本发明的目的是提供一种方案,省去庞大的主回路功率变压器,使用户调峰电源既有稳定的输出电压,又缩小体积,低成本而实用化。
本发明的第一技术方案是:该装置由三组输入滤波器、正负两组三相半波整流器、两组带直流电抗器的LC滤波器、两组DC/DC升压稳压变换器、正负两组蓄电池、三相逆变桥、三组LC输出滤波器和控制回路及公共端PE极组成;三组输入滤波器由交流电抗器L11、L12、L13,压敏电阻Y11、Y12、Y13、电容器C01、C02、C03组成,其三组输入滤波器的输入端接入市电三相380V 50Hz电源,三相输出端接由D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的正负两组三相半波整流器,正负两组三相半波整流器的两输出端接由L21、C11、L22、C12组成的两组带直流电抗器的LC滤波器,两组带直流电抗器的LC滤波器的公共端接PE极,其两输出端接到由L31、T41、Q41、D7、C21、C31、R11、R12、R13、S41及L32、T42、Q42、D8、C22、C32、R21、R22、R23、S42组成的,由升压稳压控制单元的DY1控制的两组DC/DC升压稳压变换器,两组DC/DC升压稳压变换器的公共端接PE极,其两输出端接两组串联的蓄电池的正负极,两组串联蓄电池的正负连接点接PE极,两组蓄电池串接后的正极和负极接由开关元件T11、T12、T21、T22、T31、T32、续流二极管D11、D12、D21、D22、D31、D32和开关元件驱动器Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32组成的由控制回路DY4控制的三相逆变桥,三相逆变桥的三输出端接由L41、L51、C41和L42、L52、C42及L43、L53、C43组成的三组输出滤波器,输出滤波器的接地点接PE极,其三个输出端接三相交流负载。
控制回路由DC/DC升压稳压控制单元DY1、锁相同步控制单元DY2、通信接口DY3、控制器DY5、电压负反馈单元DY6、过流检测单元DY7和微处理器三相SPWM发生器DY4组成。
PE极为三相四线制输入电源和输出电源的公共中线。
本发明的另一技术方案是:此装置由三组输入滤波器、正负两组三相半控整流器、两组带直流电抗器的LC滤波器、正负两组蓄电池、三相逆变桥、三组LC输出滤波器、自耦升压变压器和控制回路及公共端PE极组成;三组输入滤波器由交流电抗器L11、L12、L13、压敏电阻Y11、Y12、Y13、电容器C01、C02、C03组成,其三组输入滤波器的输入端接入市电三相380V 50HZ电源,其输出端接由SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6、CF1、CF2组成的正负两组三相半控整流器,正负两组三相半控整流器的两输出端接由L21、C21、C31、L22、C22、C32、组成的两组带直流电抗器的LC滤波器,两组带直流电抗器的LC滤波器的公共端接PE极,其两输出端接两组串联的蓄电池的正负极,两组串联蓄电池的正负连接点接PE极,两组蓄电池串接后的正极和负极接由开关元件T11、T12、T21、T22、T31、T32、续流二极管D11、D12、D21、D22、D31、D32和开关元件驱动器Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32组成的,由控制回路DY4控制的三相逆变桥,三相逆变桥的三输出端接由L41、L51、C41和L42、L52、C42及L43、L53、C43组成的三组输出滤波器,输出滤波器的接地点接PE极,其三个输出端接由ZB11、ZB12、ZB13组成的自耦升压变压器的各抽头端、各自耦升压变压器的输出端接三相交流负载。(参见图4)
控制回路由充电电流调节控制单元DY8、锁相同步控制单元DY2、通信接口DY3、控制器DY5、电压负反馈单元DY6、过流检测单元DY7和微处理器三相SPWM发生器DY4组成。
PE极为三相四线制输入电源和输出电源的公共中线。
本发明实施后有如下有益效果:
1)主回路输入输出中线为同一中线,简化了电路构成,适合于不平衡三相负载。
2)电网电压的大幅度变动及电池电压的大幅度变动,仍然可以输出稳定的三相正弦波电压。
3)对电网和负载的干扰极小。
4)较小的体积和较少的成本。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明:
