CN201830147U - 一种变频电源的输出频率稳定装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种变频电源的输出频率稳定装置，由正负半波互补的对称电路构成的频率检测单元、以及频率补偿与设定单元组成了变频电源的频率反馈回路。通过基准频率所设定的κ倍频脉冲计数，实现频率的实时检测；通过频率线性补偿，实现输出频率的稳定控制。本实用新型的变频电源的输出频率稳定装置，频率检测误差小，可以由数字电路构成，实时性强，结构简单可靠；通过频率线性补偿，实现变频电源输出频率的稳定控制；通过调节基准频率设定环节的倍频系数，可实现频率精度控制。

Description

一种变频电源的输出频率稳定装置
技术领域
本实用新型属于电力变频技术，特别涉及一种变频电源的频率输出稳定装置。
背景技术
变频电源是将其输入端的一种电压和频率交流电变换成输出端的另一种电压和频率交流电的电源变换装置。主要应用于不同电制的移动供电场合，以及对供电质量要求较高的场合。如港口对靠港船舶供电，船厂对进坞船舶供电、实验室对电机传动试验台供电等。
由交流电动机-发电机组成的旋转式变频电源，体积大、效率低。随着电力电子技术的发展，由大功率电力电子半导体器件组成的静止式变频电源逐渐替代了旋转式变频电源。这种电力电子变频电源根据工作原理不同，主要分为交-交直接变压变频和交-直-交变压变频二种类型，但均采用VVVF(可变电压可变频率)方式。在变频电源运行过程中，由于输入端电源的波动以及输出端负荷的波动，不可避免造成变频电源输出频率的波动。这种频率波动影响了变频电源对负载的供电质量。
实用新型内容
本实用新型的目的解决上述现有技术中存在的问题，提供一种能够实现频率的实时检测并通过频率线性补偿，实现输出频率的稳定控制的变频电源的输出频率稳定装置。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种变频电源输出频率稳定装置，包括交流变频电源本体和频率稳定装置，所述交流变频电源本体由输入进线端、输入变压器、变频单元、输出变压器以及输出出线端依次连接组成，所述变频单元上设有输出频率设定端口，所述频率稳定装置由电压互感器、输出频率检测单元、频率补偿与设定单元依次连接组成，所述电压互感器的输入端与所述输出出线端连接，所述频率补偿与设定单元连接所述变频单元的输出频率设定端口。
所述输出频率检测单元包括：
电压波形成型器，所述电压波形成型器连接电压互感器的输出端，由电压互感器获得变频电源的输出电压波形，经电压波形成型器得到纯正的输出基波正弦波形；
半波整形器，与所述电压波形成型器相连，将所述基波正弦波形整理成与所述基波正弦波形同周期的半波方波；
基准频率设定装置，可人工或自动设定变频电源的基准输出频率；
计数器，与所述半波整形器相连，在半波方波的有效期内，计数器被打开，而在半波方波的非有效期内，计数器被屏蔽；
脉冲发生器，与所述基准频率设定装置和所述计数器相连，根据所述基准频率设定装置所设定的基准输出频率，向所述计数器发出倍频脉冲。
为了减少被测频率的单边检测误差，半波整形器和计数器构造成正负半波互补的对称检测结构，半波整形器由正半波整形器和负半波整形器组成，与所述半波整形器相连的计数器，由正半波计数器、负半波计数器、加法器、除数器以及倒数器组成。在被测的基波正弦波形正半周内，由正半波整形器输出的方波来控制正半波计数器，而在基波正弦波形负半周内，由负半波整形器输出的方波来控制负半波计数器，正负半波计数器输出的脉冲数经过加法器相加得到基波正弦波形一个周期内的脉冲数，经除法器和倒数器运算后，输出被测频率。
所述频率补偿与设定单元由减法器和加法器组成，给定的基准频率与频率检测单元输出的被测频率经减法器比较后，得到频率差，通过加法器，将基准频率与频率差相加，得到频率设定值，将此频率设定值输入到所述变频单元的输出频率设定端口。
