一種基于18脈沖的svpwm三相電子調(diào)壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力電子、電能變換技術(shù)，尤其設(shè)及一種=相高功率因數(shù)，低諧波的電 子調(diào)壓器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前所用的調(diào)壓器大都采用電磁感應(yīng)式調(diào)壓器，或晶閩管移相控制的電子調(diào)壓 器，前者，因?yàn)樾枰F屯、和繞組，鐵屯、用來構(gòu)成磁路，繞組用來產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其重量重，有 色金屬消耗大，調(diào)壓器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生銅損和鐵損，損耗大，致使其效率不高;而后者，由于采 用移相來控制輸出電壓，在輸出電壓較低時(shí)，移相角較大，致使功率因數(shù)降低，同時(shí)產(chǎn)生過 大的無功功率和諧波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于18脈沖的SVPWMS相電子 調(diào)壓器，本發(fā)明采用IGBT逆變器控制輸出電壓，不需要鐵屯、和繞組，不需要通過移相來控制 輸出電壓，克服了感應(yīng)式調(diào)壓器和晶閩管移相調(diào)壓器所具有的缺點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于18脈沖的SVPWMS相電子 調(diào)壓器，包括主電路、中央控制電路、輸出電壓檢測電路、過流檢測電路、脈沖隔離放大電 路、鍵盤與顯示電路、第一控制電源和第二控制電源。所述主電路包括依次相連的=相不可 控整流器、直流濾波器和S相IGBT逆變器;所述中央控制電路包括微處理器和脈沖分離輸 出電路;所述脈沖隔離放大電路包括光電禪合隔離電路和脈沖放大電路;所述第一控制電 源為中央控制電路、輸出電壓檢測電路、過流檢測電路和鍵盤與顯示電路供電;所述第二控 制電源為脈沖隔離放大電路供電；電網(wǎng)的=相恒頻恒壓的交流電源輸入到主電路，經(jīng)過主 電路變換為恒頻變壓的交流電，輸出到=相交流負(fù)載;鍵盤與顯示電路通過人機(jī)接口輸入 預(yù)期的輸出電壓值到中央控制電路，輸出電壓檢測電路檢測出主電路S相IGBT逆變器的輸 出電壓并反饋到微處理器，過電流檢測電路檢測出主電路S相IGBT逆變器的輸出電流并反 饋到微處理器，微處理器將根據(jù)18脈沖SVPWM原理計(jì)算出的脈沖輸入到脈沖分離輸出電路 按相分離，然后把分離后的脈沖送到脈沖隔離放大電路進(jìn)行放大隔離，再送到主電路，控制 主電路的S相IGBT逆變器，輸出恒頻變壓的S相交流電。
[0005] 進(jìn)一步地，所述輸出電壓檢測電路包括二極管整流模塊Ul，電容C1-C4,電阻Rl、 R2，電位器RPl和模擬電壓隔離放大器U2;主電路S相IGBT逆變器的S相輸出電壓接到二極 管整流模塊U1的交流側(cè)，二極管整流模塊U1直流側(cè)輸出直流電壓，經(jīng)電容C1和C2濾波，經(jīng)電 阻R1、電位器RPl和電阻R2組成的分壓電路分壓，從電位器兩端取得輸出電壓，再經(jīng)過電容 C3濾波送給模擬電壓隔離放大器U2,模擬電壓隔離放大器U2的輸出電壓經(jīng)電容C4濾波后接 到微處理器的模擬信號(hào)輸入端口。
[0006] 進(jìn)一步地，所述過電流檢測電路由A相、B相、C相=相窗口比較器并聯(lián)而成，每相結(jié) 構(gòu)完全相同，WA相為例，A相窗口比較器由電阻RA1-RA4,電位器RPA，運(yùn)算放大器U6A，二極 管DA1-DA3組成;二極管DAl的負(fù)極和二極管DA2的正極相連后作為窗口比較器的輸入端，二 極管DAl的正極接電阻RAl的一端，電阻RAl的另一端與電位器RPA的可調(diào)端相連后接運(yùn)算放 大器U6A的負(fù)輸入端，電位器RPA的一端接+12V電源，另一端接地;二極管DA2的負(fù)極接電阻 RA2的一端，電阻RA2的另一端與電阻RA3的一端相連后接運(yùn)算放大器U6A的正輸入端，電阻 RA3的另一端接地；電阻RA4與二極管DA3的正極相連后接運(yùn)算放大器U6A的輸出端，運(yùn)算放 大器U6A的正電源端接+12V電源，負(fù)電源端接-12V電源，電阻RA4的另一端接+12V電源，二極 管DA3的負(fù)極作為窗口比較器的輸出端。