CN203722483U - 三相程控交流电源装置 - Google Patents

Abstract

三相程控交流电源装置，其包括：不控整流电路、逆变电路、交流LC滤波电路、被测逆变器、人机界面、隔离驱动电路、主控单元、升压电路、隔离反馈电路，其特征是：不控整流电路输入市电后将交流电变为脉动的直流电，经电解电容滤波后成为直流电，再连接到Boost升压电路，通过Boost升压电路连接到三相全桥逆变电路，再由三相全桥逆变电路输出到交流LC滤波电路后到被测逆变器和隔离反馈电路，隔离反馈电路采用霍尔JCE-L25P电压采样电路和霍尔JCE25-TSNP电流采样电路，采集的电压和电流反馈到主控单元，由主控单元产生的PWM控制信号通过隔离驱动电路产生的PWM驱动信号驱动逆变电路，主控单元与人机界面连接。

Description

三相程控交流电源装置

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，涉及一种三相程控交流电源装置。

背景技术

从能源供应的角度来考虑，太阳能无疑是符合可持续发展战略的理想绿色能源之一。全球能源专家们认为，太阳能将成为本世纪最重要的能源之一。太阳能发电系统就成为了热门话题，太阳能电池板，光伏逆变器等成为个企业研究的对象，当光伏逆变器的检测无疑也备受关注。本文就是设计一个三相程控交流电源装置来模拟电网来检测逆变器是否能达到并网要求。在电力设备参数的高电压测试中，经常需要一种在一定范围内电压连续可调、波形失真小、频率稳定的高压交流电源作为测量的激励源。以前多直接采用升压变压器获得高电压，再通过继电器改变变压器变化实现电压的调整。因其只有有限个离散点，所以电压不能连续调节。另一方面，由于输出波形与市电波形不相同，所以失真严重。用它作为基准激励源，常常造成测量误差。因此传统的模拟变频电源已远远不能满足现代应用的要求。另外市场上常见的程控电源还有采用模拟闭环方式来保证输出信号的准确度，即在反馈环节上通过输出采样、精密整流和比较积分等模拟环节实现，其硬件设计复杂，体积大、笨，并且由于模拟电路的温漂、时漂的影响，难以达到较高的精度。

为此，研制出高可靠性、高稳定性、功能丰富、操作简单的三相程控交流电源装置已成为亟待解决的问题，并对其它三相交流设备也有普遍的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种三相程控交流电源装置。解决了现有技术中存在的波形输出失真，测量误差多，程控反应慢，硬件设计复杂，体积大、笨，难以达到较高的精度等问题。

本实用新型的技术方案是三相程控交流电源装置，其包括：不控整流电路、逆变电路、交流LC滤波电路、被测逆变器、人机界面、隔离驱动电路、主控单元、升压电路、隔离反馈电路，其特征是：不控整流电路输入市电后经电解电容连接到升压电路，通过升压电路连接到逆变电路，再由逆变电路输出到交流LC滤波电路后到被测逆变器和隔离反馈电路，隔离反馈电路采集的电压和电流反馈到主控单元，由主控单元产生的PWM控制信号通过隔离驱动电路产生的PWM驱动信号驱动逆变电路，主控单元与人机界面连接。

所述的不控整流电路是全桥整流电路，由四个HER108二极管组成。

所述的升压电路是Boost升压电路，Boost升压电路还连接有TL494芯片，通过TL494芯片的E1与E2管脚产生的PWM IN信号来驱动Boost升压电路，Boost升压电路选用的绝缘栅双极型晶体管的型号为IRGB20B120UD-EP。

所述的逆变电路是三相全桥逆变电路，由六个IRGB20B120UD-EP型号的绝缘栅双极型晶体管组成。

所述的隔离驱动电路是IR2235驱动芯片。

所述的隔离反馈电路是由霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆变器输入的电流和电压。

所述的霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P分别与两个LM324连接，分别起阻抗变换和信号调理作用。

