CN205566130U - 一种基于dsp的极化整流器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于DSP的极化整流器装置，包括主电路、控制电路和触摸屏，主电路包括依次串接的二极管整流电路、第一滤波电路、逆变电路、整流电路、第二滤波电路和负载，控制电路包括电流电压采样模块、控制器、PWM输出模块、TGBT驱动模块，电流电压采样模块的输入端与主电路相连，电流电压采样模块的输出端与控制器相连，控制器与PWM输出模块相连，PWM输出模块经IGBT驱动模块与逆变电路相连，触摸屏与控制器相连。控制器将电流电压采样模块采样得到的数据与来自触摸屏给定值进行比较后，输出PWM脉冲，IGBT驱动模块驱动逆变电路实现高频逆变功能，大大减小整流器的体积，且不需要体积庞大的工频变压器。

Description

一种基于DSP的极化整流器装置

技术领域

本实用新型涉及一种整流器，特别涉及一种基于DSP的极化整流器装置。

背景技术

极化电源是电化工业整流系统的备用电源，主要功能是为电解槽提供几十至几百安培的直流电流进行槽电压的检测；或者为正常运行的电解槽停车时，为电解槽提供正向极化电流，达到保护电解槽防止被腐蚀的目的。现有电解槽极化电源大部分采用相控整流技术，由于电解槽单元电压的变化范围大，使得极化整流器常处于控制角较大的运行状态。因此相控整流电源存在的主要问题有二：一是三相桥式相控整流的直流侧电压电流存在一定的纹波，二是三相桥式相控整流的网侧电流畸变大，谐波含量多，电网污染严重，功率因数低，能量浪费严重。另外，部分整流器的控制系统采用单片机扩展外围设备实现，对于多变量的复杂系统，单片机的运算能力和运算速度难以满足系统需要，影响整流器系统的性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、工作稳定、效率高的基于DSP的极化整流器装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于DSP的极化整流器装置，包括主电路、控制电路和触摸屏，所述主电路包括依次串接的二极管整流电路、第一滤波电路、逆变电路、整流电路、第二滤波电路和负载，所述控制电路包括电流电压采样模块、控制器、PWM输出模块、TGBT驱动模块，电流电压采样模块的输入端与主电路相连，电流电压采样模块的输出端与控制器相连，控制器与PWM输出模块相连，PWM输出模块经IGBT驱动模块与逆变电路相连，所述触摸屏与控制器相连。

上述一种基于DSP的极化整流器装置中，所述电流电压采样模块包括交流电流传感器、霍尔电流传感器和电压传感器，所述交流电流传感器安装在二极管整流电路的输入端，交流电流传感器的信号输出端与控制器相连，霍尔电流传感器安装在第二滤波电路的输出端，霍尔电流传感器的信号输出端与控制器相连，电压传感器安装在第二滤波电路的输出端，电压传感器的信号输出端与控制器相连。

上述一种基于DSP的极化整流器装置还包括功率驱动保护模块，功率驱动保护模块的输入端与控制器相连，功率驱动保护模块的输出端与PWM输出模块相连。

上述一种基于DSP的极化整流器装置还包括报警模块，报警模块与控制器相连。

上述一种基于DSP的极化整流器装置还包括状态检测模块，状态检测模块的输入端与负载相连，状态检测模块的输出端与控制器相连。

上述一种基于DSP的极化整流器装置还包括通讯模块，通讯模块与控制器相连，控制器经通讯模块与上位机实现通讯。

上述一种基于DSP的极化整流器装置中，所述控制器采用TMS320F2812。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的主电路采用交-直-交-直的电路结构，二极管全桥整流和IGBT全桥逆变作为主电路；控制电路采用DSP为核心控制器，控制器将电流电压采样模块采样得到的数据与来自触摸屏给定值进行比较后，输出PWM脉冲，IGBT驱动模块驱动逆变电路实现高频逆变功能，本实用新型能大大减小整流器的体积，且不需要体积庞大的工频变压器，工作效率高达到95％、节能在35％以上，具有良好的应用价值。

2、本实用新型设有状态检测模块和报警模块，当负载发生故障或者电流电压采样模块采集的电流电压异常时，能启动报警模块报警，提醒工作人员，提高了装置的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为图1中主电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括主电路、控制电路和触摸屏，所述主电路包括依次串接的二极管整流电路、第一滤波电路、逆变电路、整流电路、第二滤波电路和负载，所述控制电路包括电流电压采样模块、控制器、PWM输出模块、TGBT驱动模块、状态检测模块、报警模块、通讯模块和功率驱动保护模块，控制器采用TMS320F2812，电流电压采样模块的输入端与主电路相连，电流电压采样模块的输出端与控制器相连，功率驱动保护模块的输入端与控制器相连，功率驱动保护模块的输出端与PWM输出模块相连，控制器与PWM输出模块相连，PWM输出模块经IGBT驱动模块与逆变电路相连，所述触摸屏、报警模块与控制器相连，状态检测模块的输入端与负载相连，状态检测模块的输出端与控制器相连，通讯模块与控制器相连，控制器经通讯模块与上位机实现通讯。