主電路S相IGBT逆變器的輸出A相電流經(jīng)電流互感 器輸出的電流信號(hào)IAl接到窗口比較器的輸入端。通過電阻RA2、RA3確定窗口比較器的正口 檻，通過RPA確定窗口比較器的負(fù)口檻；當(dāng)輸入電流信號(hào)IAl正幅值超過正口檻電壓或負(fù)幅 值超過負(fù)口檻電壓時(shí)，窗口比較器輸出信號(hào)VAO輸出高電平；當(dāng)輸入電流信號(hào)IA1沒有超過 口檻電壓時(shí)，窗口比較器輸出信號(hào)VAO輸出低電平。同理，B相、C相對(duì)應(yīng)的輸入電流信號(hào)分別 為IBl和ICl，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)分別為VBO和VC0,如果VA0、VB0和VCOS相有任一相發(fā)生過電 流則輸出高電平，此時(shí)向微處理器發(fā)出中斷申請(qǐng)，進(jìn)行保護(hù)。
[0007] 進(jìn)一步地，所述脈沖分離輸出電路由A相、B相、C相脈沖分離輸出電路組成，WA相 為例，A相脈沖分離輸出電路由與非口U4A-U4C，電阻R6、R7,電容C6、C7,二極管D6、D7組成。 與非口 U4A的兩個(gè)輸入端和與非口 U4B的一輸入端相連后作為A相脈沖分離輸出電路的輸入 端，與非口U4A的輸出端接與非口U4C的一輸入端；電阻R6的一端、電容C6的一端和二極管D6 的正極相連后接與非口U4B的另一輸入端；電阻R6的另一端接巧V電源；電阻R7的一端、電容 C7的一端和二極管D7的正極相連后接與非口U4C的另一輸入端；電阻R7的另一端接巧V電 源；電容C6的另一端和電容C7的另一端相連后接地;二極管D6的負(fù)極和與非口U4C的輸出端 相連后作為脈沖隔離放大電路的A相下橋臂的輸入端;二極管D7的負(fù)極和與非口 U4B的輸出 端相連后作為脈沖隔離放大電路的A相上橋臂的輸入端;B相和C相的脈沖分離輸出電路與A 相完全相同。微處理器輸出的A相PWMA信號(hào)接到A相脈沖分離電路輸入端，經(jīng)過與非口U4A反 相，變?yōu)锽信號(hào)，PWMA信號(hào)與B信號(hào)分別接到與非口 U4B和U4C的一個(gè)輸入端，與非口 U4B的另 一個(gè)輸入端C和與非口U4C的另一個(gè)輸入端D分別與電阻R6、電容C6，電阻R7、電容C7構(gòu)成的 延遲電路相接，并經(jīng)過二極管D6和D7交叉連接到U4C和U4B的輸出端PWMAB和PWMAT，當(dāng)PWMAT 由低電平變高電平時(shí)，D端要經(jīng)過由電阻R7和電容C7構(gòu)成的延遲電路延遲一段時(shí)間后才能 變?yōu)楦唠娖?，從而使U4C的輸出端PWMAB要延遲一段時(shí)間變低電平，使得A相下橋臂的IGBT開 關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間要比上橋臂的關(guān)斷時(shí)間延長時(shí)間Td;當(dāng)PWMAB由低電平變高電平時(shí)，C端要 經(jīng)過由電阻R6和電容C6構(gòu)成的延遲電路延遲一段時(shí)間后才能變?yōu)楦唠娖?，從而使U4B的輸 出端PWMAT要延遲一段時(shí)間變低電平，使得A相上橋臂的IGBT開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間要比下橋臂 的關(guān)斷時(shí)間延長時(shí)間Td。
