱动电路，经驱动电路驱动逆变电路中IGBT的导通和关断，从而实现高电压大电流谐波的准确快速输出；
第四步：由于是通过控制IGBT的导通与关断实现输出谐波的，所以测试产品的端电压为方波，而测试产品的损耗和电抗值需得到的电压为正旋电压，故需要将方波电压转换为等效的正旋电压，CPU通过霍尔电压传感器采集测试产品的端电压，经RC滤波电路之后，滤波电容两端的电压为正弦电压，将滤波电容两端的电压依次经信号滤波放大电路和模数转换电路处理后传给CPU，根据图4，在CPU中通过公式u＝(jωcR+1)uC进行端电压的反推得出等效的正弦端电压，从而再根据输出的实际电流算出测试产品在不同谐波下的损耗和电抗值，并通过显示屏进行显示，式中，u为传感器采集的端电压，uC为滤波电容两端电压，ω为逆变电路输出频率。
第二步中所述的载波移相的方式是为各逆变模块公用一个调制波，每个逆变模块拥有自己的载波，并且各逆变器载波相差一定角度，当调制波分配到每个逆变模块时，各自进行调制波与载波的比较，产生PWM触发脉冲。
当IGBT发生短路、过压过流时，可以通过驱动电路将故障信息反馈给CPU，CPU及时作出对IGBT的关断处理，并将故障信号传给显示屏进行显示。
Claims (7)
1.一种谐波发生器，其特征在于：包括三相逆变单元和计算控制单元，所述三相逆变单元包括依次连接的升压变压器、整流电路、逆变电路和采样电路，所述计算控制单元包括CPU和与其连接的显示屏，所述采样电路连接CPU，CPU通过驱动电路驱动逆变电路中的IGBT的导通和关断。
2.根据权利要求1所述的一种谐波发生器，其特征在于：所述采样电路包括霍尔电流传感器和霍尔电压传感器。
3.根据权利要求2所述的一种谐波发生器，其特征在于：所述霍尔电流传感器和霍尔电压传感器分别经过模数转换电路连接CPU。
4.根据权利要求3所述的一种谐波发生器，其特征在于：所述霍尔电流传感器和霍尔电压传感器分别经过信号滤波放大电路连接模数转换电路。
5.根据权利要求1所述的一种谐波发生器，其特征在于：所述采样电路包括RC滤波电路。
6.一种通过权利要求1-5的任意一项所述的谐波发生器对电网元件进行检测的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：在三相逆变单元中三相220V的供电电压通过升压变压器升压以达到测试的电压值，再经整流桥整流将交流电变成直流电，在计算控制单元中通过显示屏输入所需实验的谐波大小和次数传给CPU；
第二步：CPU根据显示屏传输过来的谐波大小和次数，在CPU中作出其指令电流波形，同时通过载波移相理论做出一个高幅值PWM控制指令和一个低幅值PWM控制指令；
第三步：CPU通过霍尔电流传感器采集系统输出的实际电流和指令电流做比较，当指令电流大于实际输出电流，则CPU选择低幅值的PWM控制指令输出给驱动电路,经驱动电路驱动逆变电路中IGBT的导通和关断；当指令电流小于实际输出电流，则CPU选择高幅值的PWM控制指令输出给驱动电路，经驱动电路驱动逆变电路中IGBT的导通和关断，从而实现高电压大电流谐波的准确快速输出；
第四步：由于是通过控制IGBT的导通与关断实现输出谐波的，所以测试产品的端电压为方波，而测试产品的损耗和电抗值需得到的电压为正旋电压，故需要将方波电压转换为等效的正旋电压，CPU通过霍尔电压传感器采集测试产品的端电压，经RC滤波电路之后，滤波电容两端的电压为正弦电压，将滤波电容两端的电压依次经信号滤波放大电路和模数转换电路处理后传给CPU，根据图4，在CPU中通过公式u＝(jωcR+1)uC进行端电压的反推得出等效的正弦端电压，从而再根据输出的实际电流算出测试产品在不同谐波下的损耗和电抗值，并通过显示屏进行显示，式中，u为传感器采集的端电压，uC为滤波电容两端电压，ω为逆变电路输出频率。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：第二步中所述的载波移相的方式是为各逆变模块公用一个调制波，每个逆变模块拥有自己的载波，并且各逆变器载波相差一定角度，当调制波分配到每个逆变模块时，各自进行调制波与载波的比较，产生PWM触发脉冲。
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