CN205787992U - 恒流源控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种恒流源控制系统，包括整流模块，储能模块，逆变模块，LCL滤波器，降压升流变压器，CPU主控制模块和电流检测模块，所述整流模块的输出端与储能模块的输入端连接，整流模块将交流电整流为直流电输出给储能模块，储能模块的输出端与逆变模块的输入端连接，逆变模块的输出端与LCL滤波器的输入端连接，LCL滤波器对逆变模块输出的SPWM进行滤波，LCL滤波器的输出端与降压升流变压器的输入端连接，CPU主控制模块与整流模块，储能模块和逆变模块连接；还包括电流检测模块和霍尔电流传感器，霍尔电流传感器与待测负载连接，对待测负载电流进行实时采集，电流检测模块与霍尔电流传感器连接，电流检测模块的输出端与CPU主控制模块连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及低压电器领域，特别涉及一种恒流源控制系统。
背景技术
在断路器可靠性试验设备中，试验电源的稳定性、输出电流精确是保证测试可靠的基础。否则，无论是在断路器出厂试验还是型式试验中，都会因为测试电源的波动使校验后的产品存在误判的可能(即合格品被判为不合格，而不合格品被判为合格)，故恒流源是断路器特性检测设备中的核心装置，在此之前均采用电工式恒流源，由于其可靠性、精度、电气特性等相对于电子式较差，已不适于现在断路器特性检测设备的需求，已逐渐被市场淘汰。
伴随着电力电子领域的发展，目前国内开始有少数几家专业电源厂家开始研发、生产恒流源，但电源的稳定性、精度等都有待进一步提高，且输出电流响应速度较慢(需要2～3个周期的调节时间)，电流源及外围配件较复杂，现场工艺要求比较高，很难适用各种复杂的现场环境。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种体积小，成本低，性能稳定的恒流源控制系统。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种恒流源控制系统，包括整流模块，储能模块，逆变模块，LCL滤波器，降压升流变压器，CPU主控制模块和电流检测模块，所述整流模块的输出端与储能模块的输入端连接，整流模块将交流电整流为直流电输出给储能模块，储能模块的输出端与逆变模块的输入端连接，逆变模块的输出端与LCL滤波器的输入端连接，LCL滤波器对逆变模块输出的SPWM进行滤波，LCL滤波器的输出端与降压升流变压器的输入端连接，CPU主控制模块与整流模块，储能模块和逆变模块连接；还包括电流检测模块和霍尔电流传感器，霍尔电流传感器与待测负载连接，对待测负载电流进行实时采集，电流检测模块与霍尔电流传感器连接，对霍尔电流传感器所采集到的电流信号进行处理，电流检测模块的输出端与CPU主控制模块连接，将处理后的电流信号输出到CPU主控制模块内进行ADC模数转换处理，CPU主控制模块根据反馈信号调节逆变模块输出电流，从而实现对输出电流的实时调节。
进一步，所述CPU主控制模块包括主控制芯片、母线电压检测电路、驱动及电源电路和逆变模块输出端电流检测电路，所述母线电压检测电路的输入端与整流模块的输出端连接，母线电压检测电路的输出端与主控制芯片连接，驱动及电源电路的输入端与主控制芯片连接，驱动及电源电路的输出端与逆变模块连接，逆变模块输出端电流检测电路的输入端与逆变模块的输出端连接，逆变模块输出端电流检测电路的输出端与主控制芯片连接。
进一步，电流检测模块包括电流采样电路，所述电流采样电路包括运算放大器U10、电容C63、电容C61、电阻R118、电阻R123、电阻R124、电阻R119、电容C60、电阻R120、电阻R125、电阻R127和电容C62；电容C63的两端霍尔电流传感器连接，电容C61的一端与霍尔电流传感器连接，另一端接地，电阻R118的一端连接至霍尔电流传感器，电阻R123、电阻R124和电容C60的并联后，电阻R123的一端与电阻R118的另一端连接，电容C60的一端连接至运算放大器U10的正向输入端，电阻R119的两端连接至电阻R124的一端和电容C60的一端，电阻R124的另一端接地，电阻R127的一端与运算放大器U10的反相输入端连接，电阻R127的另一端接地，电阻R120的一端与运算放大器U10的输出端连接，另一端连接至CPU主控制模块，电阻R125的一端与运算放大器U10的反相输入端连接，另一端与电阻R120的另一端连接；电容C62的一端与电阻R120的另一端连接，另一端接地。
