CN112510967B - 一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统及工作方法，涉及大功率变频电源系统，尤其涉及大功率组合式正弦波隔离变频电源系统。本发明采用多路独立可控的变频模块，连接多台小容量的隔离变压器，通过体积小，重量轻的多台小容量隔离变压器串联或者并联组合实现大容量的隔离变频电源输出，有效解决传统大功率隔离变频电源系统由于体积大、重量重导致的搬运困难、不易携带和运输困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于大功率变频电源技术领域，具体涉及一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统及工作方法。
背景技术
变频电源是将市电中的交流电经过交流→直流→交流→滤波的变频装置，输出为纯净的正弦波，输出频率和电压一定范围内可调。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波(无失真)。变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境，便于客观考核用电器的技术性能。变频电源不仅能模拟输出不同国家的电网指标，而且也为出口电器厂商在设计开发、生产、检测等应用中提供纯净可靠的、低谐波失真的、高稳定的电压和频率的正弦波电源输出。基于以上原因，变频电源应用越来越广泛。
随着变频电源的使用越来越宽泛，大功率变频电源也在目前的经济社会中找到了自己发挥作用的一席之地，同时使用的环境也越来越广泛，其中大功率隔离变频电源是相对更安全，客户更愿意选用的大功率变频电源。随着功率的加大，对大功率变频电源在安全与技术上也有更高的要求：变频电源体积的缩小。大功率意味着需要大变比的隔离变压器、为功率器件散热而设计的散热器也越大，作为一体机，大功率变频电源系统整体重量一般都在几百公斤，功率越大体积越大，重量越重，不便于搬运、携带、运输。
在安全方面，隔离变压器可以起保护、防雷、滤波作用，隔离变压器的输出端与输入端是完全“断路”的，采用隔离变压器可以让变频电源变得更安全；在输出方面，通过技术不断创新，保证输出为纯正弦波，波形失真率小，没有干扰控制，精度高；针对负载，能适应各种输出负载，如阻性负载，容性负载，感性负载都能适应，适用更广泛的环境。
随着变频电源的使用越来越广泛，大功率隔离变频电源使用的广泛度也逐渐加大。基于大功率隔离变频电源存在上述技术发展空间，所以整体系统体积小、重量轻，便于搬运、携带的组合式正弦波隔离变频电源系统的发明就有很大的应用价值。
发明内容
本发明提供了一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统及工作方法，可实现大功率隔离变频电源输出，而且能实现自由组合不同输出功率的大功率隔离变频电源系统，可达到大功率隔离变频电源搬运方便，携带便捷的目的。
为达到上述目的，本发明所述一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统，包括微控制单元、正弦波发生器、主变频回路以及至少1个从变频回路；所述主变频回路包括依次连接的主SPWM驱动信号产生模块、主变频模块、主隔离变压器和主检测模块；所述从变频回路包括依次串联的负反馈自动调节模块、从SPWM驱动信号产生模块、从变频模块、从隔离变压器和从检测模块；所述主隔离变压器和所述从隔离变压器串联或并联；所述微控制单元与正弦波发生器连接，正弦波发生器和主SPWM驱动信号产生模块以及负反馈自动调节模块连接；所述主检测模块与每路从变频回路的负反馈自动调节模块相连，从检测模块与所在从变频回路的负反馈自动调节模块连接。
进一步的，主隔离变压器和从隔离变压器的输出端连接有滤波模块。
进一步的，主检测模块和从检测模块均包括电压互感器和电流互感器。
进一步的，正弦波发生器为DAC正弦波发生器。
进一步的，主隔离变压器和所述从隔离变压器的容量和电压等级均相同。
进一步的，主隔离变压器和所述从隔离变压器的容量小于等于20KVA。
一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，微控制单元控制正弦波发生器生成连续正弦波输入信号，并把反馈信号选择控制指令下达给各从变频回路的负反馈自动调节模块；
在主变频回路中，正弦波发生器产生的连续正弦波经过主SPWM驱动信号产生模块，主变频模块，主隔离变压器，生成主变频回路中的主变压器的电流或电压信号；
