CN114079282A - 一种变流器负载试验中的能量回馈装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括能量回馈装置、变流器A和直流电源，能量回馈装置包括连接单元和变流器B，连接单元采用隔离变压器，变流器A采用单片机A输出SPWM波形至H桥逆变电路，H桥逆变电路将直流电源输入的直流电变为交流电，输出至能量回馈装置，变流器B采用单片机B输出SPWM波形至BOOST电路，BOOST电路将输入的交流电转换成直流电，并回馈至变流器A的输入端。本发明的能量回馈装置将部分电能回馈至变流器的输入端，能够有效减少负载实验过程中的电能消耗，且整体电路较为简单，操作简便，极大的降低了成本的需求。
Description
技术领域
本发明涉及变流器技术领域，特别涉及一种变流器负载试验中的能量回馈装置。
背景技术
在进行研发和生产的过程中，都需要用到大量的负载设备进行实验，然而目前大容量负载设备在实验过程中需要消耗大量的电能，这导致实验过程的成本增大，且在能源问题日益严重的今天，负载的高消耗越来越不符合发展的需求，因此需要设计一种能量回馈装置来应对上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种变流器负载试验中的能量回馈装置，能够有效减少负载实验过程中的电能消耗，且整体电路较为简单，操作简便，极大的降低了成本的需求。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明是一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括能量回馈装置、变流器A和直流电源，所述能量回馈装置包括连接单元和变流器B，所述变流器A将直流电源的直流电变为交流电，其输出通过连接单元与变流器B相连，变流器B将交流电转换成直流电，并回馈至变流器A的输入端，与直流电源一起共同给变流器A供电。
作为本发明的一种优选技术方案，所述连接单元采用隔离变压器，所述变流器A包括H桥逆变电路、驱动电路A、单片机A，所述单片机A输出SPWM波形至驱动电路A，驱动电路A根据输出的SPWM波形驱动H桥逆变电路运行，所述H桥逆变电路将直流电源输入的直流电变为交流电，输出至能量回馈装置，所述变流器B包括BOOST电路、驱动电路B和单片机B，所述单片机B输出SPWM波形至驱动电路B，驱动电路B根据输出的SPWM波形驱动BOOST电路运行，所述BOOST电路将输入的交流电转换成直流电，并回馈至变流器A的输入端。
作为本发明的一种优选技术方案，所述变流器A还包括LC滤波器，所述LC滤波器的输入端与H桥逆变电路输出端相连，所述LC滤波器的输出端与隔离变压器相连，所述变流器B还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路的输入端与隔离变压器相连，所述整流滤波电路的输出端与BOOST电路相连。
作为本发明的一种优选技术方案，所述变流器A与变流器B均包括系统供电电路、按键电路和显示电路，所述变流器A的系统供电电路的输入端与直流电源相连，所述变流器B的系统供电电路的输入端与整流滤波电路相连，所述系统供电电路采用lm7812线性降压电路和lm7805线性降压电路构成，分别为驱动电路和单片机提供电能，所述按键电路的输出端与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端与显示电路的输入端相连。
作为本发明的一种优选技术方案，所述BOOST电路的输出端分别连接有电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路和电流检测电路将检测到的电流和电压数据发送至单片机B。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的能量回馈装置将部分电能回馈至变流器的输入端，能够有效减少负载实验过程中的电能消耗，且整体电路较为简单，操作简便，降低了成本的需求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的变流器A的整体结构示意图；
图3是本发明的变流器B的整体结构示意图；
图4是本发明的驱动电路的电路图；
图5是本发明的逆变电路的电路图；
图6是本发明的BOOST电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。
此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括能量回馈装置、变流器A和直流电源，所述能量回馈装置包括连接单元和变流器B，变流器进行负载试验时，需在其输出端接负载。通常情况下，输出电能消耗在该负载上。为了节能，应进行能量回馈。负载试验时，变流器A将直流电源的直流电变为交流电，其输出通过连接单元与变流器B相连，变流器B将交流电转换成直流电，并回馈至变流器A的输入端，与直流电源一起共同给变流器A供电，从而实现了节能。
具体的，本发明的逆变部分采用开环设计，采用1:1的隔离变压器隔离后，系统无需考虑共地问题，降低系统设计和调试难度，引入变压器的目的是为了隔离，使得变流器A和变流器B的地不会互相干扰，变流器分出各2条线，接入到变流器A的输出和变流器B的输入，使得之间电气隔离。由于在工作中，在特定电流下，电路效率基本是恒定的。所以本回馈电部分可闭环稳定采集馈能流回变流器A的电流，去达到环路中变流器A的输出电流的目的。
逆变部分采用H桥电路，其采用单极性SPWM调制办法，H桥驱动电路是一种常见的逆变电路，它主要实现让负载产生交变。起到了DC逆变到AC的目的。
SPWM逆变器的主题思路就是有一个逆变器，希望它输出的电压波形是正弦的，因为至今为止以现在的技术造出的可以改变频率和电压的逆变器无法像正弦波逆变器那样的小体积大功率且输出波形光滑。
本发明的SPWM逆变器采用的是等面积法原理来实现，即让逆变器输出的波形是一系列的和正弦波一样效果的虽不等宽但等幅的矩阵脉冲波形，它的主题思想方法就采用单极性SPWM调制H桥输出正弦波。
单极性PWM调制技术
单极性SPWM法输出的每半个周期中，被调制成的脉冲电压只有一种极性，正半周为十U和零，负半周为一U和零，正弦调制波um，其周期决定于所需要的调制比kf。等腰三角波的载波uc，其周期决定于载波频率，振幅不变，等于ku＝1时正弦调制波的振幅值。每半周期内所有三角波的极性均相同，都是单极性。