进一步，所述电流检测模块包括接口J7，电流检测模块通过接口J7与霍尔电流传感器连接。
进一步，所述CPU主控制模块还包括操作面板、端子控制和RS485通信；操作面板，端子控制和RS485通信分别与主控制芯片连接；恒流源控制系统可通过操作面板或者RS485通信获取或修改参数，可通过控制操作面板或者端子控制或者RS485通信对恒流源执行启停操作。
进一步，整流模块，储能模块、逆变模块为变频器内部组成部分；LCL滤波器采用电抗器和电容组合而成的一套LCL滤波。
进一步，CPU主控制模块的主控制芯片、母线电压检测电路、驱动及电源电路和逆变模块输出端电流检测电路、端子控制和RS485通信均设置在单独的CPU主控制器电路板上，CPU主控制器电路板设置在变频器的机壳内位于整流模块、储能模块、逆变模块上方，CPU主控制模块的操作面板设于变频器的机壳顶部；电流检测模块设置在单独的电流检测电路板上位于位于变频器的机壳外部，电流检测电路板与CPU主控制器电路板之间采用排线连接。
本实用新型恒流源控制系统采用霍尔电流传感器采集待测负载的电流信号，并通过电流检测模块对霍尔电流传感器供电，并对霍尔电流传感器所采集到电流信号进行处理；采用霍尔电流传感器采集电流，提高电流的采集精度和线性度，无需进行多次绕线，从而提高了电源的利用率，变压器的容量也会得到相应的降低，减小变压器的体积，降低成本，安装方便。
附图说明
图1是本实用新型恒流源控制系统的结构框图；
图2是本实用新型恒流源控制系统的原理图；
图3是本实用新型电流采样电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图1至3给出的实施例，进一步说明本实用新型的恒流源控制系统、负载阻抗自学习方法以及缩短恒流源的输出电流响应时间的方法的具体实施方式。本实用新型的恒流源控制系统、负载阻抗自学习方法以及缩短恒流源的输出电流响应时间的方法不限于以下实施例的描述。
如图1所示，一种恒流源控制系统，包括整流模块，储能模块，逆变模块，LCL滤波器，降压升流变压器，CPU主控制模块和电流检测模块，所述整流模块的输出端与储能模块的输入端连接，整流模块将交流电整流为直流电输出给储能模块，储能模块的输出端与逆变模块的输入端连接，逆变模块的输出端与LCL滤波器的输入端连接，LCL滤波器对逆变模块输出的SPWM进行滤波，LCL滤波器的输出端与降压升流变压器的输入端连接，CPU主控制模块与整流模块，储能模块和逆变模块连接；还包括电流检测模块和霍尔电流传感器，霍尔电流传感器连接在降压升流变压器与待测负载之间，对待测负载电流进行实时采集，电流检测模块与霍尔电流传感器连接，对霍尔电流传感器所采集到的电流信号(电流值转成电压信号，霍尔电流传感器输出信号为-4V～0V(负电流时)和0V～+4V(正电流时))进行处理，电流检测模块的输出端与CPU主控制模块连接，将处理后的电流信号输出到CPU主控制模块内进行ADC模数转换处理，CPU主控制模块根据反馈信号调节逆变模块输出电流，从而实现对输出电流的实时调节。本实用新型恒流源控制系统采用霍尔电流传感器采集待测负载的电流信号，并通过电流检测模块对霍尔电流传感器供电，并对霍尔电流传感器所采集到电流信号进行处理；采用霍尔电流传感器采集电流，提高电流的采集精度和线性度，无需进行多次绕线，从而提高了电源的利用率，变压器的容量也会得到相应的降低，减小变压器的体积，降低成本，安装方便。
如图3所示，电流检测模块包括电流采样电路，所述电流采样电路包括运算放大器U10、电容C63、电容C61、电阻R118、电阻R123、电阻R124、电阻R119、电容C60、电阻R120、电阻R125、电阻R127和电容C62；电容C63的两端霍尔电流传感器连接，电容C61的一端与霍尔电流传感器连接，另一端接地，电阻R118的一端连接至霍尔电流传感器，电阻R123、电阻R124和电容C60的并联后，电阻R123的一端与电阻R118的另一端连接，电容C60的一端连接至运算放大器U10的正向输入端，电阻R119的两端连接至电阻R124的一端和电容C60的一端，电阻R124的另一端接地，电阻R127的一端与运算放大器U10的反相输入端连接，电阻R127的另一端接地，电阻R120的一端与运算放大器U10的输出端连接，另一端连接至CPU主控制模块，电阻R125的一端与运算放大器U10的反相输入端连接，另一端与电阻R120的另一端连接；电容C62的一端与电阻R120的另一端连接，另一端接地。特别地，电流检测模块包括接口J7，电流检测模块通过接口J7与霍尔电流传感器连接。电流检测模块为一张外部扩展的设有接口的电流采集卡，安装方便快捷。
