自适应宽动态供电的智能高精度稳压装置的制作方法

文档序号:13450782
自适应宽动态供电的智能高精度稳压装置的制作方法
本实用新型涉及一种稳压器,尤其是指一种自适应宽动态供电的智能高精度稳压装置。

背景技术:
对于供电偏远地区超过供电半径,末端电压难以保证,功率因素达不到要求,线损大;无法满足供电质量。稳压装置是为保证供电质量必不可少的组件;目前市面上的线圈式稳压装置补偿结构或电路大概分为4种:1、由驱动电机、自动控制电路和碳刷组成;此类稳压装置响应速度慢,故障率较高;2、由补偿变压器、多抽头调压器和接触器组成;此类稳压装置通过接触器矩阵控制多抽头调压器的相应抽头给补偿变压器供电实现稳压的功能;此类稳压装置采用的多抽头多调压器,存在稳压精度低的问题,而且体积较大;3、采用的是接触器控制;此类补偿电路响应时间过慢,对于高精密的设备来说满足不了要求;4、由多补偿变压器和可控硅组成;此类稳压器采用可控硅因此其响应时间快,但多个补偿变压器直接影响到了稳压装置本身的精度和体积问题;这种无触点稳压装置存在稳压输出不连续,补偿电压存在阶梯等级的原因,不能达到高精度稳压输出的目的,特别对用工作电压精度要求较高的情况下不能正常工作。2014年06月18日,浙江合极电气科技有限公司在中国实用新型授权公告号:CN203658891U中,公开了一种无触点斩波式稳压器,它包括1个补偿变压器、4个IGBT、4个可控硅、1个电容和1个电感,输入电源火线接补偿变压器副边的一端,补偿变压器副边的另一端接第一IGBT的集电极,并接稳压输出端,第一IGBT和第二IGBT串联,第二IGBT的集电极接电感和第四IGBT的集电极,电感的另一端分别接电容的一端、第二可控硅一端、第四可控硅一端,第二可控硅和第一可控硅串联,第四可控硅和第三可控硅串联,两串联电路的中间点分别接补偿变压器原边的两端,第一可控硅和第三可控硅的另一端接零线,电容的另一端接零线,第四IGBT的发射极接第三IGBT的发射极,第三IGBT的集电极接零线。该实用新型通过控制4个可控硅的工作状态,来控制补偿变压器原边电压的方向,从而得到所需补偿副边电压ΔU的大小和方向,实现输出稳定电压。但可控硅存在导通电阻容易发热,系统内部电损较大;同时存在系统内部的高频谐波,直接影响外部电网的供电质量。