所述电流电压采样模块包括交流电流传感器、霍尔电流传感器和电压传感器，所述交流电流传感器安装在二极管整流电路的输入端，交流电流传感器的信号输出端与控制器相连，霍尔电流传感器安装在第二滤波电路的输出端，霍尔电流传感器的信号输出端与控制器相连，电压传感器安装在第二滤波电路的输出端，电压传感器的信号输出端与控制器相连。

如图2所示，主电路采用交-直-交-直的变流模式，即通过整流-逆变-整流的过程得到需要的直流电压和直流电流。交流侧三相380V交流电压通过空气开关Q，经过三相桥二极管整流模块DT₁整流和L_in、C_in、C₁组成的滤波电路滤波后，输出高压低纹波直流；再通过IGBT(Q1、Q2、Q3、Q4)全桥逆变电路，逆变为高频方波交流；方波交流经过高频变压器T₁变换，再经由肖特基二极管D₅、D₆整流后输出脉冲直流，经平波电抗器L₀、电容器C₀后输出低纹波直流。三相交流电经过三相桥式不可控整流将交流电转化为直流脉动电压，其平均值U_d为：

$\begin{array}{c}{U}_d=\frac{1}{\mathrm{\π}/3}{\∫}_{\frac{\mathrm{\π}}{6}}^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}{U}_{ab}d\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ =\frac{3}{\mathrm{\π}}{\∫}_{\frac{\mathrm{\π}}{6}}^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{3}\sqrt{2}U\sin (\mathrm{\ω}t+\frac{\mathrm{\π}}{6})d\left(\mathrm{\ω}t\right)\\ =\frac{3\sqrt{6}}{\mathrm{\π}}U=\frac{3\sqrt{2}}{\mathrm{\π}}{U}_l=2.34U=1.35U_l\end{array}---\left(1\right)$

(1)式中U为交流输入相电压有效值，U_l为交流输入线电压有效值，即U_d为515V。经过IGBT的单相全桥逆变和高频变压器降压，高频变压器二次侧交流电流通过零式双半波整流回路整流后，通过LC滤波回路滤波，得到平滑的直流输出。在稳态运行条件下，输出电压和输入电压的关系为：

$U_0=\frac{U_i}{n}\·\frac{t_{on}}{T_s}={\mathrm{\α}}_t\frac{U_i}{n}---\left(2\right)$

式(2)中，U_O为IGBT的单相全桥逆变电路之前的直流电压，U_i为肖特基二极管输出后的电压，n为高频变压器原、副绕组匝比，T_S为PWM波的周期，t_on为开关管开通时间，α_t为占空比。通过控制开关管IGBT的占空比即可得到所需输出电压，工程上占空比调节范围为0～98％，以及系统运行中器件的压损，输出可调范围为0V～500V。

本实用新型的工作原理如下：电流电压采样模块的电压传感器、交流电流传感器、霍尔电流传感器进行采样，采样信号送入控制器中，利用DSP控制器自带的12位A/D电路的转换功能，分别得到直流电压、直流电流、交流电流，然后与触摸屏的给定值进行比较运算后，得到PWM信号的占空比，再由PWM输出模块产生PWM脉冲控制开关管IGBT的导通和关断，实现单相全桥电路的逆变功能，达到稳定输出直流电压或直流电流的目的；状态检测模块实时采集负载的工作状态是否异常，并将状态信号送入控制器，若负载发生故障或者电流电压采样模块采集的电流电压异常时，能启动报警模块报警，提醒工作人员，提高了装置的安全性。

Claims (7)

1.一种基于DSP的极化整流器装置，其特征在于：包括主电路、控制电路和触摸屏，所述主电路包括依次串接的二极管整流电路、第一滤波电路、逆变电路、整流电路、第二滤波电路和负载，所述控制电路包括电流电压采样模块、控制器、PWM输出模块、TGBT驱动模块，电流电压采样模块的输入端与主电路相连，电流电压采样模块的输出端与控制器相连，控制器与PWM输出模块相连，PWM输出模块经IGBT驱动模块与逆变电路相连，所述触摸屏与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的极化整流器装置，其特征在于：所述电流电压采样模块包括交流电流传感器、霍尔电流传感器和电压传感器，所述交流电流传感器安装在二极管整流电路的输入端，交流电流传感器的信号输出端与控制器相连，霍尔电流传感器安装在第二滤波电路的输出端，霍尔电流传感器的信号输出端与控制器相连，电压传感器安装在第二滤波电路的输出端，电压传感器的信号输出端与控制器相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于DSP的极化整流器装置，其特征在于：还包括功率驱动保护模块，功率驱动保护模块的输入端与控制器相连，功率驱动保护模块的输出端与PWM输出模块相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于DSP的极化整流器装置，其特征在于：还包括报警模块，报警模块与控制器相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于DSP的极化整流器装置，其特征在于：还包括状态检测模块，状态检测模块的输入端与负载相连，状态检测模块的输出端与控制器相连。

6.根据权利要求1所述的一种基于DSP的极化整流器装置，其特征在于：还包括通讯模块，通讯模块与控制器相连，控制器经通讯模块与上位机实现通讯。

7.根据权利要求1所述的一种基于DSP的极化整流器装置，其特征在于：所述控制器采用TMS320F2812。