一种矿用隔爆型三相稳压变压装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿用隔爆型三相稳压变压装置及方法，包括整流电路、直流母线电容、制动电路、逆变电路、滤波器、补偿变压器、电压检测电路、温度检测电路、电流检测电路、隔离放大电路、微控制单元、操作面板等。该装置的有益效果是可以应用在矿井下潮湿、充满爆炸性混合气体的工作环境中，解决了矿井供电网络相电压幅值偏离额定值以及三个相电压幅值不对称的问题，并且具有体积小、重量轻、响应速度快、调节平滑、补偿范围宽、稳压精度高、界面友好、保护全面等特点。
【专利说明】—种矿用隔爆型三相稳压变压装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种稳压变压装置及方法，具体涉及一种矿用隔爆型三相稳压变压装置及方法。
【背景技术】
[0002]矿井供电系统普遍存在欠压、过压、电压幅值瞬时跌落、尖峰干扰等电能质量问题，严重影响井下用电设备的工作性能。机械式补偿稳压器具有较好的稳压精度，但由于使用机械结构调整调压器的触头，响应慢，可靠性差，寿命短，维护工作量大，更换碳刷需要将稳压器和负载断电，同时调压器的碳刷是三相同步动作的，无法解决三相电压不平衡的问题。无触点式补偿稳压器使用半导体开关作为调压器抽头的切换方式，响应速度大大提高，但由于抽头位置固定，补偿电压只能分级调整，降低了稳压器的输出精度。
[0003]专利号为“CN102957150A”的发明专利公开了“一种单相交流补偿式稳压器”，涉及一种单相交流补偿式稳压器，在补偿变压器和负载之间的相线上串联叠加补偿变压器，通过叠加补偿电压来完成小范围的电压调整，可以大幅度减少碳刷的磨损，甚至减少一半以上的碳刷移动次数。专利号为“CN103066918A”的发明专利公开了“一种三相稳压器”，涉及一种三相稳压器，其特征是在机械式补偿稳压器的输出端与负载之间通过三相平衡装置连接，所述的三相平衡装置包括三个完全相同的单相变压器，每个单相变压器有一个初级线圈和三个次级线圈，三相平衡装置的每一相输出电压均包含了三相输入电压的方向及大小因素，原本不平衡的三个输入电压，经过三相平衡装置后，输出电压趋向平衡。以上两个发明专利针对机械式补偿稳压器碳刷易磨损、不能解决三相电压不平衡的缺陷分别给出改进方案，但是不能从根本上解决问题。
[0004]专利号为“CN201266329Y”的实用新型专利公开了“补偿式交流稳压器”，涉及一种补偿式交流稳压器，根据输出电压的变化，由电压检测单元采样，检测并输出信号，再由通断控制单元根据电压检测信号分别控制可控硅的通断，从而达到根据外界电压的变化量自动调整补偿电压量，达到稳定输出电压的目的。该实用新型专利通过可控开关器件控制调压器抽头的通断，提高了调压器的响应速度，但是仍然存在补偿电压只能分级调节，输出电压稳压精度不高，两只可控硅之间可能瞬间短路等缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种矿用隔爆型三相稳压变压装置及方法，该装置及方法可以精确的实现三相交流电压的稳压。
[0006]为达到上述目的，本发明所述的矿用隔爆型三相稳压变压装置包括隔爆外壳，隔爆外壳内设有控制器、输入接口、整流电路、直流母线电容，U相逆变电路、V相逆变电路、W相逆变电路、U相滤波器、V相滤波器、W相滤波器、第一补偿变压器、第二补偿变压器、第三补偿变压器及输出接口，输入接口的LI端、L2端及L3端均与整流电路的输入端相连接，整流电路I的输出端与U相逆变电路的输入端、V相逆变电路的输入端及W相逆变电路的输入端相连接，U相逆变电路的输出端与U相滤波器的输入端相连接，V相逆变电路的输出端与V相滤波器的输入端相连接，W相逆变电路的输出端与W相滤波器的输入端相连接，U相滤波器的输出端与第一补偿变压器的初级线圈相连接，V相滤波器的输出端与第二补偿变压器的初级线圈相连接，W相滤波器的输出端与第三补偿变压器的初级线圈相连接，第一补偿变压器上次级线圈的一端与输入接口上的LI端相连接，另一端与输出接口的U端相连接；第二补偿变压器上次级线圈的一端与输入接口上的L2端相连接，另一端与输出接口的V端相连接；第三补偿变压器上次级线圈的一端与输入接口的L3端相连接，另一端与输出接口的W端相连接，直流母线电容与整流电路的输出端并联连接；