所述频率补偿与设定单元，由减法器和加法器组成，通过将给定的基准频率经减法器与所述频率检测单元输出的检测频率比较后，得到频率差。当变频电源的实际输出频率值小于所设定的基准频率值时，频率差为正，表示此时的变频电源需要在所设定的基准频率的基础上加一个设定增量，以此来提高变频电源的输出频率值。反之，当变频电源的实际输出频率值大于所设定的基准频率值时，频率差为负，表示此时的变频电源需要在设定基准频率的基础上减一个设定增量，以此来降低变频电源的输出频率值。通过加法器，将基准频率与频率差相加，得到频率设定值，此频率设定值输入到变频单元的输出频率设定端口。
上述变频电源的输出频率稳定装置，频率检测误差小，可以由数字电路构成，实时性强，结构简单可靠；通过频率线性补偿，实现变频电源输出频率的稳定控制；通过调节基准频率设定环节的倍频系数，可实现频率精度控制。
附图说明
图1是本实用新型的变频电源输出频率稳定装置组成结构图。
图2是本实用新型的变频电源输出频率稳定装置的输出频率检测单元和频率补偿与设定单元的工作原理框图。
图3是本实用新型的变频电源输出频率稳定装置的一个实施例中半波整形器和计数器构造成正负半波互补的对称检测结构图。
图4是半波整形器输出的方波示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
本实用新型的变频电源输出频率稳定装置组成结构如图1所示。图1中，3为交流变频电源本体，由变频单元4、输入变压器5、输出变压器6、以及输入进线端1和输出出线端2组成，11为变频单元4的输出频率设定端口，7为频率稳定装置，由电压互感器8、输出频率检测单元9、频率补偿与设定单元10组成，12为电压互感器接地端。频率稳定装置7构成了变频电源3的频率反馈，从而实现变频电源的输出频率稳定。
输出频率检测单元9的工作原理框图如图2中的虚线框9所示。
图2中，基准频率设定装置13，可人工或自动设定变频电源的基准输出频率fN。脉冲发生器14，根据所设定的基准输出频率fN，发出倍频脉冲，其频率f1是基准频率fN的κ倍。
为了保证输出频率的检测精度，倍频系数κ，通常选择工频频率的20倍以上。由电压互感器8获得变频电源的输出电压波形，经电压波形成型器15，得到纯正的输出基波正弦波形，通过半波整形器16，输出与基波正弦波形同步的同周期T的半波方波(基波正弦波形的正半周或负半周)。此方波用于计数器17的计数控制。在方波的有效期T/2(正半周或负半周)内，计数器17被打开，自动清零后接受脉冲发生器14发出的计数脉冲，而在方波的非有效期内，计数器17被屏蔽。计数器17输出变频电源输出频率检测量f2。
为了减少被测频率的单边检测误差，半波整形器16和计数器17构造成正负半波互补的对称检测结构，如图3所示。图3中，半波整形器16由正半波整形器21和负半波整形器22组成，输出方波如图4所示。计数器17由正半波计数器23、半波计数器24、加法器25、除法器26和倒数器27组成。
在被测的基波正弦波形正半周期内，由正半波整形器21输出的方波来控制正半波计数器23，而在基波正弦波形负半周期内，由负半波整形器22输出的方波来控制负半波计数器24。正负半波计数器23和24的输出脉冲数N21和N22经过加法器25得到的被基波正弦波形一个周期内的脉冲数N2为：
N2＝N21+N22＝κfN(τ21+τ22)＝κfNτ22
经除数为κfN的除法器26和倒数器27后，输出的检测频率量f2为：
f2＝1/τ2＝f
式中，f为被测频率。
频率补偿与设定单元的工作原理框图如图2中的虚线框10所示，由减法器18和加法器19组成。通过将给定的基准频率fN与频率检测单元9输出的检测频率量f2经减法器18比较后，得到频率差Δf：
Δf＝fN-f2＝fN-f