在从变频回路中，负反馈自动调节模块在微控制单元输入反馈信号选择控制指令后，比较主变压器的电流或电压信号与主变压器的电流或电压信号，并对与主变压器的电流或电压信号有误差的数据进行调整，使其所在从路的从变压器电流或电压信号与主变压器的电流或电压信号相同。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明主要采用多路独立可控的变频模块，连接多台小容量的隔离变压器，通过多台小容量隔离变压器串联或者并联组合实现大容量的隔离变频电源输出，有效解决传统大功率隔离变频电源系统由于体积大、重量重导致的搬运困难、不易携带和运输困难的问题；同时本发明采用多路独立可控变频回路设计，可以灵活组合所需电压、电流和容量。
单个容量在20KVA及以下的隔离变压器，体积小，重量轻，单人或双人在现场容易搬动，便于组合成组合式的变频电源。
本发明所述的方法，检测从变频信号源与主变频信号源相位差值以产生同步信号并用于控制正弦基准信号的相位同步，进而控制从变频信号源保持同频和同相。检测从变频信号源与主变频信号源的输出电流或者电压差值来调整正弦基准，实现变频信号源间的输出均流或者均压，以保证组合电源的电能质量。
附图说明
图1为一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统包括微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)、DAC正弦波发生器、主变频回路以及多路从变频回路。
主变频回路由主SPWM驱动信号产生模块、主变频模块、主隔离变压器及滤波模块、主检测模块依次串联组成。主检测模块包括主电压互感器和主电流互感器。
从变频回路由负反馈自动调节模块、从SPWM驱动信号产生模块、从变频模块、从隔离变压器及滤波模块、从电压互感器从电流互感器检测模块依次串联组成。从主检测模块包括从电压互感器和从电流互感器。
主变频模块和从变频模块用于将直流电进行逆变为交流电。
主检测模块与每路从变频回路的负反馈自动调节模块相连，从检测电压互感器从电流互感器模块与所在从路的负反馈自动调节模块连接，MCU与DAC正弦波发生器连接，DAC正弦波发生器连接依次接入主变频回路的主SPWM驱动信号产生模块、所有从变频回路的负反馈自动调节模块，MCU同时也与从变频回路的负反馈自动调节模块连接。
MCU控制DAC正弦波发生器生成连续正弦波输入信号，并把反馈信号选择控制指令下达给各从变频回路的负反馈自动调节模块。在仪器刚开始工作时，根据选择并联模式还是串联模式给出反馈信号选择控制指令。
在主变频回路中，DAC正弦波发生器产生的连续正弦波经过主SPWM驱动信号产生模块，主变频模块，主隔离变压器及滤波模块，主检测模块生成主变频回路中的主变压器的电流或电压信号。
在从变频回路中，负反馈自动调节模块内置数字电位器，可以在MCU输入反馈信号选择控制指令(电流/电压)后比较主电压互感器、主电流互感器与从电压互感器、从电流互感器上传的电流或电压信号，最后调整DAC正弦波发生器生成的输入信号到正确值，然后输出。
在从变频回路中，DAC正弦波发生器产生的连续正弦波经过负反馈自动调节模块，从SPWM驱动信号产生模块，从变频模块，从隔离变压器及滤波模块，从检测模块电压互感器从电流互感器生成从变频回路中的从变压器电流或电压信号，MCU把反馈信号选择控制指令(电流/电压)下达给负反馈自动调节模块，负反馈自动调节模块同时把主变频回路上传来的主变压器的电流或电压信号与自己所在回路产生的从变压器电流或电压信号进行对比，并对与主变压器的电流或电压信号有误差的数据进行调整，最终使自己所在从变频回路的从变压器电流或电压信号与主变压器的电流或电压信号相同。保证多路小容量隔离变压器串联时各路电压一致，并联时各路电流一致。
经过以上对各路变频回路中输出的电流或电压信号处理后，再通过对小容量隔离变压器串联或者并联组合实现大功率隔离输出。一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的特点：体积小，重量轻，搬运方便，携带便捷，运输容易，且为大功率隔离变频电源系统的便捷提供一种安全、简便、高效和准确的解决方案。
由以上技术方案可以看出：一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统，其该系统包括MCU、DAC正弦波发生器、主变频回路、多路从变频回路；首先由主电压互感器或主电流互感器采集主变频信号源的相位信号，SPWM驱动信号产生模块检测从变频信号源与其相位差值以产生同步信号并用于控制正弦基准信号的相位同步，进而控制从变频信号源保持同频和同相。此外，从变频信号源检测与主变频信号源的输出电流或者电压的差值来调整正弦基准，可实现变频信号源间的输出均流或者均压。
实施例1
以下以输出为50KW(400V，125A)40Hz-70Hz的变频电源系统为例说明：
