CN108377100A - 一种大功率正弦波交流开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率正弦波交流开关电源，该开关电源包括多定子发电机、三路直流稳压电路、三路单相逆变电路和控制器；通过多定子发电机产生同相位的三路三相交流电；通过三路直流稳压电路分别对三路三相交流电进行整流和调压，获得电压相同的三路稳压直流电；通过三路单相逆变电路分别对三路稳压直流电进行逆变，获得相位相差120°的三路交流电，组成三相交流电；并通过控制器控制三路直流稳压电路输出的三路稳压直流电的电压；控制三路单相逆变电路输出的三路交流电的相位。本发明提供的开关电源，三相逆变电路采用三路单相逆变电路组合而成的逆变结构，多定子发电机发出的三路三相电相互独立，实现了利用开关电源供应正弦波三相电源。

Description

一种大功率正弦波交流开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种大功率正弦波交流开关电源。
背景技术
开关电源在现代工业中占据着越来越重要的位置。开关电源有很多的优点，首先开关电源的开关频率可以很高，使得其功耗小，电源的效率可以大幅提高，然后开关电源省去了工频变压器等笨重设备，使得其体积小，重量轻。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，使得开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。开关电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关电源。
目前国内对于独立工作电源要求为正弦波交流三相电源，特别是在特殊工作环境，不能直接运用电网交流电供电的大功率设备的开关电源的设计相对较少，仍需要继续提高，如何实现利用开关电源供应正弦波三相电源成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是，提供一种大功率正弦波交流开关电源，以实现利用开关电源供应正弦波三相电源。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种大功率正弦波交流开关电源，所述开关电源包括：多定子发电机、三路直流稳压电路、三路单相逆变电路和控制器；
所述多定子发电机与三路所述直流稳压电路连接，所述多定子发电机用于产生同相位的三路三相交流电，并将三路所述三相交流电分别输送给三路所述直流稳压电路；
三路所述直流稳压电路分别与三路所述单相逆变电路连接，三路所述直流稳压电路用于分别对三路所述三相交流电进行整流和调压，获得电压相同的三路稳压直流电，并将三路所述稳压直流电传输给三路所述单相逆变电路；
三路所述单相逆变电路用于分别对三路所述稳压直流电进行逆变，获得相位相差120°的三路交流电，组成三相交流电；
所述控制器分别与三路所述直流稳压电路的控制端连接，所述控制器用于控制三路所述直流稳压电路输出的三路稳压直流电的电压；
所述控制器还分别与三路所述单相逆变电路的控制端连接，所述控制器还用于控制三路所述单相逆变电路输出的三路交流电的相位。
可选的，所述多定子发电机包括同相位的三路三相定子绕组线圈和定子，三路所述三相定子绕组线圈同相位的缠绕在所述定子的冲片槽内，三路所述三相定子绕组线圈分别与三路所述直流稳压电路连接。
可选的，所述定子为永磁体。
可选的，所述直流稳压电路包括三相全桥整流电路、BUCK斩波电路和滤波电容；
所述三相全桥整流电路分别与所述多定子发电机和所述BUCK斩波电路连接，所述三相全桥整流电路用于将所述三相交流电整流成直流电；并将所述直流电传输给所述BUCK斩波电路；
所述BUCK斩波电路与所述滤波电容连接，所述BUCK斩波电路的控制端与所述控制器连接，所述BUCK斩波电路用于根据所述控制器的控制对所述直流电进行调压，获得调压后的直流电，并将所述调压后的直流电传输给所述滤波电容；
所述滤波电容与所述单相逆变电路连接，所述滤波电容用于对所述调压后的直流电进行滤波，获得稳压直流电，并将所述稳压直流电传输给所述单相逆变电路。