技术实现要素:
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有稳压装置技术的不足,提供一种自适应宽动态供电的智能高精度稳压装置,它采用斩波控制技术调整补偿电压值,实现了适应宽动态供电和高精度的输出电压。为实现上述目的,本实用新型是通过如下技术方案实现的:包括1个补偿变压器、4个IGBT和智能驱动控制系统;输入电源火线接补偿变压器副边的首端;输入电源火线还经谐波抑制电感接第一IGBT的集电极和第一接触器,并通过第一接触器的触头接补偿变压器原边尾端;第一IGBT和第二IGBT串联,第二IGBT的集电极同时接高频滤波电感和第三IGBT的集电极;高频滤波电感的另一端接补偿变压器原边的首端,且与并接在补偿变压器原边首尾端的第二滤波电容组成LC高频滤波回路;第三IGBT的发射极接第四IGBT的发射极,第四IGBT的集电极接零线;在第一IGBT集电极和第四IGBT集电极之间还并联一个第一滤波电容;所述补偿变压器副边的尾端接稳压输出端;所述补偿变压器副边的首尾端并接有第三接触器触头和整形电容;所述补偿变压器原边尾端还通过第二接触器的触头控制接零线端。本实用新型主要针对于部分供电偏远地区超过供电半径,末端电压难以保证,功率因素达不到要求,线损大;无法满足供电质量;该设备能在供电电压为AC:140V的时候自动补偿到AC:220V,在供电电压为AC:300V时自动降压到AC220V;充分的保障了用户端的用电质量与用电设备的安全性。本实用新型工作原理:本实用新型工作中,交流电源经过串联的补偿变压器(T1)副边输出至供电输出端,当输出电源电压稳定在:AC220V±10%内的时候该装置不动作;当输出电压低于或者高于AC220V±10%的时候,该装置通过智能驱动控制系统触发IGBT高频激励回路激励补偿变压器(T1)的原边来实现整个稳压过程。本实用新型的创新点在于:1)在输入电源火线与斩波控制的4个IGB接有谐波抑制电感L1,该谐波抑制电感L1的作用是:将其系统装置内部的高频谐波滤除,不影响外部电网的供电质量。2)在补偿变压器(T1)原边的尾端连接第一接触器(KM1)触头,将输入电源引入补偿;在输入电源电压高于242V时,可以扩大降压范围;在补偿变压器(T1)原边的尾端还连接第二接触器(KM2)触头,将补偿变压器(T1)原边的尾端接零;在输入电源电压低于198V以下时,可以扩大升压范围;实测本实用新型适应供电电压动态范围可以达到140-300V,大大超过现有技术的±20%动态稳压范围。本实用新型利用接触器线圈自身损耗电流小,主触头内阻低,载流量大,稳定系数高;更大地节省了设备自身的功耗。3)补偿变压器(T1)副边的首尾端并接有第三接触器(KM3)触头,其作用是在不升压或者降压的时候,第三接触器(KM3)吸合将补偿变压器(T1)副边旁路,从而进入待机休眠模式减少自身功耗;另外,在检测到控制系统自身有异常时,补偿变压器(T1)副边吸合也可以旁路,从而保证了用户供电的持续性。附图说明图1是本实用新型的主回路原理图。图2是本实用新型的系统控制方框图。图中标记是:T1补偿变压器;L1谐波抑制电感;L2高频滤波电感;Q1第一IGBT;Q2第二IGBT;Q3第三IGBT;Q4第四IGBT;C1第一滤波电容;C2第二滤波电容;C3整形电容;KM1第一接触器;KM2第二接触器;KM3第三接触器;CT电流互感器。具体实施方式下面结合实施例及其附图对本实用新型再作描述。请参阅图1,一种自适应宽动态供电的智能高精度稳压装置,包括1个补偿变压器(T1)、4个IGBT和智能驱动控制系统;输入电源火线接补偿变压器(T1)副边的首端;输入电源火线还经谐波抑制电感(L1)接第一IGBT(Q1)的集电极和第一接触器(KM1),并通过第一接触器(KM1)的触头接补偿变压器(T1)原边尾端;第一IGBT(Q1)和第二IGBT(Q2)串联,第二IGBT(Q2)的集电极同时接高频滤波电感(L2)和第三IGBT(Q3)的集电极;高频滤波电感(L2)的另一端接补偿变压器(T1)原边的首端,且与并接在补偿变压器(T1)原边首尾端的第二滤波电容(C2)组成LC高频滤波回路;第三IGBT(Q3)的发射极接第四IGBT(Q4)的发射极,第四IGBT(Q4)的集电极接零线;在第一IGBT(Q1)集电极和第四IGBT(Q2)集电极之间还并联一个第一滤波电容(C1);所述补偿变压器(T1)副边的尾端接稳压输出端;所述补偿变压器(T1)副边的首尾端并接有第三接触器(KM3)触头和整形电容(C3);所述补偿变压器(T1)原边尾端还通过第二接触器(KM2)的触头控制接零线端。所述第一接触器(KM1)触头和第二接触器(KM2)触头,通过控制电路设计为互锁、或全断开状态。所述补偿变压器(T1)副边的尾端还通过电流互感器(CT)接稳压输出端,电流互感器(CT)连接智能驱动控制系统中的保护检测电路,实现系统保护;当电流值超过系统的设置值时,通过模数转换,系统自我保护停止输出,并报警。所述的4个IGBT中,每个IGBT的发射极和集电极之间并联有由二极管、电阻和电容所构成的浪涌吸收回路。参见图2:所述智能驱动控制系统由RM单片机微处理器、人机交互按键设置电路、PMW脉宽调制隔离驱动电路和通讯接口电路组成;PMW脉宽调制隔离驱动电路和RM单片机微处理器由隔离电源独立供电,RM单片机微处理器连接人机交互按键设置电路和通讯接口;RM单片机微处理器通过保护检测电路与PMW脉宽调制隔离驱动电路、IGBT组件构成闭环式PID控制;PMW脉宽调制隔离驱动电路的驱动信号连接IGBT的控制端;稳压输出端的电压信号通过电压监测取样送RM单片机微处理器;稳压输出端的电流信号通过保护检测电路进行模数转换反馈给RM单片机微处理器。与现有技术相比,本实施例工作中,当输入电压偏离,智能驱动控制系统从稳压输出端取电压监测样,检测到输出电压Uo不等于AC220V±10%的时候,即比如为输出电压Uo为198V以下时第二接触器(KM2)触头吸合,或者是输出电压Uo为AC242V以上时第一接触器(KM1)触头吸合,智能驱动控制系统中的微处理器输出PMW脉宽调制信号给隔离驱动板驱动,再将PMW信号输出给IGBT的触发脚;在交流电源输入电压Ui的正半周,用第一IGBT(Q1)进行斩波控制,用第三IGBT(Q3)给负载电流提供续流通道;在交流电源输入电压Ui的负半周,用第二IGBT(Q2)进行斩波控制,用第四IGBT(Q4)给负载电流提供续流通道;高频滤波电感(L2)和第二滤波电容(C2)组成高频滤波,将高频波滤除,得到纯正的正弦波施加给补偿变压器(T1)原边(初级),补偿变压器(T1)副边(次级)产生变化的ΔU,将变比后的ΔU=0~80V电压施加到总电源上,使总输出电压Uo=Ui±ΔU来实现自动稳压的目的。本实施例的浪涌吸收回路,主要是为了保护IGBT不受浪涌冲击。本实施例的电流互感器,时刻检测输出端的电流值,当电流值超过系统的设置值,系统自我保护停止输出,并报警。本实用新型的通讯接口为装置提供了RS485通讯接口,与上位机通讯,用来监测其运行状态与变量,当系统异常时会将故障类别、安装位置等信息及时反映到上位机,工作人员通过上位机的提示便可直接到现场处理问题。本实施例的整形电容(C3)的作用是直通载波信号,使得载波信号稳定不丢包;并对补偿变压器(T1)输出滤波,保证了输出波形的质量。本实施例的电压取样标准:输出电源与输入电源取样输入到控制主板,经降压-12位模数转换后由CPU进行比较,其基准电压取决于人机界面的设置值,设置值与输入/输出值进行比较,经过一定的算法输出PWM脉宽调制信号,采用闭环式PID控制。上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
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