CN205647274U - 一种单相变频可调电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单相变频可调电源装置，包括移相变压器、功率单元、低压功率单元控制板、LC滤波回路、输入电压互感器、输入电流互感器、输出霍尔电流互感器以及输出霍尔电压互感器；输入电压互感器和输入电流互感器串联后接到所述移相变压器初级线圈上；所述功率单元的数量为两个以上，功率单元通过低压功率单元控制板进行控制，两个以上的功率单元串接后并联在所述移相变压器次级线圈上；所述输出霍尔电流互感器以及所述输出霍尔电压互感器串接后并联在所述功率单元的两端。本实用新型通过输入输出的电压、电流采样进行各种系统保护，确保装置在各种异常情况下能够及时保护装置，提供良好的人机交互数据通道，方便对设备的实时监控和管理。

Description

一种单相变频可调电源装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种单相变频可调电源装置。

背景技术

在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。所有的电子设备都需要一个良好稳定的电源，同时各种不同的用电设备对电源的性能要求也不一样，因此存在各种各样的电源形式，如电压幅值可调的直流电源，或是电压幅值、频率可动态调整的交流电源等等。良好稳定的电源控制技术在当今电力电子技术中具有非常重要的作用，电源已成为非常重要的基础科技和产业，并广泛应用于各行业，从日常生活到最尖端的科学都离不开电源控制技术的参与和支持。

为了实现良好稳定的电源，就需要对电源的电压、电流、频率、波形、相数以及电压、电流畸变率等性能指标进行管理和控制，以达到实际应用中不同负载特性下的电源性能要求。因此实际生活中，电源都需要通过各种电力电子技术手段来实现对电能的管理和控制，以达到合理、高效使用能源的目的。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种单相变频可调电源装置，能够动态输出不同频率，不同幅值的变频交流电源，同时可以达到良好的稳定性和高性能的单相交流电源。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：一种单相变频可调电源装置，包括移相变压器、功率单元、低压功率单元控制板、LC滤波回路、输入电压互感器、输入电流互感器、输出霍尔电流互感器以及输出霍尔电压互感器；所述输入电压互感器和所述输入电流互感器串联后接到所述移相变压器初级线圈上；所述功率单元的数量为两个以上，所述功率单元通过低压功率单元控制板进行控制，两个以上的所述功率单元串接后并联在所述移相变压器次级线圈上；所述输出霍尔电流互感器以及所述输出霍尔电压互感器串接后并联在所述功率单元的两端。

进一步的，还包括LC滤波回路，所述LC滤波回路用于对输出的电压波形进行优化，所述LC滤波回路包括单相电抗器、单相滤波电阻以及单相滤波电容，所述单相电抗器串联在所述功率单元的输出侧，所述单相滤波电阻和所述单相滤波电容串联后并联在所述功率单元的输出侧。

进一步的，还包括高压进线开关和变频出线开关，所述高压进线开关串接在所述输入电压互感器之前，所述变频出线开关串接在该单相变频可调电源装置的输出端，所述变频出线开关的一端接在所述输出霍尔电流互感器以及所述输出霍尔电压互感器之间。

进一步的，所述功率单元通过低压功率单元控制板进行实时控制，实现频率、幅值能够动态调整的正弦波输出。

进一步的，通过所述移相变压器的二次侧绕组给低压功率单元进行供电，同时移相变压器根据移相角度的计算，滤除了因功率单元器件所产生的电网谐波。

进一步的，所述功率单元包括整流电路、电解电容和IGBT模块；所述电解电容并联在所述整流电路的两端，所述IGBT模块电连接在所述电解电容之后，所述整流电路采用三相二极管整流桥，所述电解电容用于滤波和稳压，逆变采用所述IGBT模块组成的单相H桥逆变电路。

进一步的，通过所述功率单元控制板对所述功率单元中的IGBT器件进行实时控制，实现输出频率、幅值能够动态调整的电源。

本实用新型采用以上技术方案，通过多个低压功率单元串联的方式来实现不同电压等级的电源设计需求，同时通过SPWM技术控制多个功率单元动态输出变频可调电压，在电源的输出侧增加LC滤波回路对电源质量进一步优化。所述的SPWM控制技术主要通过理想正弦波形和三角载波进行比较，通过比较结果对每个功率单元进行控制，实现单相变频可调电源的动态输出。所述的LC滤波回路通过在输出侧连接单相电抗器、单相滤波电容来实现对输出电源的滤波功能，达到优化电源波形的目的。

本实用新型提供的单相变频可调电源装置通过输入输出的电压、电流采样进行各种系统保护，确保装置在各种异常情况下能够及时保护装置，同时输入输出的电压、电流等数据也实时上传显示给用户观看，提供良好的人机交互数据通道，方便对设备的实时监控和管理。

