CN203734547U - 一种多功能大功率交流电源装置 - Google Patents
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Abstract
一种多功能大功率交流电源装置，本实用新型包括三相交流电源、变压器、软启动电阻、三相二极管不控整流器、Buck变换器、电容能量泄放回路、单相逆变器、超导磁体负载、磁体能量泄放回路、模式选择开关以及控制器。本实用新型实现了交流电源电压或电流的有效控制，操作方便、功能丰富、可靠性高并能很好地实现超导磁体交流损耗测量，在技术上利用电力电子变换技术和自动控制技术相结合，使交流电源输出功率大、输出效率高、控制精度高。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种多功能大功率交流电源装置，特别适用于高温超导磁体负载交流损耗的测量。
背景技术
由于高温超导电力装置在电力领域的应用越来越广泛，故对高温超导磁体的交流损耗的研究则十分重要。高温超导磁体交流实验离不开良好稳定的电源，通常我们能够直接获得的电能有两种形式，直流电和交流电。通常市电是交流电，提供220V或者380V的电压，由于超导线材承载的电流和电压均很大，市售的电源难以满足实验要求。因此，研制一台多功能大功率交流实验电源装置就具有很大的现实意义，它不仅能很好地满足高温超导磁体交流损耗测量需求，而且还具有输出电压电流可调、相位可跟踪的特点。
实用新型内容
本实用新型的目正是针对上述现有技术存在的缺陷，而提供一种多功能大功率交流电源装置，旨在解决针对高温超导磁体负载交流损耗测量，现有交流电源功能单一、输出功率小、可靠性差、抗干扰性差等问题。
本实用新型的目是通过如下技术方案来实现的。
一种多功能大功率交流电源装置，本实用新型的特征是，包括三相交流电源、变压器、软启动电阻、三相二极管不控整流器、Buck变换器、电容能量泄放回路、单相逆变器、超导磁体负载、磁体能量泄放回路、模式选择开关以及控制器；其连接结构为：三相交流电源与三相变压器、软启动电阻、三相二极管不控整流器、Buck变换器、单相逆变器、超导磁体负载依次相连接；电容能量泄放回路并联于母线电容两端与Buck变换器连接，磁体能量泄放回路并联于超导磁体负载两端；控制器通过有线分别与Buck变换器、单相逆变器、电容能量泄放回路、磁体能量泄放回路连接实现对其的协调控制；模式选择开关与控制器连接，用于选择电源装置工作模式，即电压模式或电流模式。
三相交流电源经过变压器后，由三相二极管不控整流器将交流电变成直流电，再经过Buck变换器输出目的直流电压，最后经过单相逆变器变换成交流电供超导磁体负载使用。控制器根据实验需求调节Buck变换器输出电压，进而调节单相逆变器的输出电压或者输出电流，实现电压或电流频率大小可调，相位可跟踪功能。
本实用新型实现了交流电源电压或电流的有效控制，操作方便、功能丰富、可靠性高并能很好地实现超导磁体交流损耗测量，在技术上利用电力电子变换技术和自动控制技术相结合，使交流电源输出功率大、输出效率高、控制精度高。
附图说明
图1是本实用新型提供的多功能大功率交流电源装置的模块结构框图；
图2是本实用新型提供的多功能大功率交流电源装置的Buck变换器控制结构框图；
图3是本实用新型提供的多功能大功率交流电源装置的单相逆变器控制结构框图，其中（a）为相位可跟踪控制结构图，（b）为相位不可跟踪控制结构图；
图4是本实用新型提供的多功能大功率交流电源装置的主电路图；
附图标识说明：1.三相交流电源；2.变压器；3.软启动电阻；4.三相二极管不控整流器；5.Buck变换器；6.电容能量泄放回路；7.单相逆变器；8.磁体能量泄放回路；9.超导磁体负载；10.控制器；11.模式选择开关；12.主电路线路；13.控制线路。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型进行进一步详细说明。
一种多功能大功率交流电源装置，本实用新型的特征是，包括三相交流电源、变压器、软启动电阻、三相二极管不控整流器、Buck变换器、电容能量泄放回路、单相逆变器、超导磁体负载、磁体能量泄放回路、模式选择开关以及控制器；其连接结构为：三相交流电源与三相变压器、软启动电阻、三相二极管不控整流器、Buck变换器、单相逆变器、超导磁体负载依次相连接；电容能量泄放回路并联于母线电容两端与Buck变换器连接，磁体能量泄放回路并联于超导磁体负载两端；控制器通过有线分别与Buck变换器、单相逆变器、电容能量泄放回路、磁体能量泄放回路连接实现对其的协调控制；模式选择开关与控制器连接，用于选择电源装置工作模式，即电压模式或电流模式。
请参见图1所示，其为本实用新型之多功能交流电源装置的模块结构框图，包括三项交流电源1、变压器2、软启动电阻3、三相二极管不控整流器4、Buck变换器5、电容能量泄放回路6、单相逆变器7、磁体能量泄放回路8、超导磁体负载9、控制器10、模式选择开关11。它们之间通过如图1所示的主电路线路12和控制线路13进行连接。
请参见图2所示，减法器、PI调节器101、PWM驱动模块102、电压电流幅值检测模块103、Buck变换器5构成Buck变换器控制系统。电压电流幅值检测模块103检测出负载电压或电流幅值Umax，Imax，与控制器10设定的电压或电流幅值指令值Umax *，Imax *相减后，其误差信号经过PI调节器101后，通过PWM驱动模块102输出占空比可调的PWM脉冲，从而控制Buck变换器5的电压输出大小。
