CN107015037A - 一种程控试验电源装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种程控试验电源装置及应用方法，包含：波形发生器，其生成并输出正弦模拟信号；三角调制波发生器，其生成并输出双向三角载波；所述波形发生器与三角调制波发生器的输出端与比较电路模块的输入端连接；SPWM调制模块，其输入端与所述比较电路模块的输出端连接；所述大功率IPM开关模块，其输入端与所述SPWM调制模块的输出端连接；低通滤波器，其输入端与所述大功率IPM开关模块的输出端连接。本发明具有自动化输出调频调幅的三相变频电源的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种程控试验电源装置，特别涉及一种多功能线圈类设备综合参数测试装置的程控试验电源装置及应用方法。
背景技术
线圈类设备(如各类变压器、互感器等)在电力系统的各类设备中占有极其重要的地位，而其电气试验项目较其他设备而言项目往往更多且更复杂。目前市场上针对线圈类设备每项试验基本都需配置一套专用试验仪器，且试验仪器都较为笨重。因此完成一个设备的试验往往需要多台仪器。受限于场地及电源等因素，在现场工作中需要反复将仪器搬前搬后以及多次重复接线，工作效率较低。
一直以来在互感器和电力变压器电气试验中，一般都是采用分立的检测设备进行测试的。试验电源通常采用电源控制箱(调压器)进行调节。再配合各种电压表、电流表和功率表等表计进行测量。电源控制箱主要是由一台自耦调压器构成的，通常需要人工操作调节，试验过程需要人工边观察表计边调节电压，还得记录相应的测量结果。对操作人员的要求比较高，操作过程也比较繁琐，不利于实现自动测量。随着电子技术的发展，迎来了数字化的时代，测量仪器也朝着智能化，数字化发展，目前大部分的测量仪器都已经实现数字化，但在工频耐压、空负载及伏安特性等试验中还是普遍采用自耦调压器作为试验电源，基本上以手工操作为主。试验时需要现场连接电源控制箱和测量表计，比较费时费力，自动化程度不高。
发明内容
本发明目的是提供一种程控试验电源装置及应用方法，通过采用可程控的电子调压装置代替传统的自耦调压器，实现使所述程控试验电源装置具有可调压调频功能，输出电压频率稳定性好的电压连续可调的正弦波试验电源的目的。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种程控试验电源装置，包含：波形发生器，其生成并输出正弦模拟信号；三角调制波发生器，其生成并输出双向三角载波；所述波形发生器与三角调制波发生器的输出端与比较电路模块的输入端连接；SPWM调制模块，其输入端与所述比较电路模块的输出端连接；所述大功率IPM开关模块，其输入端与所述SPWM调制模块的输出端连接；低通滤波器，其输入端与所述大功率IPM开关模块的输出端连接。
优选地，所述波形发生器进一步包含：所述波形发生器的时钟发生器产生的脉冲驱动所述波形发生器的计数器，所述计数器输出扫描波形数据ROM的地址线，并依次将所述ROM中正弦变化的数据输出至所述波形发生器的D/A转换器的输入端，所述D/A转换器的输出端输出正弦模拟信号。
优选地，所述程控试验电源装置进一步设有数字调幅电路：所述数字调幅电路设有的D/A转换器接收所述波形发生器产生的正弦模拟信号，设置所述D/A转换器的调幅数据，对所述正弦模拟信号的调幅，并通过所述D/A转换器输出经调幅后的正弦信号。
优选地，所述程控试验电源装置进一步包含一整流器，其与大功率IPM开关模块连接。
优选地，所述SPWM调制模块进一步设有反相器、第一功率驱动模块与第二功率驱动模块；所述反相器的输入端与比较电路模块的输出端连接，所述反相器的输出端与第二功率驱动模块的第一端连接；所述第二功率驱动模块的第二端与大功率IPM开关模块的输入端连接；所述第一功率驱动模块的第一端与比较电路模块的输出端连接，其第二端与大功率IPM开关模块的输入端连接。
本发明另一个技术方案为一种利用上述程控试验电源装置的应用方法，包含：通过比较电路模块对所述正弦模拟信号与所述双向三角载波做比较处理并输出；所述SPWM调制模块对所述经比较电路模块处理的信号进行调制，并输出；所述大功率IPM开关模块对所述调制后的信号进行输出幅值为300V，频率为30HZ到300HZ的交流电压。
优选地，所述SPWM调制模块通过利用波形发生器产生两个极性相反的参考正弦波与三角调制波发生器产生的双向三角载波交截，通过比较器产生驱动电压信号，来驱动所述SPWM调制模块。