附图说明

图1为本实用新型单相变频可调电源装置系统图；

图2为本实用新型单相变频可调电源装置之低压功率单元的电路图；

图3为本实用新型单相变频可调电源装置中的SPWM控制原理图。

图中：1、输入电压互感器；2、输入电流互感器；3、输出霍尔电流互感器；4、输出霍尔电压互感器。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型提供一种单相变频可调电源装置，包括移相变压器、功率单元、低压功率单元控制板、LC滤波回路、输入电压互感器1、输入电流互感器2、输出霍尔电流互感器3以及输出霍尔电压互感器4；所述输入电压互感器1和所述输入电流互感器2串联后接到所述移相变压器初级线圈上；所述功率单元的数量为两个以上，所述功率单元通过低压功率单元控制板进行控制，所述低压功率单元控制板还通过光纤与外界进行通讯，两个以上的所述功率单元串接后并联在所述移相变压器次级线圈上；所述输出霍尔电流互感器3以及所述输出霍尔电压互感器4串接后并联在所述功率单元的两端。

本实施例中移相变压器，主要用于将高压侧电压转换成每个功率单元可以使用的低压侧电压，移相变压器的二次绕组分别连接指定的功率单元，低压功率单元的供电主要是通过移相变压器二次绕组来提供；同时移相变压器二次绕组在绕制时相互之间有一定的相位差，6个功率单元可构成36脉冲整流方式。这种多级移相叠加的整流方式使得装置可以产生非常接近正弦波的输出波形，这样可以消除大部分由功率单元引起的谐波电流。

本实施例中通过所述移相变压器的二次侧绕组给低压功率单元进行供电，同时移相变压器根据移相角度的计算，滤除了因功率单元器件所产生的电网谐波。

本实施例中还包括LC滤波回路，所述LC滤波回路用于对输出的电压波形进行优化，所述LC滤波回路包括单相电抗器、单相滤波电阻以及单相滤波电容，所述单相电抗器串联在所述功率单元的输出侧，所述单相滤波电阻和所述单相滤波电容串联后并联在所述功率单元的输出侧。

作为一种优选的实施方式，本实施例中还包括高压进线开关和变频出线开关，所述高压进线开关串接在所述输入电压互感器1之前，所述变频出线开关串接在该单相变频可调电源装置的输出端，所述变频出线开关的一端接在所述输出霍尔电流互感器3以及所述输出霍尔电压互感器4之间。

每个功率单元由一个移相变压器的二次绕组供电，多个功率单元串联即可以输出不同的电压，单元的数量不一样，所达到的电压等级也不一样。在本电源装置的设计中，为了达到11KV等级的输出电压，选用了18个低压功率单元串联的方式。

请参阅图1和图2所示，所述功率单元包括整流电路、电解电容和IGBT模块；所述电解电容并联在所述整流电路的两端，所述IGBT模块电连接在所述电解电容之后，所述整流电路采用三相二极管整流桥，所述电解电容用于滤波和稳压，逆变采用所述IGBT模块组成的单相H桥逆变电路。通过所述功率单元控制板对所述功率单元中的IGBT器件进行实时控制，实现输出频率、幅值能够动态调整的电源。

需要进一步补充说明的是，图2中，

R，S，T为变压器二次绕组给出的交流电压；

U，V为功率单元逆变输出的交流电压；

IGBT1/IGBT2/IGBT3/IGBT4为功率单元内部的IGBT器件；

功率单元采用AC-DC-AC的方式整流逆变来实现输出可控电压，R/S/T是由变压器次级绕组提供三相交流电压给功率单元供电，三相二极管整流器将直流电容器充电至约1000VDC，该直流电压提供给由IGBT组成的单相H形桥式逆变电路。

在任意时刻，每个单元仅有三种可能的输出电压，如果IGBT1和IGBT4导通，逆变输出将为+1000V，如果IGBT2和IGBT3导通，输出将为-1000V，如果IGBT1和IGBT3或者IGBT2和IGBT4导通，则输出为0V。因此U，V在任意时刻只能输出三种可能的电压。

如图3所示，通过SPWM技术可以控制多个功率单元的电压输出，主要是对逆变电路开关器件IGBT的通断进行控制，使串联后的功率单元输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。

单相变频可调电源装置的输出电压波形控制主要是采用以下方法来实现：首先，建立一个参考信号，设置参考信号为理想正弦波形，为了达到装置的输出电源和理想的正弦波形一样，需要将参考信号与三角载波进行比较，比较后的结果用来控制每个功率单元的IGBT通断。18个功率单元的三角载波是相同的，相移有一定的区别。每个单元的三角载波信号的相移量由系统的单元数量决定，公式为相移＝180度/单元总数。