如图2所示，所述CPU主控制模块包括主控制芯片、母线电压检测电路、驱动及电源电路和逆变模块输出端电流检测电路，所述母线电压检测电路的输入端与整流模块的输出端连接，母线电压检测电路的输出端与主控制芯片连接，驱动及电源电路的输入端与主控制芯片连接，驱动及电源电路的输出端与逆变模块连接，逆变模块输出端电流检测电路的输入端与逆变模块的输出端连接，逆变模块输出端电流检测电路的输出端与主控制芯片连接。所述CPU主控制模块还包括操作面板，端子控制和RS485通信；操作面板，端子控制和RS485通信分别与主控制芯片连接；恒流源控制系统可通过操作面板或者RS485通信获取或修改参数，也可通过操作面板或者端子控制或者RS485通信三种控制方式中任意一种方式对恒流源执行启停操作。
如图2所示，恒流源内部原理图。恒流源是将市电中的交流电经过AC→DC→AC变换，输出为纯净的正弦波，输出频率和电压一定范围内可调。整流模块是一个三相AC/DC变换电路，功能是把市电交流(AC380V/50Hz或AC220V/50Hz)的电源进行整流成直流电源供给逆变电路，整流模块对电网污染进行双向隔离，以提高整机的电磁兼容性能。逆变电路是该电源的关键电路，其功能是实现DC/AC的功率变换，即在CPU主控制模块的控制下把直流电源转换成三相SPWM波形供给后级LCL滤波电路，形成标准的正弦波。功率器件采用IGBT功率模块，电路简单，可靠性高，整机工作效率高。滤波电路是用来滤除干扰和无用信号，使输出为标准正弦波。CPU主控制模块可以检测输出母线电压(直流电压)、输出电流、调节输出正弦波的频率和电压值。CPU主控制器的主控制芯片采用DSP芯片，也可以采用微处理器。整流模块，储能模块、逆变模块为一个变频器内部组成部分。整流模块，储能模块和逆变模块可以采用现有成熟的变频器技术，将已经成熟的变频器技术进行设计，做在恒流源的机壳内部。LCL滤波器，采用电抗器和电容组合而成的一套LCL滤波，对逆变模块输出的SPWM进行正弦滤波，使得输出电流达失真度满足技术要求(THD＜2％)的正弦波。降压升流变压器将实际输出电流放大，并将输出电压降至≤24的低压范围。CPU主控制模块通过电流检测模块反馈的电流值，通过驱动及电源电路对逆变模块进行SPWM占空比调节，以维持输出电流的恒定。CPU主控制模块的主控制芯片、母线电压检测电路、驱动及电源电路和逆变模块输出端电流检测电路设置、端子控制、RS485通信等均在单独的CPU主控制器电路板上，设置在机壳内位于整流模块，储能模块、逆变模块上方，CPU主控制模块的操作面板设于变频器的机壳顶部。电流检测模块设置在单独的电流检测电路板上位于位于变频器的机壳外部，单独作为一个模块，电流检测电路板与CPU主控制器电路板之间采用排线连接。
本实用新型恒流源控制系统采用霍尔电流传感器采集待测负载的电流信号，提高电流的采集精度和线性度，无需进行多次绕线，从而提高了电源的利用率，变压器的容量也会得到相应的降低，减小变压器的体积，降低成本，安装方便。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种恒流源控制系统，其特征在于：包括整流模块，储能模块，逆变模块，LCL滤波器，降压升流变压器，CPU主控制模块和电流检测模块，所述整流模块的输出端与储能模块的输入端连接，整流模块将交流电整流为直流电输出给储能模块，储能模块的输出端与逆变模块的输入端连接，逆变模块的输出端与LCL滤波器的输入端连接，LCL滤波器对逆变模块输出的SPWM进行滤波，LCL滤波器的输出端与降压升流变压器的输入端连接，CPU主控制模块与整流模块，储能模块和逆变模块连接；还包括电流检测模块和霍尔电流传感器，霍尔电流传感器与待测负载连接，对待测负载电流进行实时采集，电流检测模块与霍尔电流传感器连接，对霍尔电流传感器所采集到的电流信号进行处理，电流检测模块的输出端与CPU主控制模块连接，将处理后的电流信号输出到CPU主控制模块内进行ADC模数转换处理，CPU主控制模块根据反馈信号调节逆变模块输出电流，从而实现对输出电流的实时调节。