请参见图3（a）所示，减法器、乘法器104、PI调节器101、PWM驱动模块102、电压电流幅值检测模块103、电压电流瞬时值检测模块105、单相逆变器7构成相位可跟踪的单相逆变器控制系统。电压电流幅值检测模块103采集负载电压或电流幅值Umax，Imax，并同设定电压或电流幅值指令值Umax *，Imax *作比较后，其误差信号经过PI调节器101产生新的修正的电压或电流幅值信号，以该幅值与带初相位的正弦信号相乘，其结果作为负载实时瞬时电压或电流指令信号u*、i*。它与电压电流瞬时值检测模块105实时采集的负载瞬时电压或电流相减后经过PI调节器101，其结果用来控制PWM驱动模块102产生PWM触发脉冲，即用来控制单相逆变器7中开关管的占空比。
请参见图3（b）所示，正弦波106、三角波108、减法器、滞环比较器107、PWM驱动模块102、电压电流偏置检测模块109、单相逆变器7构成相位不可跟踪的单相逆变器控制系统。单位正弦波106与单位三角波108相比较后，通过滞环比较器107产生正弦脉宽调制信号，它加上通过电压电流偏置检测模块109检测的负载电压或电流偏置补偿量Uoffset，Ioffset，其结果控制PWM驱动模块102产生PWM触发脉冲，即用来控制单相逆变器7中开关管的占空比。
请参见图（4）所示，三相交流电源Us连接Δ/Y型变压器后，经过软启动电阻Rs与三相二极管不控整流器相连，接着开关管T5、二极管D1、电感L1、电容C1构成Buck变换器，其前级与整流器输出相连，后级连接由开关管T1、T2、T3、T4构成的单相全桥逆变器，逆变器输出接超导磁体负载L。另外，在电容C1两端连接由开关管T6和泄能电阻Rc构成的电容能量泄放回路，超导磁体两端接由双向晶闸管S1和泄能电阻Rf构成的磁体能量泄放回路。
上述多功能交流电源装置的工作过程如下：
首先给控制器10上电，模式选择开关11设置电源工作模式（电压模式或电流模式），控制器根据需求进行输出电压或电流以及频率大小的调节控制和相位是否跟踪控制。然后，主电路上电，首先经过变压器2和软启动电阻3使三相交流电源1的电压平稳到达三相二极管不控整流器4的输入端，其输出为一直流电压。此时，在电路工作正常的情况下，控制器根据系统输出电压电流大小以及频率需求通过PWM驱动模块102调节输入给Buck变换器5和单相逆变器7中开关管的占空比，进而调节超导磁体负载9上的电压或电流的大小、频率以及相位。若电路出现故障，如负载过电压或过电流等，控制器10通过PWM驱动模块103封锁Buck变换器5和单相逆变器7中开关管的触发脉冲信号，同时，开通电容能量泄放回路6和磁体能量泄放回路8两端的开关管，使能量从泄能电阻Rc和Rf上释放。
本实用新型的设计重点在于：
一、本实用新型多功能交流电源装置中电源工作模式有电压和电流两种，可通过模式选择开关11进行设置，操作十分方便。
二、本实用新型多功能交流电源装置输出电压或电流的大小、频率及相位均在一定范围内可调，故其可适用于不同的负载要求，功能性和实用性很强。
三、本实用新型多功能交流电源装置与三相交流电源1通过变压器2隔离起来，因此，电网电压波动对电源装置的影响很小，且变压器2采用Δ/Y型连接，有利于系统去除三次谐波分量，因此，本装置稳定性高，抗干扰性强。
四、本实用新型多功能交流电源装置中控制器10采用嵌入式设计，监控并检测电源系统状态，并根据实际情况选择模式开关，启动对应的电源输出模式，调节输出电压和电流，同时对直流母线电容和负载进行保护，保证了系统的可靠运行。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多功能大功率交流电源装置，其特征是，包括三相交流电源、变压器、软启动电阻、三相二极管不控整流器、Buck变换器、电容能量泄放回路、单相逆变器、超导磁体负载、磁体能量泄放回路、模式选择开关以及控制器；其连接结构为：三相交流电源与三相变压器、软启动电阻、三相二极管不控整流器、Buck变换器、单相逆变器、超导磁体负载依次相连接；电容能量泄放回路并联于母线电容两端与Buck变换器连接，磁体能量泄放回路并联于超导磁体负载两端；控制器通过有线分别与Buck变换器、单相逆变器、电容能量泄放回路、磁体能量泄放回路连接实现对其的协调控制；模式选择开关与控制器连接，用于选择电源装置工作模式，即电压模式或电流模式。
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| CN201420024960.7U CN203734547U (zh) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | 一种多功能大功率交流电源装置 |
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| CN (1) | CN203734547U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113629835A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-09 | 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司 | 一种船舶动力电池大功率充电系统 |
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2014
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