图1的基本方框图可以看清本发明的组成,该装置由三组输入滤波器、正负两组三相半波整流器、两组带直流电抗器的LC滤波器、两组DC/DC升压稳压变换器、正负两组蓄电池、SPWM控制的三相逆变桥、三组LC输出滤波器和控制回路及公共端PE极组成;三组输入滤波器由交流电抗器L11、L12、L13,压敏电阻Y11、Y12、Y13,电容器C01、C02、C03组成,其三组输入滤波器的输入端接入市电三相380V50Hz电源,其输出端接由D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的正负两组三相半波整流器,正负两组三相半波整流器的两输出端接由L21、C11、L22、C12组成的两组带直流电抗器的LC滤波器,两组带直流电抗器的LC滤波器的公共端接PE极,其两输出端接到由L31、T41、Q41、D7、C21、C31、R11、R12、R13、S41及L32、T42、Q42、D8、C22、C32、R21、R22、R23、S42组成的,由升压稳压控制单元的DY1控制的两组DC/DC升压稳压变换器,两组DC/DC升压稳压变换器的公共端接PE极,其两输出端接两组串联的蓄电池的正负极,两组串联蓄电池的正负连接点接PE极,两组蓄电池串接后的正极和负极接由开关元件T11、T12、T21、T22、T31、T32、续流二极管D11、D12、D21、D22、D31、D32和开关元件驱动器Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32组成的,由控制回路DY4控制的三相逆变桥,三相逆变桥的三输出端接由L41、L51、C41和L42、L52、C42及L43、L53、C43组成的三组输出滤波器,输出滤波器的接地点接PE极,其三个输出端接三相交流负载。(参见图3)
控制回路由DC/DC升压稳压控制单元DY1、锁相同步控制单元DY2、通信接口DY3、控制器DY5、电压负反馈单元DY6、过流检测单元DY7和微处理器三相SPWM发生器DY4组成。
PE极为三相四线制输入电源和输出电源的公共中线。
本发明的要点在主回路。因此,以下就图3的具体实施例进行详细说明:
市电三相380V,50HZ经由开关K1、断路器J1馈入本发明所述装置,输入为三相四线制,R、S、T为相线,PE为中线。
由交流电抗器L11、L12、L13、压敏电阻Y11、Y12、Y13、电容器C01、C02、C03组成三组输入滤波器,此滤波器只画了最基本的,根据功率和用户处的情况可以有所变化,但该输入滤波器要能够有效地滤除由电网进入的共模和差模干扰。
由D1、D2、D3、D4、D5、D6构成三相整流桥,此整流桥看起来像三相全波桥式整流,但如果看到中线PE、直流电抗器L21、L22、电容C11、C12就可以分析出,它是正负两组三相半波整流桥,三相380V交流电经整流后,在电容C11、C12上可以获得正负两组270V左右的直流,完成AC/DC整流变换。
由L21、L22、C11、C12组成两组LC滤波器,在负载情况下电容C11、C12上大约有270V的电压,在空载是约有310V左右的电压。电感L21、L22为直流电抗器,用于减少整流时对整流二极管的电流冲击,以及改善滤波电容(C11、C12)对电网的谐波电流污染,而且提高对电网的功率因数。
由L31、T41、Q41、D7、C21、C31、R11、R12、R13、S41及L32、T42、Q42、D8、C22、C32、R21、R22、R23、S42组成正负两组DC/DC升压稳压电路。T41、T42工作于脉冲开关状态,利用L31、L32储能提升的电压通过D7、D8整流成升高的直流电压。正常稳定情况下,由270V提升到390V。提升电压的稳定是通过R11、R12、R13和R21、R22、R23分压器取得的电压信号,经过DY1对DC/DC升压稳压控制单元实现电压负反馈。由于被充电的电池电压在较宽的范围内变化,因此充电电流有可能很大,为了限止过大的充电电流,利用电流传感器S41和S42经过DY1实现电流负反馈。
B11和B12是储能蓄电池,考虑到电池浮充电压最高达到13.5/12=1.125倍和临界放电电压到达10/12=0.833倍,电池电压将在390V~289V之间变动,需12V电池各29节串联。本发明由于直接使用高压使本装置能够不使用工频或中频的功率变压器。
由T11、T12、T21、T22、T31、T32和D11、D12、D21、D22、D31、D32及Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32构成三相逆变桥,T11、T12、T21、T22、T31、T32是开关元件,D11、D12、D21、D22、D31、D32是续流二极管,Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32为开关元件的驱动器,驱动器同Q41、Q42相类似,都是经过光电隔离的驱动级,由DY4单元提供对Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32的驱动信号,DY4内部有单片机控制的正弦波发生器,产生三相正弦波信号,并且受到来自DY2、DY3、DY5、DY6、DY7各单元的控制,使逆变器的输出符合预想的要求。
由L41、L42、L43、L51、L52、L53、C41、C42、C43对逆变桥输出电压和电流进行滤波,由于逆变器是以PWM(脉冲宽度调制)方式工作,其载波在15-20KHZ范围,对用户会有不良的干扰。因此由L41、L51、C41(其它二相类似)构成LC滤波器,减少对用户的干扰。
J3作为交流旁路切换开关,当本用户调峰电源不工作时,可以切换到市电,继续对负载供电。
DY1是用于控制DC/DC升压、稳压及限流的控制单元。
