专利名称：波形发生装置的制作方法
技术领域：
波形发生装置技术领域[0001]本实用新型涉及电路结构技术领域，尤其涉及一种波形发生装置。
技术背景[0002]目前，在电力机车牵引供电电路中，含有大量谐波，该谐波为较高频率的正弦波， 并且该谐波的幅值很大，可高达25kV，对电力机车的相关设备中元器件的寿命造成很大的影响，为了准确了解供电电路中包含的谐波对电力机车设备中元器件的影响，需要通过波形发生器模拟该谐波的波形，将模拟的波形输出给相关的设备，以测试谐波对设备中元器件性能的影响。[0003]目前的波形发生器，主要包括数字信号处理器、整流器和逆变器等，数字信号处理器用于为整流器和逆变器提供控制信号，通过控制信号控制整流器和逆变器的工作，整流器用于根据控制信号将输入的电压波形转换成直流电压；逆变器用于根据控制信号将整流器输出的直流电压转换成一定频率和幅值的矩形波，然后再通过波形变换电路将该矩形波变换成正弦波。[0004]上述的波形发生器虽然可以输出较高频率的正弦波，但是，由于波形发生器中采用的整流器和逆变器等设备中包含二极管和晶间管等电力电子器件，而电力电子器件通常只能承受几百伏至几千伏的电压，难以承受高于几千伏的电压，例如，几十千伏的高电压， 因此，为提高输出正弦波的幅值通常是采用将电力电子器件串联的办法以提高输出正弦波的幅值，但其缺点是需要解决各种电力电子器件之间均压和缓冲问题，不仅技术难度大，而且使电路结构复杂。实用新型内容[0005]针对上述现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种波形发生装置。[0006]本实用新型提供了一种波形发生装置，包括[0007]用于根据预设参数值产生第一控制信号和第二控制信号的数字信号处理器、用于根据所述第一控制信号将输入的三相交流电压转换成直流电压的整流器、用于根据所述第二控制信号将所述直流电压转换成矩形波的逆变器、用于将所述矩形波变换成正弦波的波形变换器、用于将所述正弦波的幅值调整至设定倍数后输出的变压器和用于为所述数字信号处理器提供工作电压的第一电压源；[0008]其中，所述第一电压源与所述数字信号处理器相连；[0009]所述数字信号处理器分别与所述整流器和所述逆变器相连；[0010]所述逆变器、波形变换器和变压器顺序相连。[0011]如上所述的波形发生装置，其中，该波形发生装置中还包括用于设定预设参数值并将所述预设参数值发送给数字信号处理器的上位机，所述上位机与所述数字信号处理器相连。[0012]如上所述的波形发生装置，其中，该波形发生装置中还包括第一断路器，所述第一断路器设置于用于为整流器提供三相交流电压的第二电压源与所述整流器之间。[0013]如上所述的波形发生装置，其中，该波形发生装置中还包括第二断路器，所述第二断路器设置于所述波形变换器和所述变压器之间。[0014]如上所述的波形发生装置，其中，该波形发生装置中还包括显示器，分别与所述整流器、逆变器、波形变换器和/或变压器相连。[0015]本实用新型提供的波形发生装置，由于设置有变压器，通过变压器可调整波形变换器输出的正弦波的幅值，得到所需幅值的正弦波，而变压器对正弦波幅值的调节范围很大，通常变压器可承受几十千伏以上的电压，通过变压器对正弦波的幅值进行调整后可输出幅值为从几十百伏至几十千伏以上的正弦波，因此，该波形发生装置可以输出宽幅值范围的正弦波，并且，电路结构简单，具有很强的实用性。
[0016]图1为本实用新型实施例所提供的波形发生装置的示意图；[0017]图2为本实用新型另一实施例所提供的波形发生装置的示意图。
具体实施方式
[0018]本实用新型实施例提供了一种波形发生装置，该波形发生装置用于产生所需频率和幅值的正弦波，可将该正弦波作为输出信号，输出给相关电气设备，可测试相关电气设备中各种元器件在一定频率和幅值的波形工作时的性能。[0019]图1为本实用新型实施例所提供的波形发生装置的示意图，如图1所示，该波形发生装置包括数字信号处理器1、整流器2、逆变器3、波形变换器4、变压器5和第一电压源6。[0020]第一电压源6与数字信号处理器1相连；数字信号处理器1分别与整流器2和逆变器3相连；逆变器3、波形变换器4和变压器5顺序相连。[0021]数字信号处理器1用于根据预设参数值产生第一控制信号和第二控制信号。[0022]整流器2用于根据第一控制信号将输入的三相交流电压转换成直流电压。