[0007]所述控制器包括操作面板、微控制单元、电压检测电路及隔离放大电路，电压检测电路的输入端分别与输入接口及输出接口相连接，电压检测电路的输出端与微控制单元的输入端相连接，微控制单元的输出端与隔离放大电路的输入端相连接，隔离放大电路的输出端分别与U相逆变电路的控制端、V相逆变电路的控制端及W相逆变电路的控制端相连接，操作面板与微控制单元相连接。
[0008]还包括制动电路，制动电路的输入端整流电路的输出端相连接，制动电路的输出端分别与U相逆变电路的输入端、V相逆变电路的输入端及W相逆变电路的输入端相连接，直流母线电容的两端与电压检测电路相连接，制动电路的控制端与隔离放大电路的输出端相连接。
[0009]所述U相滤波器、V相滤波器及W相滤波器均由电感及电容并联组成，其中，电感为通过高频铁芯制成的高频滤波电感，电容为无极性电容，U相滤波器的截止频率、V相滤波器的截止频率及W相滤波器的截止频率均为300Hz。
[0010]还包括电流检测电路以及用于检测U相逆变电路内功率模块温度、V相逆变电路内功率模块温度以及W相逆变电路内功率模块温度的温度检测电路，电流检测电路的输入端与输出接口相连接，电流检测电路的输出端与微控制单元的输入端相连接。
[0011]所述操作面板与微控制单元通过CAN总线或SCI总线相连接。
[0012]所述第一补偿变压器上初级绕组与次级绕组的匝数之比等于第二补偿变压器上初级绕组与次级绕组的匝数之比以及第三补偿变压器上初级绕组与次级绕组的匝数之比。
[0013]所述隔爆外壳由钢板焊接而成。
[0014]相应的，本发明还提供了一种矿用隔爆型三相稳压变压方法，包括以下步骤:
[0015] I)三相交流电压经输入接口输入到整流电路中，整流电路将所述三相交流电压转换为脉动的直流电压，脉动的直流电压经直流母线电容滤除脉动分量后转换为标准的直流电压，并将所述标准的直流电压分别输入到U相逆变电路、V相逆变电路及W相逆变电路中，U相逆变电路根据SPWM调制控制方法将标准的直流电压转换为第一高频PWM电压，所述第一高频PWM电压经U相滤波器滤波后输入到第一补偿变压器的初级线圈中，第一补偿变压器上次级线圈产生的补偿电压与输入接口上LI端的交流电压叠加后经输出接口的U端输出；￥相逆变电路根据SPWM调制控制方法将标准的直流电压转换为第二高频PWM电压，所述第二高频PWM电压经V相滤波器滤波后输入到第二补偿变压器的初级线圈中，第二补偿变压器上次级线圈产生的补偿电压与输入接口上L2端的交流电压叠加后经输出接口的V端输出1相逆变电路根据SPWM调制方法将标准的直流电压转换为第三高频PWM电压，所述第三高频PWM电压经W相滤波器滤波后输入到第三补偿变压器的初级线圈中，第三补偿变压器上次级线圈上产生的补偿电压与输入接口上L3端的交流电压叠加后经输出接口的W端输出；
[0016]2)电压检测电路分别检测输入接口上LI端的第一电压信息、L2端的第二电压信息、L3端的第三电压信息以及输出接口上U端的第四电压信息、V端的第五电压信息及W端的第六电压信息，然后将所述第一电压信息、第二电压信息、第三电压信息、第四电压信息、第五电压信息及第六电压信息输入到微控制单元中，微控制单元根据所述第一电压信息判断输入接口上LI端的电压值是否小于LI端预设的最小额定电压值以及是否大于LI端预设的最大额定电压值，当输入接口上LI端的电压值小于LI端预设的最小额定电压值时，则产生第一 PWM波，所述第一 PWM波经隔离放大电路光电隔离及幅值放大后输入到U相逆变电路中，U相逆变电路根据幅值放大后的第一 PWM波使第一补偿变压器上产生的补偿电压的相位与输入接口上LI端交流电压的相位相一致，当输入接口上LI端的电压值大于LI端预设的最大额定电压值时，则产生第二 PWM波，所述第二 PWM波经隔离放大电路光电隔离及幅值放大后输入到U相逆变电路中，U相逆变电路根据幅值放大后的第二 