大功率60HZ/400HZ变频电源的研讨和运用

跟着电力作业的不断开展,变压器、发电机、断路器、GIS、110 k V及220 kV交联聚乙烯电缆等高压电力设备的运用越来越广泛。依据《电气设备装置工程电气设备交代实验规范》（GB50150－91）和《电力设备预防性实验规程》（DL／T096－1996）的要求,此类高压电力设备的装置检验和年度检修中,均需进行沟通耐压实验项目,然而对这类电容性试品,选用惯例工频耐压实验,所需实验设备和电源|稳压器容量都非常大,在现场进行实验难度也很大。关于同一试品而言,选用变频谐振实验办法,所需的电源容量和设备最小,分量也最轻。谐振实验体系在试品击穿时,谐振条件损坏,试品上电压和电流随之减小,这有助于维护谐振电源和试品的安全。因而变频谐振耐压实验更适合现场运用。图1为一般沟通变频谐振耐压实验原理简图。

　　1　变频实验电源基本原理

　　变频电源做为沟通谐振耐压实验体系的中心部分,要求调压、调频独立进行,输出电压0～400 V,频率30～300 Hz,且安稳度高,还要求在现场环境下有较强的抗搅扰才能。

　　在调频调压操控技术开展的前期多选用PAM办法,因而,变频电源逆变器输出的沟通电压波形只能是方波,改动方波有效值,只能通过改动方波的幅值,即中心直流电压幅值来完结。跟着全控型快速开关器材GTR、IGBT、MOSFET等的呈现,才逐步开展为PWM办法。因为调理PWM波的占空比即可调理电压幅值,所以逆变环节可一起完结调压和调频使命,整流器无需操控,设备结构更简略,操控更便利。输出电压由方波改善为PWM波,下降了输出电压的低次谐波含量。

　　SPWM是以正弦波作为基准波（调制波）,用一列等幅的三角波（载波）与基准正弦波相比较发生PWM波的操控办法。如图2所示,当基准正弦波高于三角波时,使相应的开关器材导通;当基准正弦波低于三角波时,使相应的开关器材截止。由此,逆变器的输出电压波形为图2b所示的脉冲列,其特点是：半个周期中各脉冲等距等幅不等宽,总是中心宽,两头窄,各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成份额。这种脉冲波通过低通滤波后可得到与调制波同频率的正弦波,正弦波幅值和频率由调制波的幅值和频率决议。这就是变频电源调频调压的原理。

　　实验变频电源的主电路原理如图3所示。三相沟通电压通过三相桥式不控整流电路整流成脉动直流电压,通过中心滤波电容的储能和滤波成为滑润直流电压。逆变环节由4块IGBT构满意桥逆变器,反并联二极管完结IGBT关断时的续流作业,R、C、D构成RCD阻挠放电型吸收缓冲回路。逆变部分选用SPWM操控办法,将直流电压逆变为电压和频率可调的SPWM脉冲波。电感L和电容C3组成低通滤波器LC,滤出高频载波成分。为了约束电容器充电电流,在整流桥的输出端与储能电容之间串入一个限流电阻R1,只在接入电源的开端短时间内将限流电阻R1串入,当电容器两头电压升至必定值后,闭合接触器JC2将电阻R1切除。

　　低通滤波器LC输出规划是否适宜,直接影响变频电源输出电压波形的失真度,因而滤波器的规划准则是考虑最高输出频率,只需最高输出频率下正弦波的失真度得到满意,则低频输出时因为载波比添加,正弦波失真度可天然满意。

　　因为电源容量很大,IGBT关断和注册电流都很大,主电路引线电感Lp的存在,将在IGBT功率回路中引起浪涌电压,其能量与Vpeak／2 Lp I2成份额,较高的浪涌电压将添加功率器材的开关损耗,并危及器材的安全。因而在大功率运用时有必要采纳办法削减主回路的配线电感,并用缓冲吸收电路来下降电压尖峰值。

