CN203368335U - 用于铁芯磁性能测试的变频电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于铁芯磁性能测试的变频电源，包括整流电路、斩波电路、逆变电路和负载铁芯；交流电源通过隔离器后连接到整流电路的输入端，整流电路的输出端经过直流滤波器后连接到斩波电路的输入端，斩波电路的输出端连接到逆变电路的输入端，逆变电路的输出端经过交流滤波器后连接到测试铁芯的输入端；所述斩波电路为BuckChopper降压斩波电路，所述逆变电路为PWM逆变电路。该变频电源具有电源输出基本无谐波，具有恒压、恒流模式，带负载能力强，电源波形输出可控，电源相关数据处理算法简单，操作方便，测量结果精度较高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气及电气工程技术领域，具体来讲是一种用于铁芯磁性能测试的变频电源。
背景技术
目前电流互感器的设计，使用的都是经验数据。极大地影响了铁芯设计和屏蔽设计方案的实际设计效果。在设计铁芯时存在两大问题，一个是存在铁芯线性裕量较大的问题，另一个是存在裕度不够甚至线性部分性能不足的问题。同时也给互感器的安全稳定运行带来隐患。为适应新形势下互感器设计发展的新要求，更准确的获取铁芯实际测量数据，设计出经济实用，且性能参数符合要求的铁芯，需开发铁芯磁性能测试仪器，来获取铁芯的实际磁化参数，为铁芯设计获取正确实用的铁芯磁化数据。铁芯测试过程中，需要电源对铁芯的励磁绕组进行励磁，建立测量磁通，传统磁性能测试设备使用传统的机械调压器对铁芯励磁，该种励磁电源存在电源波形谐波含量较大，带负载能力不足，对测量仪器滤波、数据处理要求较高，算法复杂，测量结果误差较大等缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于铁芯磁性能测试的变频电源，用来提供频率、电压可调的测量信号，是用于工业控制、电力系统、电气测量及各种机电一体化等装置的多种变频测量的核心部件，特别适用于为了保持铁芯磁性能测试中磁场强度的波形为正弦形的不同铁芯的磁性能进行测试。
本实用新型的技术方案如下：一种用于铁芯磁性能测试的变频电源，包括整流电路、斩波电路、逆变电路和负载铁芯；交流电源通过隔离器后连接到整流电路的输入端，整流电路的输出端经过直流滤波器后连接到斩波电路的输入端，斩波电路的输出端连接到逆变电路的输入端，逆变电路的输出端经过交流滤波器后连接到测试铁芯的输入端；所述斩波电路为BuckChopper降压斩波电路，所述逆变电路为PWM逆变电路。
BuckChopper降压斩波电路包括主电路和控制电路，其中控制电路包括电压比较器、比例-积分PI控制器、三角载波发生器和PWM调制器；电压比较器的负输入端连接到所述BuckChopper降压斩波电路的输出端，电压比较器的正输入端连接到所述测试铁芯的输入端，电压比较器的输出端通过比例-积分PI控制器连接到PWM调制器的第一输入端，三角载波发生器的输出端连接到PWM调制器的第二输入端，PWM调制器的输出端连接到所述主电路的控制端。
PWM逆变电路包括主电路和控制电路，其中控制电路包括积分器、反相器、电压比较器、比例-积分-微分PID控制器、三角载波发生器和PWM调制器；积分器的输入端连接到所述测试铁芯的输出端，积分器的输出端通过反相器连接到电压比较器的正输入端，电压比较器的负输入端连接到所述测试铁芯的输入端，电压比较器的输出端通过比例-积分-微分PID控制器连接到PWM调制器的第一输入端，三角载波发生器的输出端连接到PWM调制器的第二输入端，PWM调制器的输出端连接到所述主电路的控制端。
本实用新型取得的技术效果在于，用于铁芯磁性能测试的变频电源具有电源输出基本无谐波，具有恒压、恒流模式，带负载能力强，电源波形输出可控，电源相关数据处理算法简单，操作方便，测量结果精度较高等优点。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构图。