PWM波使第一补偿变压器输出端的补偿电压的相位与输入接口上LI端交流电压的相位之间的相位差为180° ;微控制单元根据所述第二电压信息判断输入接口上L2端的电压值是否小于L2端预设的最小额定电压值以及是否大于L2端预设的最大额定电压值，当输入接口上L2端的电压值小于L2端预设的最小额定电压值时，则产生第三PWM波，所述第三PWM波经隔离放大电路光电隔离及幅值放大后输入到V相逆变电路中，V相逆变电路根据幅值放大后的第三PWM波使第二补偿变压器上产生的补偿电压的相位与输入接口上L2端交流电压的相位相一致，当输入接口上L2端的电压值大于L2端预设的最大额定电压值时，则产生第四PWM波，所述第四PWM波经隔离放大电路光电隔离及幅值放大后输入到V相逆变电路中，V相逆变电路根据幅值放大后的第四PWM波使第二补偿变压器输出端的补偿电压的相位与输入接口上L2端交流电压的相位之间的相位差为180° ；
[0017]微控制单元根据所述第三电压信息判断输入接口上L3端的电压值是否小于L3端预设的最小额定电压值以及是否大于L3端预设的最大额定电压值，当输入接口上L3端的电压值小于L3端预设的最小额定电压值时，则产生第五PWM波，所述第五PWM波经隔离放大电路光电隔离及幅值放大后输入到W相逆变电路中，W相逆变电路根据幅值放大后的第五PWM波使第三补偿变压器上产生的补偿电压的相位与输入接口上L3端交流电压的相位相一致，当输入接口上L3端的电压值大于L3端预设的最大额定电压值时，则产生第六PWM波，所述第六PWM波经隔离放大电路光电隔离及幅值放大后输入到W相逆变电路中，W相逆变电路根据幅值放大后的第六PWM波使第三补偿变压器输出端的补偿电压的相位与输入接口上L3端交流电压的相位之间的相位差为180° ；
[0018]同时，微控制单元根据所述第四电压信息获取当前输出接口上U端电压幅值与U端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第一控制信号，并将第一控制信号输入到隔离放大电路，隔离放大电路根据所述第一控制信号调整U相逆变电路输出的第一高频PWM电压的占空比使第一补偿变压器输出的补偿电压的幅值与输入接口上LI端上交流电压的幅值叠加后等于U端预设电压幅值；微控制单元根据所述第五电压信息获取当前输出接口上V端电压幅值与V端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第二控制信号，并将第二控制信号输入到隔离放大电路，隔离放大电路根据所述第二控制信号调整V相逆变电路输出的第二高频PWM电压的占空比使第二补偿变压器输出的补偿电压的幅值与输入接口上L2端上交流电压的幅值叠加后等于V端预设电压幅值；微控制单元根据所述第六电压信息获取当前输出接口上W端电压幅值与W端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第三控制信号，并将第三控制信号输入到隔离放大电路，隔离放大电路根据所述第三控制信号调整W相逆变电路输出的第三高频PWM电压的占空比使第三补偿变压器输出的补偿电压的幅值与输入接口上L3端上交流电压的幅值叠加后等于W端预设电压幅值。
[0019]本发明具有以下有益效果:
[0020]本发明所述的矿用隔爆型三相稳压变压装置及方法在稳压的过程中，三相交流电压经整流及滤波后转换为标准的直流电压，再通过U相逆变电路、V相逆变电路及W相逆变电路将标准的直流电压分别转换为第一高频的PWM电压、第二高频的PWM电压及第三高频的PWM电压，第一高频的PWM电压、第二高频的PWM电压及第三高频的PWM电压经滤波处理后分别输入到第一补偿变压器的初级线圈中、第二补偿变压器的初级线圈中及第三补偿变压器的初级线圈中，第一补偿变压器次级线圈上产生的补偿电压与输入接口上LI端的交流电压叠加后作为输出接口上U端的输出，第二补偿变压器次级线圈上产生的补偿电压与输入接口上L2端的交流电压叠加后作为输出接口上V端的输出，第三补偿变压器次级线圈上产生的补偿电压与输入接口上L3端的交流电压叠加后作为输出接口上W端的输出。同时，通过电压检测电路实时监测输入接口上的第一电压信息、第二电压信息、第三电压信息及输出接口上的第四电压信息、第五电压信息及第六电压信息，微控制单元根据所述第一电压信息、第二电压信息、第三电压信息及输出接口上的第四电压信息、第五电压信息及第六电压信息来实现U相逆变电路、V相逆变电路及W相逆变电路的控制，从而实现三相交流电压的稳压，具有响应速度快、稳压精度高、调节平滑及补偿范围宽的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明的结构示意图。