所述的人机界面是由128×64 LCD液晶显示器和4×4按键组成。

所述的主控单元采用的芯片是TMS320F2812。

本实用新型的有益效果是为了使系统输出的电压幅值、频率及其它参数的精度达到一定的精度等级，本设计在整流电路中选用快速恢复型二级管HER810产生所需的脉动直流电，加上滤波电解电容产生直流电，通过Boost升压电路产生所需逆变的直流电压，通过三相全桥逆变电路和LC滤波电路产生所需的交流电。本系统采用霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆变器输入的电流和电压，从而达到双闭环调节系统以满足要求，双闭环调节环节是整个系统输出大功率正弦信号的稳压精度控制的核心。人机接口模块由128×64 LCD液晶显示器和4×4按键组成，用来输入和显示系统工作的参数，实现可视化。

附图说明

图1是三相程控交流电源装置整体控制框图;

图2是三相程控交流电源装置主电路原理图;

图3是升压电路;

图4是Boost升压电路的霍尔JCE-L25P直流电压采样电路;

图5是Boost升压电路的驱动电路;

图6是隔离驱动电路;

图7是霍尔JCE-L25P电压采样电路;

图8是霍尔JCE25-TSNP电流采样电路。

具体实施方式

实施例1

三相程控交流电源装置，其包括：不控整流电路、逆变电路、交流LC滤波电路、被测逆变器、人机界面、隔离驱动电路、主控单元、升压电路、隔离反馈电路，其特征是：不控整流电路输入市电后经电解电容连接到升压电路，通过升压电路连接到逆变电路，再由逆变电路输出到交流LC滤波电路后到被测逆变器和隔离反馈电路，隔离反馈电路采集的电压和电流反馈到主控单元，由主控单元产生的PWM控制信号通过隔离驱动电路产生的PWM驱动信号驱动逆变电路，主控单元与人机界面连接。

三相程控交流电源装置整体控制框图和主电路原理图如图1和图2所示。不控整流电路输入市电后将交流电变为脉动的直流电，经电解电容滤波后成为直流电，再连接到Boost升压电路，通过Boost升压电路连接到三相全桥逆变电路，再由三相全桥逆变电路输出到交流LC滤波电路后到被测逆变器和隔离反馈电路，隔离反馈电路采用霍尔JCE-L25P电压采样电路和霍尔JCE25-TSNP电流采样电路，采集的电压和电流反馈到主控单元，由主控单元产生的PWM控制信号通过隔离驱动电路产生的PWM驱动信号驱动逆变电路，主控单元与人机界面连接。

三相程控交流电源装置在电路设计上主要采用集成电路来完成，特别是主控芯片采用数字信号处理芯片TMS320F2812来控制。主控芯片的稳定性好，反应速度快，以数字方式处理信号，从而解决了现有技术中存在的波形输出失真，测量误差多，程控反应慢。由于采用大规模集成电路设计，从而解决了硬件设计复杂，体积大、笨，难以达到较高的精度等问题。

三相程控交流电源装置设计的核心就实现电压和频率的程控，具体实施过程如下：

电压调节

主控单元根据霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P反馈回的电压和电流信号，需要实时计算更新主控单元产生的PWM波的占空比，从而控制输出电压幅值。

频率调节

先设计一种由主控单元产生50Hz的PWM波，但是当输入频率发生变化，那么主控单元应该能够立刻检测到频率的变化，并通过调频算法改变PWM波的频率，使之与输入电压同频。设计思路：同样根据主控单元生成PWM波机理，利用霍尔电流采样元件JCE25-TSNP获取逆变输出的电流信号结合给定的电压信号，将采样信号送入主控单元捕获单元，捕获两路信号各自上升沿相邻两次过零点时间是否相同，若不同说明两者频率不同步需要调整，则根据调频算法调整PWM波的周期，达到控制电网电流频率的目的。

电网频率的变化主要包括两种情况。

①   电网频率变大

当电网频率波动时，比如频率由50Hz增加到51Hz，主控单元的捕获单元捕捉到变化后的电网频率，计时器记录相应的时间为1/51秒，则根据此时间调整控制PWM波的周期控制寄存器CMPR，相应的减少周期寄存器的值，相当于对正弦调制波进行横向压缩，减小其相邻两点时间间隔，与此同时，为了确保输出电压值不发生变化，同时需要调整三角波的频率，使之与调制波保持一致，改变了输出的PWM波，即可使其频率跟随电网电压变化并与之同频率。