可选的，所述单相逆变电路为4个IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路与所述直流稳压电路连接，所述单相全桥逆变电路的控制端与所述控制器连接，所述单相全桥逆变电路用于根据所述控制器的控制将所述稳压直流电逆变成单相交流电。
可选的，所述控制器包括TMS320芯片。
可选的，所述开关电源还包括三路交流滤波电路，三路所述交流滤波电路分别与三路所述单相逆变电路连接，三路所述交流滤波电路用于分别对三路所述单相逆变电路得到的三路交流电进行滤波，获得滤波后的三路交流电。
可选的，所述交流滤波电路为LC滤波电路。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种大功率正弦波交流开关电源，该开关电源包括多定子发电机、三路直流稳压电路、三路单相逆变电路和控制器；通过多定子发电机产生同相位的三路三相交流电；通过三路直流稳压电路分别对三路三相交流电进行整流和调压，获得电压相同的三路稳压直流电；通过三路单相逆变电路分别对三路稳压直流电进行逆变，获得相位相差120°的三路交流电，组成三相交流电；并通过控制器控制三路直流稳压电路输出的三路稳压直流电的电压；控制三路单相逆变电路输出的三路交流电的相位。本发明提供的开关电源，三相逆变电路采用三路单相逆变电路组合而成的逆变结构，多定子发电机发出的三路三相电相互独立，实现了利用开关电源供应正弦波三相电源，该装置不需要隔离变压器就可以输出稳定的三相四线正弦波交流电。
本发明采用由三相全桥逆变电路、BUCK斩波电路和滤波电容顺序级联组成的直流稳压电路，提高了输出的稳压直流电的稳定性和鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种大功率正弦波交流开关电源的电路结构图。
具体实施方式
本发明的目的是，提供一种大功率正弦波交流开关电源，以实现利用开关电源供应正弦波三相电源。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
对于交流开关电源的设计，主要是对逆变器独立控制研究为主，三相组合式逆变电路可以对三相中的每一相进行单独控制，每相之间互不影响，对于实现三相平衡相对简单。但是逆变的输入直流电的来源同样是很大的问题，可以通过整流稳压的方式来得到所需的直流电，而传统的整流稳压电路输出不够稳定，对于逆变器的输出有一定的影响，对于来自发电机的整流三路独立三相大功率交流电输入的获得也需要解决。针对上述问题，特提出此发明。
如图1所示本发明提供了一种大功率正弦波交流开关电源，所述开关电源包括：多定子发电机1、三路直流稳压电路2、三路单相逆变电路3和控制器4。
所述多定子发电机1与三路所述直流稳压电路2连接，所述多定子发电机1用于产生同相位的三路三相交流电，并将三路所述三相交流电分别输送给三路所述直流稳压电路2；所述多定子发电机1包括同相位的三路三相定子绕组线圈和定子，三路所述三相定子绕组线圈同相位的缠绕在所述定子的冲片槽内，三路所述三相定子绕组线圈分别与三路所述直流稳压电路2连接。所述定子为永磁体。具体的，所述多定子发电机1为多定子永磁发电机，多定子永磁发电机的定子冲片的槽内缠绕有同相位三路绕组线圈，形成第一永磁发电机、第二永磁发电机和第三永磁发电机，三路所述绕组线圈与三路所述直流稳压电路一一对应连接。
三路所述直流稳压电路2分别与三路所述单相逆变电路3连接，即，三路所述直流稳压电路2与三路所述单相逆变电路3一一对应连接，三路所述直流稳压电路2用于分别对三路所述三相交流电进行整流和调压，获得电压相同的三路稳压直流电，并将三路所述稳压直流电传输给三路所述单相逆变电路3；所述直流稳压电路2包括三相全桥整流电路、BUCK斩波电路和滤波电容；所述三相全桥整流电路分别与所述多定子发电机1和所述BUCK斩波电路连接，所述三相全桥整流电路用于将所述三相交流电整流成直流电；并将所述直流电传输给所述BUCK斩波电路；所述BUCK斩波电路与所述滤波电容连接，所述BUCK斩波电路的控制端与所述控制器4连接，所述BUCK斩波电路用于根据所述控制器4的控制对所述直流电进行调压，获得调压后的直流电，并将所述调压后的直流电传输给所述滤波电容；所述滤波电容与所述单相逆变电路3连接，所述滤波电容用于对所述调压后的直流电进行滤波，获得稳压直流电，并将所述稳压直流电传输给所述单相逆变电路3。