　　2　操控体系完结

　　先进的操控战略、高性能的操控芯片和高速开关器材相结合是变频电源开展的干流趋势。在SP－WM波形生成中,已很少选用模仿办法,原因是该办法电路杂乱、器材一致性差、输出波形易受器材老化、外界搅扰等要素的影响,因而可靠性差。数字办法在可靠性、灵活性、可控性等方面具有模仿办法无法比拟的优越性,所以本变频电源选用Intel公司16位单片机80C196 MC作为操控中心,组满意数字化操控体系。80C196 MC是专门为电机高速操控所规划的一种真实16位单片机,广泛运用于变频操控中。它有独具特色的波形发生器WFG、A／D转换器、事情处理阵列EPA等,操控体系可大大简化。

　　4路SPWM脉冲操控信号由三相波形发生器WFG发生,输出电压和电流相位脉冲信号输入2路EPA捕捉口,进行相位差检测。2个接触器JC1和JC2由主控板操控,完结发动和维护功用。6路十位A／D转换器完结输出电压电流、直流母线电压电流和高压量的收集改换。显现和毛病回忆单元接入由4个EPA口构成的串行总线。

　　3　操控体系软件规划

　　操控体系软件选用C－196言语编制,软件首要包含：主程序、电压和频率给定程序、波形中止程序、电压闭环操控程序（PI）、数字锁相环程序及外部中止程序等。

　　操控软件的首要使命是发生SPWM脉冲,为了节约机时,进步运转速度,首要结构正弦波数据表。正弦数据表具有反对称性,即sinα＝－sin（－α）,因而只需树立0°～180°的正弦数据表即可运用。由0°开端,每隔0．15°组织1项数据,直到179．5°,合计1200项数据,存入EPROM中。软件运转时,循环查询正弦表数据,操控波形发生器WFG即可发生所需的SPWM操控脉冲。

　　变频电源主程序完结体系初始化及参数设定等功用,电压和频率给定程序,捕捉旋转编码器输出的给定脉冲,进行给定计数和方向区分。波形中止程序为操控体系软件的中心,中止优先级最高,完结正弦数据表查询、波形发生器数据重置、占空比核算等功用。电压闭环子程序进行PI操控算法核算,实时调整SPWM脉冲波的占空比,到达安稳输出电压的意图。数字锁相程序选用捕捉中止,核算电压和电流的相位差,并实时调整输出频率,直到电压和电流同相。外部中止程序呼应各维护电路的维护信号,封闭脉冲输出,回忆毛病参数。

　　4　抗搅扰办法

　　在硬件上选用磁平衡式电压电流互感器进行强弱电阻隔,信号传输选用屏蔽电缆,并一点接地。模仿信号在进入微处理器AD前进行多级滤波,最大极限消除虚伪信号的侵入。操控板规划中,数字电路和模仿电路分隔安置,数字地与模仿地选用一点衔接,消除数字电路和模仿电路的彼此搅扰及地电位的不平衡。操控电源选用开关电源,加装电源滤波器,滤除馈入的共模搅扰信号。主控板选用电源监控芯片,监督电源电压,呈现电压不稳时将体系复位。

　　软件上,数字滤波消除脉冲搅扰,选用80C196 MC微处理器中看门狗功用,在简单引起体系死循环或软件推翻的方位参加监督点,呈现毛病时体系主动复位。对或许引起电源输出超限的方位参加极限判别句子,确保任何情况都不会呈现变频电源的不正常输出。

　　5　结束语

　　依据以上准则研制开发的大容量实验变频电源已在现场沟通耐压实验中成功运用,获得杰出作用。该电源体积小、分量轻、输出功率大,输出电压和频率安稳度高,可便利地组成串联谐振耐压实验体系,对变压器、发电机、GIS和高压交联聚乙烯电缆等容性设备进行沟通耐压实验,可广泛运用于电力体系基建和修试单位的设备装置和检修实验等作业中。

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