MCU发出电流反馈信号选择控制指令给负反馈自动调节模块，同时给DAC正弦波发生器下达产生连续正弦波的指令，此正弦波分别输入到主变频回路的主SPWM驱动信号产生模块与从变频回路的负反馈自动调节模块。
在主变频回路中，主SPWM驱动信号产生模块产生的信号经过主变频模块，10KVA主隔离变压器及滤波模块进行放大滤波之后输出10KW(400V，25A)主变频回路电流信号I，电压、电流、相位信号通过主检测模块反馈给从回路的负反馈自动调节模块。
在从变频回路中，DAC正弦波发生器产生正弦波信号经过负反馈自动调节模块→从SPWM驱动信号产生模块→从变频模块→10KVA从隔离变压器及滤波模块产生从路变频信号I1、I2...In。以上变频信号通过从检测模块反馈到所在回路的负反馈自动调节模块，各从回路所在的负反馈自动调节模块分别对主变频回路电流信号I与从路变频信号I1，I2...In进行对比，如果I1，I2...In与I有幅值差异，启动自动调节模式，直到I1，I2...In与I完全相同。
把5台10KVA隔离变压器接入一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统中，然后把5台10KVA隔离变压器并联后就可以得到50KW(400V，125A)，40-70Hz的变频电源。
实施例2同理，可得50KW(2000V，25A)40-70Hz的变频电源系统：
MCU输入的是电压反馈信号选择控制指令，把5台10KVA隔离变压器接入大功率组合式正弦波隔离变频电源系统中，然后把5台10KVA隔离变压器串联后可以得到50KW(2000V，25A)，40-70Hz的变频电源。
50KW一体机变频电源重量约在几百公斤，但10KVA的隔离变压器重量约几十公斤，5个10KVA的隔离变压器串联或者并联接入一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统中同样可以实现50KW的变频电源，以上组合便于搬运、携带方便、运输容易。
最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，其特征在于，所述大功率组合式正弦波隔离变频电源系统包括微控制单元、正弦波发生器、主变频回路以及至少1个从变频回路；
所述主变频回路包括依次连接的主SPWM驱动信号产生模块、主变频模块、主隔离变压器和主检测模块；
所述从变频回路包括依次串联的负反馈自动调节模块、从SPWM驱动信号产生模块、从变频模块、从隔离变压器和从检测模块；
所述主隔离变压器和所述从隔离变压器串联或并联；
所述微控制单元与正弦波发生器连接，正弦波发生器和主SPWM驱动信号产生模块以及负反馈自动调节模块连接；所述主检测模块与每路从变频回路的负反馈自动调节模块相连，从检测模块与所在从变频回路的负反馈自动调节模块连接；
所述一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，微控制单元控制正弦波发生器生成连续正弦波输入信号，并把反馈信号选择控制指令下达给各从变频回路的负反馈自动调节模块；
在主变频回路中，正弦波发生器产生的连续正弦波经过主SPWM驱动信号产生模块，主变频模块，主隔离变压器，生成主变频回路中的主变压器的电流或电压信号；
在从变频回路中，负反馈自动调节模块在微控制单元输入反馈信号选择控制指令后，比较主变压器的电流或电压信号与主变压器的电流或电压信号，并对与主变压器的电流或电压信号有误差的数据进行调整，使其所在从路的从变压器电流或电压信号与主变压器的电流或电压信号相同。
2.根据权利要求1所述的一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，其特征在于，所述主隔离变压器和从隔离变压器的输出端连接有滤波模块。
3.根据权利要求1所述的一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，其特征在于，所述主检测模块和从检测模块均包括电压互感器和电流互感器。
4.根据权利要求1所述的一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，其特征在于，所述正弦波发生器为DAC正弦波发生器。
5.根据权利要求1所述的一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，其特征在于，所述主隔离变压器和所述从隔离变压器的容量和电压等级均相同。
6.根据权利要求1或5所述的一种大功率组合式正弦波隔离变频电源系统的工作方法，其特征在于，所述主隔离变压器和所述从隔离变压器的容量小于等于20KVA。
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