图2是BuckChopper降压斩波电路控制调制比示意图。
图3是PWM逆变电路输出值PID闭环控制系统图。
图4是本实用新型的电路图。
具体实施方式
如图4所示，一种用于铁芯磁性能测试的变频电源，包括整流电路、斩波电路、逆变电路和负载铁芯；交流电源通过隔离器后连接到整流电路的输入端，整流电路的输出端经过直流滤波器C1后连接到BuckChopper降压斩波电路的输入端，BuckChopper降压斩波电路的输出端连接到PWM（PulseWidthModulation）逆变电路的输入端，PWM逆变电路的输出端经过L2、C3构成的交流滤波器后连接到测试铁芯的输入端。整流电路采用二极管不可控整流桥。
BuckChopper降压斩波电路包括主电路和控制电路，其中主电路基于绝缘栅双极晶体管IGBT，L1、C2构成滤波器；控制电路包括电压比较器、比例-积分PI控制器、三角载波发生器和PWM调制器；电压比较器的负输入端连接到所述BuckChopper降压斩波电路的输出端，电压比较器的正输入端连接到所述测试铁芯的输入端，电压比较器的输出端通过比例-积分PI控制器连接到PWM调制器的第一输入端，三角载波发生器的输出端连接到PWM调制器的第二输入端，PWM调制器的输出端连接到所述主电路的控制端。控制电路由现场可编程门阵列FPGA构成。
PWM逆变电路包括主电路和控制电路，主电路也是基于绝缘栅双极晶体管IGBT，控制电路包括积分器、反相器、电压比较器、比例-积分-微分PID控制器、三角载波发生器和PWM调制器；积分器的输入端连接到所述测试铁芯的输出端，积分器的输出端通过反相器连接到电压比较器的正输入端，电压比较器的负输入端连接到所述测试铁芯的输入端，电压比较器的输出端通过比例-积分-微分PID控制器连接到PWM调制器的第一输入端，三角载波发生器的输出端连接到PWM调制器的第二输入端，PWM调制器的输出端连接到所述主电路的控制端。控制电路同样由现场可编程门阵列FPGA构成。
由于测试铁芯的线圈呈阻感性，为了避免LC滤波导致的谐振，在滤波电容C3中串联功率电阻R。
针对逆变电路，综合提高直流电压利用率和减少输出波形中所含的谐波量两个指标，以及考虑到逆变电路控制精度时，当调制比过低时调节精度不够，调制比过高时裕度不够，因此设置PWM逆变电路调制比在0.8左右。在电源主电路中对可控电源输出电压的调节一般有对输出交流电压直接调压和对逆变部分输入直压进行调节两种方法，本电路采用调直压的方法，这样仅需通过闭环比例-积分PI控制降压斩波电路中绝缘栅双极晶体管IGBT管的通断就可以调节逆变电路输入直压，控制方便。
为保证采用PWM逆变电路调制比控制在0.8左右，逆变电路的输出电压的变化将导致其输入直流电压的变化，即降压斩波电路的输出电压Ud，将其与比较后送入比例-积分PI控制器，再经过PWM调制器后产生控制开关管的导通与关断信号，使输出电压跟随基准电压,从而保证了PWM逆变电路调制比控制在0.8左右，使逆变电路控制精度提高。图2是BuckChopper降压斩波电路控制调制比示意图。其中，Gvd为占空比至输出的传递函数，其中，Ud为降压斩波电路的输出电压，Uo为PWM逆变电路滤波后的输出电压。
为保持磁感应强度B波形为正弦形，即保证次级感应电压为正弦形，采用把次级感应电压积分得到磁感应强度B的信号电压进行反馈的方法。具体方法如下：采集铁芯的次级感应电压U2f和PWM逆变电路的输出电压Uo，将Uo与U2f进行比较后，送入到比例-积分-微分PID控制器中，再将其输出信号送入调制电路中，得到开关信号，通过开关信号控制绝缘栅双极晶体管IGBT的通断，实现电压跟踪。图3是PWM逆变电路输出值PID闭环控制系统图。其中，Kpwm为调制器输入信号至逆变器输出电压的传递函数，Gvd表示LRC滤波器带负载铁芯时的传递函数。Uref为PWM逆变电路的给定电压，U2f为铁芯的次级感应电压。