[0023]逆变器3用于根据第二控制信号将直流电压转换成矩形波。[0024]波形变换器4用于将矩形波变换成正弦波。[0025]变压器5用于将正弦波的幅值调整至设定倍数后输出。[0026]第一电压源6用于为数字信号处理器1提供工作电压。[0027]由于数字信号处理器在工作过程中需要电压源，因此设置第一电压源，以通过第一电压源给数字信号处理器提供工作电压，保证其正常工作。[0028]上述的第一电压源可以为由干电池或蓄电池等组成的电源装置，也可以为由变压器和相关电路组成的电源装置，通过该种装置将通常使用的频率为50HZ，电压为220V的交流电压变换成所需要的电压后再提供给数字信号处理器。[0029]具体采用何种形式的电源装置根据数字信号处理器所需的工作电压而定，可采用已有技术中的各种能够提供电压源的装置实现。[0030]数字信号处理器可采用计算机、专用的数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用的数字信号处理芯片等实现，例如，美国德州仪器公司生产的 TMS320F2818型芯片，该芯片为32位定点处理器，且硬件支持IQ格式的浮点运算。[0031]整流器可以为由绝缘栅双极型晶体管ansulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)、二极管等电力电子器件组成的整流电路实现，对输入的三相交流电压进行整流后可输出直流电压。[0032]逆变器可以采用由IGBT和二极管等电力电子器件组成的逆变电路实现，可将直流电压逆变成矩形波形式的电压波形。[0033]波形变换器可以为由电感、电容等组成的相关电路实现，可将矩形波变换成正弦波。[0034]变压器可采用各种形式的变压器，设定倍数即为变压器中一次线圈和二次线圈的匝数比，通过调整变压器中一次线圈和二次线圈的匝数比即可实现对正弦波幅值的调整， 将正弦波的幅值调整至所需的数值后输出即可。[0035]该波形发生装置的工作原理为[0036]数字信号处理器根据预设参数值产生第一控制信号和第二控制信号，该预设参数值可以为通过逆变器输出的矩形波的频率值的大小和幅值的大小，该数字信号处理器根据预设参数值产生第一控制信号和第二控制信号。[0037]第一控制信号为控制整流器中的相应电力电子器件导通或关断的电压或电流的时序控制信号，通过对整流器中相应电力电子器件的导通或关断的控制可将输入的三相交流电压转换成直流电压。[0038]数字信号处理器可根据预设参数值采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)方法，对接收到的直流电压进行数字编码，并输出相应第二控制信号，第二控制信号为控制逆变器中的相应电力电子器件导通或关断的电压或电流的时序控制信号，通过第二控制信号控制逆变器中相应电力电子器件的导通或关断时间来改变通过逆变器输出的矩形波的周期和矩形波的占空比，从而根据预设参数值输出相应频率和相应幅值的矩形波。[0039]然后通过波形变换器将逆变器输出的矩形波变换成正弦波，并通过变压器调整该正弦波的幅值，最后输出所需频率和幅值的正弦波。[0040]由上述技术方案可知，该波形发生装置，可将三相交流电压转换成一定频率和幅值的正弦波，该正弦波可用于模拟电力系统或各种供电电路等中产生的谐波的波形，而电力系统或各种供电电路中包含有各种电气设备，可将该波形发生装置产生的正弦波作为输出信号传送给待测试的相关电气设备，以测试电气设备中各种元器件在一定频率和幅值的谐波下工作时的性能。[0041]由于该波形发生装置中设置有变压器，通过变压器可调整波形变换器输出的正弦波的幅值，得到所需幅值的正弦波，而变压器对正弦波幅值的调节范围很大，通常变压器可承受几十千伏以上的电压，通过变压器对正弦波的幅值进行调整后可输出幅值为从几百伏至几十千伏以上的正弦波，因此，该波形发生装置可以输出宽幅值范围的正弦波，并且，电路结构简单，具有很强的实用性。[0042]图2为本实用新型另一实施例所提供的波形发生装置的示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，该波形发生装置中还包括上位机7，用于设定预设参数值并将该预设参数值发送给数字信号处理器，上位机7与数字信号处理器1相连。