这是实际频率所需要的补偿量。当变频电源的实际输出频率值f小于所设定的基准频率值fN时，Δf为正，表示此时的变频电源需要在设定基准频率的基础上加一个设定增量，以此来提高变频电源的输出频率值。反之，当变频电源的实际输出频率值f大于所设定的基准频率值fN时，Δf为负，表示此时的变频电源需要在设定基准频率的基础上减一个设定增量，以此来降低变频电源的输出频率值。因此，这种频率补偿是一种线性补偿，不产生补偿误差。
具体的频率补偿增量的设定由加法器19来实现。通过加法器19，将基准频率fN与频率差Δf相加，得到频率设定值：
Fs＝fN+Δf＝2fN-f
将此频率设定值输入到变频单元4的输出频率设定端口。
由上述过程实现的变频电源输出频率稳定方法，由于正负半波互补检测，因此减少了频率检测误差。上述过程实现的变频电源输出频率稳定电路，可以由数字电路构成，实时性强，结构简单可靠，通过频率线性补偿，实现变频电源输出频率的稳定控制。调节基准频率设定环节的倍频系数κ，可实现频率精度控制。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种变频电源输出频率稳定装置，包括交流变频电源本体和频率稳定装置，其特征在于，所述交流变频电源本体由输入进线端、输入变压器、变频单元、输出变压器以及输出出线端依次连接组成，所述变频单元上设有输出频率设定端口，所述频率稳定装置由电压互感器、输出频率检测单元、频率补偿与设定单元依次连接组成，所述电压互感器的输入端与所述输出出线端连接，所述频率补偿与设定单元连接所述变频单元的输出频率设定端口。
2.根据权利要求1所述的变频电源输出频率稳定装置，其特征在于，所述输出频率检测单元包括：
与所述电压互感器的输出端连接的电压波形成型器，由电压互感器获得变频电源的输出电压波形，经电压波形成型器得到纯正的输出基波正弦波形；
与所述电压波形成型器相连的半波整形器，将所述基波正弦波形整理成与所述基波正弦波形同周期的半波方波；
基准频率设定装置，可人工或自动设定变频电源的基准输出频率；
与所述半波整形器相连的计数器，在半波方波的有效期内，计数器被打开，而在半波方波的非有效期内，计数器被屏蔽；
与所述基准频率设定装置和所述计数器相连的脉冲发生器，根据所述基准频率设定装置所设定的基准输出频率，向所述计数器发出倍频脉冲。
3.根据权利要求1所述的变频电源输出频率稳定装置，其特征在于，所述输出频率检测单元包括：
与所述电压互感器的输出端连接的电压波形成型器，由电压互感器获得的变频电源的输出电压波形，经电压波形成型器得到纯正的输出基波正弦波形；
与所述电压波形成型器相连的半波整形器，由正半波整形器和负半波整形器组成，将所述基波正弦波形整理成与所述基波正弦波形同周期的半波方波；
基准频率设定装置，可人工或自动设定变频电源的基准输出频率；
与所述半波整形器相连的计数器，由正半波计数器、负半波计数器、加法器、除数器以及倒数器组成；
与所述基准频率设定装置和所述计数器相连的脉冲发生器，根据所述基准频率设定装置所设定的基准输出频率，向所述计数器发出倍频脉冲；
在被测的基波正弦波形正半周内，由正半波整形器输出的方波来控制正半波计数器，而在基波正弦波形负半周内，由负半波整形器输出的方波来控制负半波计数器，正负半波计数器输出的脉冲数经过加法器相加得到基波正弦波形一个周期内的脉冲数，经除法器和倒数器运算后，输出被测频率。
4.根据权利要求1所述的变频电源输出频率稳定装置，其特征在于，所述频率补偿与设定单元由减法器和加法器组成，将给定的基准频率与频率检测单元输出的被测频率输入减法器比较，得到给定的基准频率与频率检测单元输出的被测频率的频率差，通过加法器，将基准频率与所得频率差相加，得到频率设定值，将此频率设定值输入到所述变频单元的输出频率设定端口。
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