通过所述第一与第二功率驱动模块对所述稳压信号进行SPWM调制，输入所述第一功率驱动模块的稳压信号进一步分为两个极性相反的参考正弦波μg和-μg，所述第二功率驱动模块中的稳压信号为双向三角载波μc，所述参考正弦波μg和-μg与双向三角载波μc交截产生的功率开关驱动信号进行调制；所述参考正弦波含有2个基波μg和-μg。所述μg基波与所述三角波μc交截产生μa和与其互补信号所述-μg基波与μc基波交截也产生μb信号和信号；疏忽电压μo的正半周是由μa和μb的与逻辑决定的；当μa，μb为高电平时，使得μo＝μd；当μa或μb有一个为低电平时，使得μo＝0；在正半周内，μa的高电平一直比μb的低电平区宽，输出电压μo中包含μd和0两个电平；在负半周输出电压μo由μa和的与逻辑决定，它只包含0和-μd两个电平。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
通过采用数字波形合成技术与大功率SPWM脉宽调制技术，使所述程控试验电源装置具有自动化输出调频调幅的三相变频电源的优点。采用了可程控的电子调压装置代替传统的自耦调压器，它具有可调压调频功能，输出电压频率稳定性好。本程控电源采用SPWM调制波，控制大功率IPM开关模块的工作。这样由高性能数字信号处理器进行控制的SPWM调制技术设计的数字电源，可输出电压连续可调的正弦波试验电源，可减少设备投资，缩短现场试验时间，提高工作效率，产生经济效益。
附图说明
图1为本发明一种程控试验电源装置的波形发生器的结构框图；
图2为本发明一种程控试验电源装置的波形发生器发出的正弦信号数字调幅电路原理框图；
图3为本发明一种程控试验电源装置的结构框图；
图4为本发明一种程控试验电源SPWM调制原理的示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
结合如图1至图4所示，本发明一种程控试验电源装置，包含：波形发生器，三角调制波发生器，比较电路模块，SPWM调制模块，大功率IPM开关模块与低通滤波器。
所述波形发生器与三角调制波发生器的输出端与所述比较电路模块的输入端连接，所述比较电路模块的输出端与所述SPWM调制模块的输入端连接，所述SPWM调制模块的输出端与所述大功率IPM(Intelligent Power Module智能功率模块)开关模块的输入端连接，所述大功率IPM开关模块的输出端与所述低通滤波器的输入端连接；
所述三角调制波发生器用于生成并输出双向三角载波。
如图1所示，所述波形发生器进一步包含:时钟发生器，计数器，波形数据ROM模块与D/A转换器，
所述波形发生器的工作原理为：通过所述波形发生器的时钟发生器产生的脉冲，去驱动所述波形发生器的计数器，所述计数器输出用于扫描波形数据ROM的地址线，这样依次将所述ROM中正弦变化的数据输出至所述波形发生器的D/A转换器的输入端，通过D/A转换器的输出端输出正弦模拟信号。
如图2所示，所述程控试验电源装置进一步设有数字调幅电路，将所述波形发生器产生的正弦模拟信号输入到调幅电路设有的D/A转换器中，主控机通过设置所述D/A转换器的调幅数据，实现对所述正弦模拟信号的调幅，并通过所述D/A转换器输出经调幅后的正弦信号。
如图3所示，所述经调幅后的正弦信号作为反馈电压，所述双向三角载波作为采样电压，通过所述比较电路模块，将所述反馈电压与采样电压比例比较控制占空比并输出稳压信号，所述SPWM调制模块接收所述稳压信号，所述稳压信号分为两路，其中一路直接输出至所述SPWM调制模块设有的第一功率驱动模块，另一路通过所述SPWM调制模块设有的反相器对所述稳压信号进行反相并输出至所述SPWM调制模块设有的第二功率驱动模块。
所述程控试验电源装置进一步设有整流器采用模数-数模变换，将输入50Hz，220V交流的市电整流成300V无高频、低频电压瑕疵的纯净直流电压，输入大功率IPM开关模块。
如图4所示，通过所述第一与第二功率驱动模块对所述稳压信号进行SPWM调制：即输入所述第一功率驱动模块的稳压信号进一步分为两个极性相反的参考正弦波μg和-μg，所述第二功率驱动模块中的稳压信号为双向三角载波μc，所述参考正弦波μg和-μg与双向三角载波μc交截产生的功率开关驱动信号进行调制；所述参考正弦波含有2个基波μg和-μg。所述μg基波与所述三角波μc交截产生μa和与其互补信号所述-μg基波与μc基波交截也产生μb信号和信号。疏忽电压μo的正半周是由μa和μb的与逻辑决定的。当μa，μb为高电平时，使得μo＝μd；当μa或μb有一个为低电平时，使得μo＝0。因为在正半周内，μa的高电平一直比μb的低电平区宽，使得输出电压μo中只包含μd和0两个电平。同理，在负半周输出电压μo由μa和的与逻辑决定，它只包含0和-μd两个电平。