[0043]该上位机可采用计算机或其他智能终端实现，可通过人工设定预设参数值，进而5将该预设参数值发送给数字信号处理器。[0044]由于整流器与第二电压源相连，以给整流器提供三相交流电压，而第二电压源输出的电压很可能存在波动或出现短路等故障，因此造成整流器的输入电压或电流过大，超出整流器能承受的电压范围，此时，很可能损坏整流器及其连接于整流器后面的逆变器、波形变换器中的相关元器件，甚至损坏整个设备。[0045]为此，如图2所示，该波形发生装置中还包括第一断路器8，第一断路器8设置于用于为整流器2提供三相交流电压的第二电压源9与整流器2之间。[0046]当第二电压源9输出电压太大或出现短路等的情况时，第一断路器8自动断开，切断第二电压源9与整流器2之间的连接线路，从而对整流器2、逆变器3和波形变换器4进行保护。[0047]并且，由于变压器的后面通常连接有待测试的电气设备，以将变压器输出的正弦波输出给电气设备，对电气设备中各种元器件的性能进行测试，如果电气设备发生短路、过载等故障，将会使电气设备与变压器相连的连接线路中电流很大，如果该电流经过连接线路进入变压器，并通过变压器进一步的流过数字信号处理器、整流器、逆变器、波形变换器， 可能损坏各设备中的元器件，甚至损坏整个装置。[0048]因此，进一步的该波形发生装置中还包括第二断路器10，第二断路器10设置于波形变换器4和变压器5之间。[0049]当待测试的电气设备发生短路、过载等故障时，第二断路器10自动断开波形变换器4和变压器5之间的连接线路，防止过大电流进入数字信号处理器1、整流器2、逆变器3 和波形变换器4，通过第二断路器10对整个波形发生装置进行保护。[0050]该波形发生装置中还可以进一步的包括显示器11，显示器11分别与整流器2、逆变器3、波形变换器4和/或变压器5相连。[0051]显示器可以为示波器或各种显示装置实现，通过显示器可显示整流器输出的直流电压、逆变器输出的矩形波、波形变换器输出的正弦波、变压器输出的幅值调整至设定倍数后的正弦波，以便于对上述各种设备输出的波形进行观察。[0052]最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
权利要求1.一种波形发生装置，其特征在于，包括用于根据预设参数值产生第一控制信号和第二控制信号的数字信号处理器、用于根据所述第一控制信号将输入的三相交流电压转换成直流电压的整流器、用于根据所述第二控制信号将所述直流电压转换成矩形波的逆变器、用于将所述矩形波变换成正弦波的波形变换器、用于将所述正弦波的幅值调整至设定倍数后输出的变压器和用于为所述数字信号处理器提供工作电压的第一电压源；其中，所述第一电压源与所述数字信号处理器相连；所述数字信号处理器分别与所述整流器和所述逆变器相连；所述逆变器、波形变换器和变压器顺序相连。
2.根据权利要求1所述的波形发生装置，其特征在于该波形发生装置中还包括用于设定预设参数值并将所述预设参数值发送给数字信号处理器的上位机，所述上位机与所述数字信号处理器相连。
3.根据权利要求1或2所述的波形发生装置，其特征在于该波形发生装置中还包括第一断路器，所述第一断路器设置于用于为整流器提供三相交流电压的第二电压源与所述整流器之间。
4.根据权利要求1或2所述的波形发生装置，其特征在于该波形发生装置中还包括第二断路器，所述第二断路器设置于所述波形变换器和所述变压器之间。
5.根据权利要求1或2所述的波形发生装置，其特征在于该波形发生装置中还包括显示器，分别与所述整流器、逆变器、波形变换器和/或变压器相连。
专利摘要本实用新型公开了一种波形发生装置，包括第一电压源、数字信号处理器、整流器、逆变器、波形变换器和变压器。第一电压源与数字信号处理器相连；数字信号处理器分别与整流器和逆变器相连；逆变器、波形变换器和变压器顺序相连。该波形发生装置，通过变压器可调整波形变换器输出的正弦波的幅值，得到所需幅值的正弦波，可以输出宽幅值范围的正弦波，并且，电路结构简单，具有很强的实用性。
文档编号G01R1/28GK202281788SQ20112042615
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者于跃, 牟岩, 董笑辰, 裴延涛 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心