DY2是锁相同步控制单元,用于调整微处理器产生的三相正弦波严格地同电网电压同频同相同压,使一旦J3进行切换时不会造成对负载和对逆变器发生冲击及引起损坏。
DY3是通信接口,用于上位微机对本系统的控制接口。
DY4是以微处理器为中心的SPWM三相发生器及用各种反馈控制信号经过DY4调整SPWM输出参数,这些参数包括:SPWM的开启和关闭,三相的相位调整,由各种信号的输入来调整SPWM输出的脉冲宽度等。
DY5控制器是用于设定充电时间段和放电时间段;电池过低电压保护;交流旁路切换控制以及其他保护。
DY6引入逆变器输出三相交流电的幅度,经处理后送入DY4实现深度电压负反馈,使逆变器在电网电压、电池电压大幅度变动时仍能输出稳定的三相交流电压。
DY7由电流检测传感器送来逆变器的输出电流信号,当过载、短路时,送出信号到DY4,实现过流及短路保护。
DY1~DY7都是常规技术,其电路图属公知技术范围。
以上DC/DC变换升压稳压及充电部分,可以改变成没有升压功能的其它充电电流调节部件,例如:可以使用两组半控桥调节对电池的充电电流,这时后级的电池电压可以降低,最后三相逆变器的输出接一个只有额定功率40%以下的自耦工频变压器再升压到额定电压。这种方案虽然使用了升压的工频变压器,但功率和体积可以较小,这种方案的主回路方框图如图2所示,其较详细主回路如图4所示。
图2是本发明的另一技术方案,只使用简单充电调节控制单元及三相自耦升压变压器的方框图,该装置由三组输入滤波器、正负两组三相半控整流器、两组带直流电抗器的LC滤波器、正负两组蓄电池、三相逆变桥、三组LC输出滤波器、自耦升压变压器和控制回路及公共端PE极组成;三组输入滤波器由交流电抗器L11、L12、L13、压敏电阻Y11、Y12、Y13、电容器C01、C02、C03组成,其三组输入滤波器的输入端接入市电三相380V 50HZ电源,其输出端接由SCR1、SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6、CF1、CF2组成的正负两组三相半控整流器,正负两组三相半控整流器的两输出端接由L21、C21、C31、L22、C22、C32、组成的两组带直流电抗器的LC滤波器,两组带直流电抗器的LC滤波器的公共端接PE极,其两输出端接两组串联的蓄电池的正负极,两组串联蓄电池的正负连接点接PE极,两组蓄电池串接后的正极和负极接由开关元件T11、T12、T21、T22、T31、T32、续流二极管D11、D12、D21、D22、D31、D32和开关元件驱动器Q11、Q12、Q21、Q22、Q31、Q32组成的由控制回路DY4控制的三相逆变桥,三相逆变桥的三输出端接由L41、L51、C41和L42、L52、C42及L43、L53、C43组成的三组输出滤波器,输出滤波器的接地点接PE极,其三个输出端接由ZB11、ZB12、ZB13组成的自耦升压变压器的各抽头端、各自耦升压变压器的输出端接三相交流负载。(参见图4)
控制回路由充电电流调节控制单元DY8、锁相同步控制单元DY2、通信接口DY3、控制器DY5、电压负反馈单元DY6、过流检测单元DY7和微处理器三相SPWM发生器DY4组成。
PE极为三相四线制输入电源和输出电源的公共中线。
本技术方案的三组输入滤波器、两组带直流电抗器的LC滤波器、正负两组蓄电池、三相逆变桥、三组LC输出滤波器、公共端PE极及控制回路DY2、DY3、DY4、DY5、DY6、DY7与第一技术方案相类似。
本技术方案与第一技术方案不同的是:
由晶闸管SCR1、SCR2、SCR3和SCR4、SCR5、SCR6构成正负两组三相半控整流器,其触发分别由触发单元CF1、CF2给出触发信号,而CF1、CF2受充电电流调节控制单元DY8的控制。
ZB11、ZB12、ZB13是自耦升压变压器,本电源装置的主回路各器件有一定的电压降落,电网电压波动时有跌落,蓄电池放电后电压有降落,这些因素造成逆变器输出电压达不到380V。因此,使用自耦式升压变压器ZB11、ZB12、ZB13使输出电压升到380V,由于是自耦变压器升压得并不多,因此变压器体积小。
DY8是充电电流调节控制单元,该单元受到直流母线电压和传感器S61、S62送来的电池充电电流信号的控制,使得电池充电过程在安全的电流和电压范围内,并对过电压、过电流进行限止和保护。
DY8是常规技术,其电路图属公知技术范围。
图5是本发明的第三技术方案,图6是该技术方案较详细主回路和控制方框图。
该方案与图3的方案的基本不同之处是使用了PFC(功率因数校正)型整流滤波电路,并且使用了单相电源,该PFC的主要控制芯片使用了UC3854,PFC方案的目的是调整电抗器L上的储存和放出的能量来改善电网对滤波电容的充电波形,使整流滤波电路对电网的功率因数提高,PFC技术已不是本发明的范围,是已有技术,因此,在此不详述。
本方案的电源取自单相220V市电,由PFC部份形成的电压提升,可以使D7、D8输出达到±390V左右,给蓄电池正常充电,以后的各级同图4相似。
具体接法为单相市电网通过开关接入由L11、L12、Y11、C01组成的单相输入滤波器,然后接到PFC(功率因数校正)型整流滤波电路的输入端,而PFC的输出端接到正负两组蓄电池的正极和负极。