将上述经正弦波脉宽调制技术(简称SPWM)调制后的信号通过功率驱动电路即大功率IPM开关模块与低通滤波器进行处理，通过与所述程控试验电源连接的隔离变压器进行输出；即可输出电压连续可调的正弦波试验电源。
综上所述，电压连续可调的正弦波试验电源是装置的关键部分，它在多功能线圈类设备综合参数测试装置设有的主控板的控制下，输出可连续调压的试验电源。该电源运用了数字波形合成技术以及大功率SPWM脉宽调制技术，实现了调幅电源输出。
程控试验电源装置是大功率部件，使用中为了保护试验设备和被试品的安全，设计有多种保护功能，如过流过压过温等保护功能。在硬件及软件中都设计了保护功能。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种程控试验电源装置，其特征在于，包含：
波形发生器，其生成并连续输出正弦模拟信号；
三角调制波发生器，其生成并输出双向三角载波；
所述波形发生器与三角调制波发生器的输出端与比较电路模块的输入端连接；
SPWM调制模块，其输入端与所述比较电路模块的输出端连接；
所述大功率IPM开关模块，其输入端与所述SPWM调制模块的输出端连接；
低通滤波器，其输入端与所述大功率IPM开关模块的输出端连接。
2.如权利要求1所述一种程控试验电源装置，其特征在于，
所述波形发生器进一步包含：
所述波形发生器的时钟发生器产生的脉冲驱动所述波形发生器的计数器，所述计数器输出扫描波形数据ROM的地址线，并依次将所述ROM中正弦变化的数据输出至所述波形发生器的D/A转换器的输入端，所述D/A转换器的输出端输出正弦模拟信号。
3.如权利要求1所述一种程控试验电源装置，其特征在于，
所述程控试验电源装置进一步设有数字调幅电路：
所述数字调幅电路设有的D/A转换器接收所述波形发生器产生的正弦模拟信号，设置所述D/A转换器的调幅数据，对所述正弦模拟信号的调幅，并通过所述D/A转换器输出经调幅后的正弦信号。
4.如权利要求1所述一种程控试验电源装置，其特征在于，
所述程控试验电源装置进一步包含一整流器，其与大功率IPM开关模块连接。
5.如权利要求1所述一种程控试验电源装置，其特征在于，
所述SPWM调制模块进一步设有反相器、第一功率驱动模块与第二功率驱动模块；所述反相器的输入端与比较电路模块的输出端连接，所述反相器的输出端与第二功率驱动模块的第一端连接；所述第二功率驱动模块的第二端与大功率IPM开关模块的输入端连接；
所述第一功率驱动模块的第一端与比较电路模块的输出端连接，其第二端与大功率IPM开关模块的输入端连接。
6.一种如权利要求1～5所述程控试验电源装置的应用方法，其特征在于，包含：
通过比较电路模块对所述正弦模拟信号与所述双向三角载波做比较处理并输出；所述SPWM调制模块对所述经比较电路模块处理的信号进行调制，并输出；所述大功率IPM开关模块对所述调制后的信号进行输出幅值为300V，频率为30HZ到300HZ的交流电压。
7.如权利要求6所述一种程控试验电源装置的应用方法，其特征在于，
所述SPWM调制模块通过利用波形发生器产生两个极性相反的参考正弦波与三角调制波发生器产生的双向三角载波交截，通过比较器产生驱动电压信号，来驱动所述SPWM调制模块；
通过所述第一与第二功率驱动模块对所述稳压信号进行SPWM调制，输入所述第一功率驱动模块的稳压信号进一步分为两个极性相反的参考正弦波μg和-μg，所述第二功率驱动模块中的稳压信号为双向三角载波μc，所述参考正弦波μg和-μg与双向三角载波μc交截产生的功率开关驱动信号进行调制；
所述参考正弦波含有2个基波μg和-μg；所述μg基波与所述三角波μc交截产生μa和与其互补信号所述-μg基波与μc基波交截也产生μb信号和信号；疏忽电压μo的正半周是由μa和μb的与逻辑决定的；
当μa，μb为高电平时，使得μo＝μd；当μa或μb有一个为低电平时，使得μo＝0；在正半周内，μa的高电平一直比μb的低电平区宽，输出电压μo中包含μd和0两个电平；在负半周输出电压μo由μa和的与逻辑决定，它只包含0和-μd两个电平。
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