具体功率单元的SPWM控制采用参考信号和三角载波比较的方法：只要参考信号大于第一个载波，则IGBT1为高，反之IGBT1为低。通过这种比较方式即可控制功率单元的IGBT1/2/3/4触发信号，即可生成SPWM波形；以相同的方式，参考信号与第二个功率单元的载波及进行比较产生单元2中IGBT的控制信号。以此类推可得到其他功率单元的输出波形。所有功率单元输出电压叠加之和即可生成单相电源总的输出电压波形。通过这种SPWM技术可以实现输出的电压波形近似于真正的正弦波形。

需要补充说明的是，在图3中，建立三角波与方波信号，然后三角波按照2.4M的时钟进行自动生成。

单相变频可调电源装置为了更好的优化波形，在输出侧增加了滤波回路，滤波回路包括单相电抗器、单相电阻、单相滤波电容，通过LC回路对装置输出的电源进行滤波，更好的优化装置的输出波形，保证电压波形畸变率在3％以内，在本电源装置的设计中，输出侧的单相电抗器选型为L＝1.6mH，滤波电容选型为C＝0.5uF，串联为2欧姆的高压电阻。

装置通过输入侧电压互感器、输入侧电流互感器采集输入侧的电压、电流，并计算有效值，通过对有效值的判断实现输入侧的过压保护、欠压保护、输入过流、输入速断、输入不平衡保护；通过对输出侧霍尔电流互感器、输出侧霍尔电压互感器采集装置的输出电压、电流，并计算有效值，通过对有效值的判断实现单相电源输出的过流、速断、过压保护；装置在正常输出过程中出现以上故障，则封锁低压功率单元的输出，并分断K1和K2开关。单相变频可调电源装置通过输入输出的电压、电流采样进行各种系统保护，确保装置在各种异常情况下能够及时保护装置，同时输入输出的电压、电流等数据也实时上传显示给用户观看，提供良好的人机交互数据通道，方便对设备的实时监控和管理。

本实用新型的保护范围不仅局限于此以上所述的实施例。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应包涵在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权力要求所界定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种单相变频可调电源装置，其特征在于：包括移相变压器、功率单元、低压功率单元控制板、LC滤波回路、输入电压互感器、输入电流互感器、输出霍尔电流互感器以及输出霍尔电压互感器；

所述输入电压互感器和所述输入电流互感器串联后接到所述移相变压器初级线圈上；所述功率单元的数量为两个以上，所述功率单元通过低压功率单元控制板进行控制，两个以上的所述功率单元串接后并联在所述移相变压器次级线圈上；所述输出霍尔电流互感器以及所述输出霍尔电压互感器串接后并联在所述功率单元的两端。

2.根据权利要求1所述的单相变频可调电源装置，其特征在于：还包括LC滤波回路，所述LC滤波回路用于对输出的电压波形进行优化，所述LC滤波回路包括单相电抗器、单相滤波电阻以及单相滤波电容，所述单相电抗器串联在所述功率单元的输出侧，所述单相滤波电阻和所述单相滤波电容串联后并联在所述功率单元的输出侧。

3.根据权利要求1所述的单相变频可调电源装置，其特征在于：还包括高压进线开关和变频出线开关，所述高压进线开关串接在所述输入电压互感器之前，所述变频出线开关串接在该单相变频可调电源装置的输出端，所述变频出线开关的一端接在所述输出霍尔电流互感器以及所述输出霍尔电压互感器之间。

4.根据权利要求1所述的一种单相变频可调电源装置，其特征在于：所述功率单元通过低压功率单元控制板进行实时控制，实现频率、幅值能够动态调整的正弦波输出。

5.根据权利要求1所述的一种单相变频可调电源装置，其特征在于：通过所述移相变压器的二次侧绕组给低压功率单元进行供电，同时移相变压器根据移相角度的计算，滤除了因功率单元器件所产生的电网谐波。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种单相变频可调电源装置，其特征在于：所述功率单元包括整流电路、电解电容和IGBT模块；所述电解电容并联在所述整流电路的两端，所述IGBT模块电连接在所述电解电容之后，所述整流电路采用三相二极管整流桥，所述电解电容用于滤波和稳压，逆变采用所述IGBT模块组成的单相H桥逆变电路。

7.根据权利要求6所述的一种单相变频可调电源装置，其特征在于：通过所述功率单元控制板对所述功率单元中的IGBT器件进行实时控制，实现输出频率、幅值能够动态调整的电源。