2.根据权利要求1所述的恒流源控制系统，其特征在于：所述CPU主控制模块包括主控制芯片、母线电压检测电路、驱动及电源电路和逆变模块输出端电流检测电路，所述母线电压检测电路的输入端与整流模块的输出端连接，母线电压检测电路的输出端与主控制芯片连接，驱动及电源电路的输入端与主控制芯片连接，驱动及电源电路的输出端与逆变模块连接，逆变模块输出端电流检测电路的输入端与逆变模块的输出端连接，逆变模块输出端电流检测电路的输出端与主控制芯片连接。
3.根据权利要求1或2所述的恒流源控制系统，其特征在于：电流检测模块包括电流采样电路，所述电流采样电路包括运算放大器U10、电容C63、电容C61、电阻R118、电阻R123、电阻R124、电阻R119、电容C60、电阻R120、电阻R125、电阻R127和电容C62；电容C63的两端霍尔电流传感器连接，电容C61的一端与霍尔电流传感器连接，另一端接地，电阻R118的一端连接至霍尔电流传感器，电阻R123、电阻R124和电容C60的并联后，电阻R123的一端与电阻R118的另一端连接，电容C60的一端连接至运算放大器U10的正向输入端，电阻R119的两端连接至电阻R124的一端和电容C60的一端，电阻R124的另一端接地，电阻R127的一端与运算放大器U10的反相输入端连接，电阻R127的另一端接地，电阻R120的一端与运算放大器U10的输出端连接，另一端连接至CPU主控制模块，电阻R125的一端与运算放大器U10的反相输入端连接，另一端与电阻R120的另一端连接；电容C62的一端与电阻R120的另一端连接，另一端接地。
4.根据权利要求3所述的恒流源控制系统，其特征在于：所述电流检测模块包括接口J7，电流检测模块通过接口J7与霍尔电流传感器连接。
5.根据权利要求2所述的恒流源控制系统，其特征在于：所述CPU主控制模块还包括操作面板，端子控制和RS485通信；操作面板，端子控制和RS485通信分别与主控制芯片连接；恒流源控制系统可通过操作面板或者RS485通信获取或修改参数，可通过控制操作面板或者端子控制或者RS485通信对恒流源执行启停操作。
6.根据权利要求1所述的恒流源控制系统，其特征在于：整流模块，储能模块、逆变模块为变频器内部组成部分；LCL滤波器采用电抗器和电容组合而成的一套LCL滤波。
7.根据权利要求6所述的恒流源控制系统，其特征在于：CPU主控制模块的主控制芯片、母线电压检测电路、驱动及电源电路和逆变模块输出端电流检测电路、端子控制和RS485通信均设置在单独的CPU主控制器电路板上，CPU主控制器电路板设置在变频器的机壳内位于整流模块、储能模块、逆变模块上方，CPU主控制模块的操作面板设于变频器的机壳顶部；电流检测模块设置在单独的电流检测电路板上位于变频器的机壳外部，电流检测电路板与CPU主控制器电路板之间采用排线连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107395026A (zh) * | 2017-09-11 | 2017-11-24 | 镇江市产品质量监督检验中心 | 一种交流恒流源系统 |
| WO2018214347A1 (zh) * | 2017-05-23 | 2018-11-29 | 江苏现代电力科技股份有限公司 | 一种电力电子型电抗器性能测试装置 |
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2016
- 2016-06-16 CN CN201620587358.3U patent/CN205787992U/zh active Active
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
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|
| TR01 | Transfer of patent right |