②   电网频率变小

电网频率变小超出并网标准时，相应的调整过程正好相反。相当于对正弦调制波横向拉伸，是相邻两点时间间隔增大，从而使PWM波周期延长，达到控制并网电流频率的目的。

实施例2

不控整流电路是全桥整流电路，由四个HER108二极管组成。输入市电时，当正弦波在正半轴时二极管D3，D6导通，当正弦波在负半轴时二极管D4，D5导通，这样就把正弦信号变成脉动的直流电。在通过电解电容把脉动的直流电变成直流电。

升压电路如图3所示，是Boost升压电路，通过Boost升压电路的驱动电路如图5所示，Boost升压电路还连接有TL494芯片，TL494的E1与E2产生的PWM IN信号与Boost升压电路中型号为IRGB20B120UD-EP的绝缘栅双极型晶体管的PWM IN管脚相连，用来驱动绝缘栅双极型晶体管工作。同时Boost升压电路的霍尔JCE-L25P直流电压采样电路如图4所示，它的输入为Boost电路中的IN+和IN-,它的输出1IN+与Boost升压电路的驱动电路如图5所示中的TL494的1IN+相连，TL494中的1IN-与Boost升压电路中的1IN-相连。

逆变电路是三相全桥逆变电路，由六个IRGB20B120UD-EP型号的绝缘栅双极型晶体管组成。当输入直流电时，通过主控单元产生的控制信号，先是Q3、Q2导通，再是Q5、Q4导通，最后是Q1、Q6导通，这样六个管子交替导通就可以产生三相交流电并且相角相差120°。

隔离驱动电路是IR2235驱动芯片如图6所示，从TMS320F2812的68、69、70、71、72、75管脚发出三组互补的PWM波到IR2235由IR2235产生HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3三组互补信号到三相程控交流电源装置主电路原理图如图2所示的HO1、HO2、HO3、LO1、LO2、LO3的六个管脚。

隔离反馈电路是由霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆变器输入的电流和电压，如图7和图8所示。霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P的输入端连接的是三相程控交流电源装置主电路原理图如图2的2IN+和2IN-用于电压的采集，霍尔电流传感器JCE25-TSNP的out管脚的输出并联一个200Ω的电阻的作用是把电压信号转化为电流信号，后接第一个LM324是一个跟随器，起到阻抗变换的作用，第二个LM324的作用是把输入的信号调理到3.3V一下，然后送到TMS320F2812的167管脚。霍尔电压传感器JCE-L25P的out管脚的输后接第一个LM324是一个跟随器，起到阻抗变换的作用，第二个LM324的作用是把输入的信号调理到3.3V以下，然后送到TMS320F2812的168管脚。

人机界面是由4×4按键和128×64 LCD液晶显示器构成。

Claims (9)

1.三相程控交流电源装置，其包括：不控整流电路、逆变电路、交流LC滤波电路、人机界面、隔离驱动电路、主控单元、升压电路、隔离反馈电路，其特征是：不控整流电路输入市电后经电解电容连接到升压电路，通过升压电路连接到逆变电路，再由逆变电路输出到交流LC滤波电路后到被测逆变器和隔离反馈电路，隔离反馈电路采集的电压和电流反馈到主控单元，由主控单元产生的PWM控制信号通过隔离驱动电路产生的PWM驱动信号驱动逆变电路，主控单元与人机界面连接。

2.根据权利要求1所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的不控整流电路是全桥整流电路，由四个HER108二极管组成。

3.根据权利要求1所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的升压电路是Boost升压电路，Boost升压电路还连接有TL494芯片，通过TL494芯片的E1与E2管脚产生的PWM IN信号来驱动Boost升压电路，Boost升压电路选用的绝缘栅双极型晶体管的型号为IRGB20B120UD-EP。

4.根据权利要求1所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的逆变电路是三相全桥逆变电路，由六个IRGB20B120UD-EP型号的绝缘栅双极型晶体管组成。

5.根据权利要求1所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的隔离驱动电路是IR2235驱动芯片。

6.根据权利要求1所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的隔离反馈电路是由霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P采集逆变器输入的电流和电压。

7.根据权利要求6所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的霍尔传感器JCE25-TSNP和JCE-L25P分别与两个LM324连接，分别起阻抗变换和信号调理作用。

8.根据权利要求1所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的人机界面是由128×64 LCD液晶显示器和4×4按键组成。

9.根据权利要求1所述的三相程控交流电源装置，其特征是：所述的主控单元采用的芯片是TMS320F2812。