调制波和载波的交点，决定了SPWM脉冲系列的宽度和脉冲间的间隔宽度，且每半周期内的脉冲系列也是单极性的。
单极性调制的工作特点是：每半个周期内，逆变桥同一桥臂的两个逆变器件中，只有一个器件按脉冲系列的规律时通时断的工作，另一个完全截至；而在另半个周期内，两个器件的工况正好相反。流经负载的便是正、负交替的交变电流。
能量回馈装置采用BOOST电路拓扑，常用的BOOST电路中采用二极管作为续流管，但是二极管固有0.7V左右的电压降，在要求效率的场合不适用。所以这里使用MOS管代替二极管，当上管导通的时候，下管关断，当上管关断的时刻，下管导通，给电感提供需求通道，不会产生0.7V的电压降，提升了电路的效率。需要注意的点是，需要避免上下管同时导通，不然会降低电路的效率。
如图2和图3所示，本设计中的单片机A和单片机B均是STC12C5A60S2，它能使系统得到充分的实现，能有效输出两路PWM波形，本设计中的驱动电路A和驱动电路B均采用IR2104作为它的驱动芯片，驱动电路采用被动式泵荷升压原理，如图4所示。上电时，电源流过快恢复二极管D向电容C充电，C上的端电压很快升至接近Vcc，这时如果下管导通，C负级被拉低，形成充电回路，会很快充电至接近Vcc，当PWM波形翻转时，芯片输出反向电平，下管截止，上管导通，C负极电位被抬高到接近电源电压，水涨船高，C正极电位这时已超过Vcc电源电压。因有D的存在，该电压不会向电源倒流，C此时开始向芯片内部的高压侧悬浮驱动电路供电，C上的端电压被充至高于电源高压的Vcc，只要上下管一直轮流导通和截止，C就会不断向高压侧悬浮驱动电路供电，使上管打开的时候，高压侧悬浮驱动电路电压一直大于上管的S极。采用该芯片降低了整体电路的设计难度，只要电容C选择恰当，该电路运行稳定。
如图2所示，LC滤波器对H桥逆变电路输出的SPWM进行滤波，得到完美的正弦波，输出至隔离变压器。
如图3所示，整流滤波电路是将交流电转换为直流电的电路。其作用是将交流电路输出的电压转换为单向脉动性直流电。整流电路主要由肖特基二极管组成，将隔离变压器传递的交流电转换为直流电输入至BOOST电路。
要完成对输出电压和电流的闭环控制，采用电压检测电路和电流检测电路对BOOST电路的输出端进行采样反馈。为了便于单片机B采集，分压电阻发生的电压经过由LM358组成的同相比例放大器放大后，输入到单片机的ADC端口，所述电流检测电路有两种实施方案：
方案一：霍尔电流传感器。电流流过霍尔传感器的线圈产生磁场，磁场随电流的大小变化而变化，磁场汇集在磁环内，霍尔元件输出电压信号跟着磁场变化。经过检测电压值，能得到电流的大小。
方案二：电阻分压检测电路。经过在输出回路中串联采样电阻，将经过电阻的电流转换成两端的电压，经过检测电压值从而获得电流值。该检测方式电路和程序控制都比较简洁。
变流器A与变流器B均包括系统供电电路、按键电路和显示电路，变流器A的系统供电电路的输入端与直流电源相连，变流器B的系统供电电路的输入端与整流滤波电路相连，系统供电电路采用lm7812线性降压电路和lm7805线性降压电路构成，分别为驱动电路和单片机提供电能，按键电路的输出端与单片机的输入端相连，单片机的输出端与显示电路的输入端相连，使得整个系统具有按键功能，并可以在显示装置上显示。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种变流器负载试验中的能量回馈装置，包括能量回馈装置、变流器A和直流电源，其特征在于，所述能量回馈装置包括连接单元和变流器B，所述变流器A将直流电源的直流电变为交流电，其输出通过连接单元与变流器B相连，变流器B将交流电转换成直流电，并回馈至变流器A的输入端，与直流电源一起共同给变流器A供电。
2.根据权利要求1所述的一种变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征在于，所述连接单元采用隔离变压器，所述变流器A包括H桥逆变电路、驱动电路A、单片机A，所述单片机A输出SPWM波形至驱动电路A，驱动电路A根据输出的SPWM波形驱动H桥逆变电路运行，所述H桥逆变电路将直流电源输入的直流电变为交流电，输出至能量回馈装置，所述变流器B包括BOOST电路、驱动电路B和单片机B，所述单片机B输出SPWM波形至驱动电路B，驱动电路B根据输出的SPWM波形驱动BOOST电路运行，所述BOOST电路将输入的交流电转换成直流电，并回馈至变流器A的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征在于，所述变流器A还包括LC滤波器，所述LC滤波器的输入端与H桥逆变电路输出端相连，所述LC滤波器的输出端与隔离变压器相连，所述变流器B还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路的输入端与隔离变压器相连，所述整流滤波电路的输出端与BOOST电路相连。
4.根据权利要求3所述的一种变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征在于，所述变流器A与变流器B均包括系统供电电路、按键电路和显示电路，所述变流器A的系统供电电路的输入端与直流电源相连，所述变流器B的系统供电电路的输入端与整流滤波电路相连，所述系统供电电路采用lm7812线性降压电路和lm7805线性降压电路构成，分别为驱动电路和单片机提供电能，所述按键电路的输出端与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端与显示电路的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的一种变流器负载试验中的能量回馈装置，其特征在于，所述BOOST电路的输出端分别连接有电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路和电流检测电路将检测到的电流和电压数据发送至单片机B。
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2020
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