[0008] 進(jìn)一步地，所述脈沖隔離放大電路共有六路，分別對(duì)應(yīng)主電路S相IGBT逆變器的 六只IGBT開關(guān)管，WA相上橋臂為例，A相上橋臂脈沖隔離放大電路由快速光電禪合器U3,電 阻R11-R14,電容C1UC12,二極管D11，穩(wěn)壓管DW1、DW2，PNPS極管911，肥1^^極管912組成。 快速光電禪合器U3的正輸入端接巧V電源，負(fù)輸入端接A相脈沖分離輸出電路的上橋臂信 號(hào);快速光電禪合器U3的電源端和電阻Rl 1的一端、電阻Rl 2的一端、電容Cl 1的一端、PNPS 極管Qll的發(fā)射極相連后接第二控制電源輸出的一路24V電源的正極VA+;快速光電禪合器 U3的集電極輸出端、電阻R13的一端和二極管Dll的負(fù)極相連，二極管Dll的正極、穩(wěn)壓管DW2 的負(fù)極和電阻R12的另一端相連，電阻Rll的另一端、電容Cll的另一端、穩(wěn)壓管DWl的負(fù)極和 快速光電禪合器U3的發(fā)射極輸出端相連后連接到主電路A相上橋臂IGBT開關(guān)管的發(fā)射極； R13的另一端與PNPS極管Ql 1的基極相連;穩(wěn)壓管DW2的正極接NPNS極管Q12的基極，穩(wěn)壓 管DWl的正極和NPNS極管Q12的發(fā)射極均接該路24V電源的負(fù)極VA-;電容C12和電阻并聯(lián)后 一端接PNPS極管Qll的集電極，另一端與NPNS極管Q12的集電極相連后作為A相上橋臂 IGBT開關(guān)管的口極。電阻Rll、電容Cll與穩(wěn)壓管DWl將24V電源分成+15V和-9V;快速光電禪 合器U3接收A相脈沖分離輸出電路輸出的脈沖信號(hào)PWMAT ,PWMAT為低電平時(shí)為有效信號(hào)，此 時(shí)快速光電禪合器U3的輸出S極管導(dǎo)通，經(jīng)過電阻Rl 3，使得PNPS極管Ql 1導(dǎo)通，而NPN立極 管Q12關(guān)斷，經(jīng)過電阻R14和電容C12向主回路A相上橋臂IGBT開關(guān)管輸出驅(qū)動(dòng)脈沖VG1，使得 IGBT開關(guān)管導(dǎo)通;當(dāng)脈沖信號(hào)PWMAT為高電平時(shí)，光電禪合器U3的輸出S極管關(guān)斷，PNPS極 管Qll關(guān)斷，而NPN立極管Q12基極經(jīng)過電阻R12和穩(wěn)壓管DW2獲得驅(qū)動(dòng)電流導(dǎo)通，把VGl拉到-9V，從而使得IGBT開關(guān)管關(guān)斷。
[0009] 進(jìn)一步地，所述微處理器的處理流程如下：
[0010] (1)鍵盤與顯示電路給出輸出電壓預(yù)期值，計(jì)算預(yù)期的調(diào)制系數(shù)M*;通過輸出電壓 檢測電路采樣輸出電壓實(shí)際值，與預(yù)期值比較，求得電壓偏差A(yù)U,然后通過比例運(yùn)算求得 調(diào)制系數(shù)的補(bǔ)償值A(chǔ) M，A M=Kp X A U，Kp為比例系數(shù)，最終的調(diào)制系數(shù)M=M*+ A M，將M值送 到SVPWM模塊中。
[0011] (2)通過SVPWM模塊計(jì)算18脈沖的脈沖寬度Tl、T2和化，具體為：
[0012] 將主電路輸出的A、B、C=相相電壓構(gòu)成電壓空間矢量，電壓空間矢量對(duì)應(yīng)6個(gè)有效 基本矢量和兩個(gè)零矢量，6個(gè)有效基本矢量將平面分成六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)再增加兩個(gè)合成 矢量，構(gòu)成一個(gè)周期的18個(gè)電壓矢量，每個(gè)電壓矢量工作時(shí)間為TP = T/18，T為輸出電壓的 周期，在輸出電壓頻率固定為50化時(shí)，T = 20ms，TP = 1.11 Ims。
[0013] 每個(gè)扇區(qū)電壓空間矢量的合成方法相同，W第一扇區(qū)為例，具體如下：
[0014] 對(duì)于第一扇區(qū)的第一合成矢量V11=VRZ20°，由兩個(gè)相鄰的基本有效矢量Vl和V2 和零矢量VO合成，Vl和V2分別作用時(shí)間為Tl和T2, VO作用時(shí)間為TO，VR為空間電壓矢量的長 度，即電壓預(yù)期值。根據(jù)沖量等效原則可得:Tl =M X TP X 0.7422;其中M = VR/V1，稱為調(diào)制 系數(shù)，M可根據(jù)預(yù)期輸出電壓的幅值決定。同理可得:T2=M X TP X 0.395;零電壓矢量工作時(shí) 間 T0 = TP-T1-T2;
[0015] 對(duì)于第一扇區(qū)的第二合成矢量V12,同樣根據(jù)沖量等效原則，獲得Tl=MXTPX 0.395,T2=MXTPX0.7422〇
[0016] 對(duì)于基本矢量VI，僅Vl工作，V2不工作，所WT2 = 0。由沖量等效原則可得:化=MX TP;化為基本矢量Vl單獨(dú)工作