测量交流磁滞回线时用采样法，先将励磁电压加到预定的数值，读出对应的磁化电流和次级线圈的感应电压，改变励磁电压，就可以得到一系列的磁化电流和对应的次级线圈感应电压，这样就可以得到一条伏安特性曲线。然后根据安培环路定律可以得到铁芯中的磁场强度
根据电磁感应定律可以得到铁芯中的磁感应强度
这样就可以换算到交流磁化曲线。交流磁化曲线是个交流磁滞回线的顶点(Hm,Bm)的轨迹，因而交流磁滞回线也就获得了。
Claims (7)
1.一种用于铁芯磁性能测试的变频电源，包括整流电路、斩波电路、逆变电路和负载铁芯；交流电源通过隔离器后连接到整流电路的输入端，整流电路的输出端经过直流滤波器后连接到斩波电路的输入端，斩波电路的输出端连接到逆变电路的输入端，逆变电路的输出端经过交流滤波器后连接到测试铁芯的输入端；其特征在于，所述斩波电路为Buck Chopper降压斩波电路，所述逆变电路为PWM逆变电路。
2.如权利要求1所述的变频电源，其特征在于，所述Buck Chopper降压斩波电路包括主电路和控制电路，其中控制电路包括电压比较器、比例-积分PI控制器、三角载波发生器和PWM调制器；电压比较器的负输入端连接到所述Buck Chopper降压斩波电路的输出端，电压比较器的正输入端连接到所述测试铁芯的输入端，电压比较器的输出端通过比例-积分PI控制器连接到PWM调制器的第一输入端，三角载波发生器的输出端连接到PWM调制器的第二输入端，PWM调制器的输出端连接到所述主电路的控制端。
3.如权利要求2所述的变频电源，其特征在于，所述Buck Chopper降压斩波电路的主电路基于绝缘栅双极晶体管IGBT，控制电路由现场可编程门阵列FPGA构成。
4.如权利要求1所述的变频电源，其特征在于，所述PWM逆变电路包括主电路和控制电路，其中控制电路包括积分器、反相器、电压比较器、比例-积分-微分PID控制器、三角载波发生器和PWM调制器；积分器的输入端连接到所述测试铁芯的输出端，积分器的输出端通过反相器连接到电压比较器的正输入端，电压比较器的负输入端连接到所述测试铁芯的输入端，电压比较器的输出端通过比例-积分-微分PID控制器连接到PWM调制器的第一输入端，三角载波发生器的输出端连接到PWM调制器的第二输入端，PWM调制器的输出端连接到所述主电路的控制端。
5.如权利要求4所述的变频电源，其特征在于，所述PWM逆变电路的主电路基于绝缘栅双极晶体管IGBT，控制电路由现场可编程门阵列FPGA构成。
6.如权利要求1所述的变频电源，其特征在于，所述直流滤波器为电容滤波器，交流滤波器为LC滤波器且滤波电容C串联功率电阻R。
7.如权利要求1所述的变频电源，其特征在于，所述整流电路为二极管不可控整流桥。
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| CN 201320351006 CN203368335U (zh) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | 用于铁芯磁性能测试的变频电源 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103354423A (zh) * | 2013-06-19 | 2013-10-16 | 国家电网公司 | 用于铁芯磁性能测试的变频电源 |
| CN107546968A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-01-05 | 北京东标电子有限公司 | 一种铁路电源谐波治理稳压系统 |
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2013
- 2013-06-19 CN CN 201320351006 patent/CN203368335U/zh not_active Expired - Lifetime
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