三路所述单相逆变电路3用于分别对三路所述稳压直流电进行逆变，获得相位相差120°的三路交流电，组成三相交流电；所述单相逆变电路3为4个IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路与所述直流稳压电路2连接，所述单相逆变电路3的控制端与所述控制器4连接，所述单相全桥逆变电路用于根据所述控制器4的控制将所述稳压直流电逆变成单相交流电。
所述控制器4分别与三路所述直流稳压电路2的控制端连接，所述控制器4用于控制三路所述直流稳压电路2输出的三路稳压直流电的电压；具体的，所述控制器4还分别与三路所述直流稳压电路2的输出端连接，以实时获取三路所述直流稳压电路2输出的三路所述稳压直流电的电压Udc1、Udc2、Udc3，并根据Udc1、Udc2、Udc3采用电压闭环的方式产生3路控制三路所述直流稳压电路2的PWM信号，实现对三路所述直流稳压电路2输出的三路稳压直流电的电压的控制。
所述控制器4还分别与三路所述单相逆变电路3的控制端连接，所述控制器4还用于控制三路所述单相逆变电路3输出的三路交流电的相位；具体的，所述控制器4还分别与三路所述单相逆变电路3的输出端连接，以实时获取三路所述单相逆变电路3的电流ia、ib、ic和电压Ua、Ub、Uc，并根据ia、ib、ic和Ua、Ub、Uc，采用电压电流双闭环的方式产生12路控制三路所述单相逆变电路3的PWM信号，实现对三路所述单相逆变电路3输出的三路交流电的相位的控制。
所述控制器4包括TMS320芯片。
所述开关电源还包括三路交流滤波电路5，三路所述交流滤波电路5分别与三路所述单相逆变电路3连接，即，三路所述交流滤波电路5分别与三路所述单相逆变电路3一一对应连接，三路所述交流滤波电路5用于分别对三路所述单相逆变电路3得到的三路交流电进行滤波，获得滤波后的三路交流电。所述交流滤波电路5为LC滤波电路。
本发明还提供了一个具体的实施方式：三相交流开关电源的U相的供电电路为第一永磁发电机输出第一路三相交流电，通过第一路直流稳压电路后成为稳压直流电，再通过进入第一路单相逆变电路将直流电逆变成为具有高频谐波的正弦波交流电，之后又通过第一路滤波电路进行滤波之后将正弦波交流电输出到U相。
三相交流开关电源的V相的供电电路为第二永磁发电机输出第二路三相交流电，通过第二路直流稳压电路后成为稳压直流电，再通过进入第二路单相逆变电路将直流电逆变成为具有高频谐波的正弦波交流电，之后又通过第二路滤波电路进行滤波之后将正弦波交流电输出到V相。
三相交流开关电源的W相的供电电路为第三永磁发电机输出第三路三相交流电，通过第三路直流稳压电路后成为稳压直流电，再通过进入第三路单相逆变电路将直流电逆变成为具有高频谐波的正弦波交流电，之后又通过第三路滤波电路进行滤波之后将正弦波交流电输出到W相。
第一永磁发电机输出au、bu和cu三相交流电；第二永磁发电机输出av、bv和cv三相交流电；第三永磁发电机输出aw、bw和cw三相交流电。三路三相交流电同相。
第一路直流稳压电路由第一三相全桥整流电路、第一BUCK斩波电路和第一滤波电容级联构成；第二路直流稳压电路由第二三相全桥整流电路、第二BUCK斩波电路和第二滤波电容级联构成；第三直流稳压电路由第三三相全桥整流电路、第三BUCK斩波电路和第三滤波电容级联构成。第一BUCK斩波电路、第二BUCK斩波电路和第三BUCK斩波电路运用电压闭环控制的控制方法。第一BUCK斩波电路、第二BUCK斩波电路和第三BUCK斩波电路中的开关管为IGBT。
第一路单相逆变电路是由第一单相逆变器组成，所述第二路单相逆变电路是由第二单相逆变器组成，所述第三路单相逆变电路是由第三单相逆变器组成。所述第一单相逆变器由4个IGBT组成；所述第二单相逆变器由4个IGBT组成；所述第三单相逆变器由4个IGBT组成。
第一路交流滤波电路由第一电感和第一电容组成，第二路交流滤波电路由第二电感和第二电容组成，第三路交流滤波电路由第三电感和第三电容组成。
经过第一路交流滤波电路进行滤波后形成的正弦波、经过第二路交流滤波电路进行滤波后形成的正弦波和经过第三路交流滤波电路进行滤波后形成的正弦波之间互相相差120°。
本发明与现有技术相比具有以下显著优点：
(1)三相逆变电路采用三路单相逆变电路组合而成的逆变结构，多定子发电机发出的三路三相电相互独立，实现了利用开关电源供应正弦波三相电源，该装置不需要隔离变压器就可以输出稳定的三相四线正弦波交流电。
(2)采用由三相全桥整流电路、BUCK斩波电路和滤波电容顺序级联组成的直流稳压电路，并运用电压闭环控制方法，输出直流电稳定性高，鲁棒性好。
(3)三路单相逆变电路运用电压电流双闭环的控制方法，使得输出正弦波交流电谐波畸变率小，鲁棒性好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：多定子发电机、三路直流稳压电路、三路单相逆变电路和控制器；
所述多定子发电机与三路所述直流稳压电路连接，所述多定子发电机用于产生同相位的三路三相交流电，并将三路所述三相交流电分别输送给三路所述直流稳压电路；
三路所述直流稳压电路分别与三路所述单相逆变电路连接，三路所述直流稳压电路用于分别对三路所述三相交流电进行整流和调压，获得电压相同的三路稳压直流电，并将三路所述稳压直流电传输给三路所述单相逆变电路；
三路所述单相逆变电路用于分别对三路所述稳压直流电进行逆变，获得相位相差120°的三路交流电，组成三相交流电；
所述控制器分别与三路所述直流稳压电路的控制端连接，所述控制器用于控制三路所述直流稳压电路输出的三路稳压直流电的电压；
所述控制器还分别与三路所述单相逆变电路的控制端连接，所述控制器还用于控制三路所述单相逆变电路输出的三路交流电的相位。
2.根据权利要求1所述的一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述多定子发电机包括同相位的三路三相定子绕组线圈和定子，三路所述三相定子绕组线圈同相位的缠绕在所述定子的冲片槽内，三路所述三相定子绕组线圈分别与三路所述直流稳压电路连接。
3.根据权利要求2所述的一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述定子为永磁体。
4.根据权利要求1所述的一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述直流稳压电路包括三相全桥整流电路、BUCK斩波电路和滤波电容；
所述三相全桥整流电路分别与所述多定子发电机和所述BUCK斩波电路连接，所述三相全桥整流电路用于将所述三相交流电整流成直流电；并将所述直流电传输给所述BUCK斩波电路；
所述BUCK斩波电路与所述滤波电容连接，所述BUCK斩波电路的控制端与所述控制器连接，所述BUCK斩波电路用于根据所述控制器的控制对所述直流电进行调压，获得调压后的直流电，并将所述调压后的直流电传输给所述滤波电容；
所述滤波电容与所述单相逆变电路连接，所述滤波电容用于对所述调压后的直流电进行滤波，获得稳压直流电，并将所述稳压直流电传输给所述单相逆变电路。
5.根据权利要求1所述的一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述单相逆变电路为4个IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路与所述直流稳压电路连接，所述单相全桥逆变电路的控制端与所述控制器连接，所述单相全桥逆变电路用于根据所述控制器的控制将所述稳压直流电逆变成单相交流电。
6.根据权利要求1所述的一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述控制器包括TMS320芯片。
7.根据权利要求1所述的一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括三路交流滤波电路，三路所述交流滤波电路分别与三路所述单相逆变电路连接，三路所述交流滤波电路用于分别对三路所述单相逆变电路得到的三路交流电进行滤波，获得滤波后的三路交流电。
8.根据权利要求7所述的一种大功率正弦波交流开关电源，其特征在于，所述交流滤波电路为LC滤波电路。
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