[0022]其中，I为整流电路、2为制动电路、3为U相逆变电路、4为V相逆变电路、5为W相逆变电路、6为U相滤波器、7为V相滤波器、8为W相滤波器、9为第一补偿变压器、10为第二补偿变压器、11为第三补偿变压器、12为操作面板、13为微控制单元、14为电压检测电路、15为隔离放大电路、16为温度检测电路、17为电流检测电路。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0024]参考图1，本发明所述的矿用隔爆型三相稳压变压装置包括隔爆外壳，隔爆外壳内设有控制器、输入接口、整流电路1、直流母线电容，U相逆变电路3、V相逆变电路4、W相逆变电路5、U相滤波器6、V相滤波器7、W相滤波器8、第一补偿变压器9、第二补偿变压器10、第三补偿变压器11及输出接口，输入接口的LI端、L2端及L3端均与整流电路I的输入端相连接，整流电路I的输出端与U相逆变电路3的输入端、V相逆变电路4的输入端及W相逆变电路5的输入端相连接，U相逆变电路3的输出端与U相滤波器6的输入端相连接，V相逆变电路4的输出端与V相滤波器7的输入端相连接，W相逆变电路5的输出端与W相滤波器8的输入端相连接，U相滤波器6的输出端与第一补偿变压器9的初级线圈相连接，V相滤波器7的输出端与第二补偿变压器10的初级线圈相连接，W相滤波器8的输出端与第三补偿变压器11的初级线圈相连接，第一补偿变压器9上次级线圈的一端与输入接口上的LI端相连接，另一端与输出接口的U端相连接；第二补偿变压器10上次级线圈的一端与输入接口上的L2端相连接，另一端与输出接口的V端相连接；第三补偿变压器11上次级线圈的一端与输入接口的L3端相连接，另一端与输出接口的W端相连接，直流母线电容与整流电路I的输出端并联连接；控制器包括操作面板12、微控制单元13、电压检测电路14及隔离放大电路15，电压检测电路14的输入端分别与输入接口及输出接口相连接，电压检测电路14的输出端与微控制单元13的输入端相连接，微控制单元13的输出端与隔离放大电路15的输入端相连接，隔离放大电路15的输出端分别与U相逆变电路3的控制端、V相逆变电路4的控制端及W相逆变电路5的控制端相连接，操作面板12与微控制单元13相连接。
[0025]需要说明的是，本发明还包括制动电路2，制动电路2的输入端整流电路I的输出端相连接，制动电路2的输出端分别与U相逆变电路3的输入端、V相逆变电路4的输入端及W相逆变电路5的输入端相连接，直流母线电容的两端与电压检测电路14相连接，制动电路2的控制端与隔离放大电路15的输出端相连接，U相滤波器6、V相滤波器7及W相滤波器8均由电感及电容并联组成，其中，电感为通过高频铁芯制成的高频滤波电感，电容为无极性电容，U相滤波器6的截止频率、V相滤波器7的截止频率及W相滤波器8的截止频率均为300Hz，本发明还包括电流检测电路17以及用于检测U相逆变电路3内功率模块温度、V相逆变电路4内功率模块温度以及W相逆变电路5内功率模块温度的温度检测电路16，电流检测电路17的输入端与输出接口相连接，电流检测电路17的输出端与微控制单元13的输入端相连接，所述操作面板12与微控制单元13通过CAN总线或SCI总线相连接，所述第一补偿变压器9上初级绕组与次级绕组的匝数之比等于第二补偿变压器10上初级绕组与次级绕组的匝数之比以及第三补偿变压器11上初级绕组与次级绕组的匝数之比，隔爆外壳由钢板焊接而成。另外，所述操作面板12包括显示单元和输入设备，其中显示单元包括液晶显示屏、八段数码管和发光二极管指示灯，操作面板12的输入设备为按键，操作面板12与微控制单元13的通讯采用CAN总线或SCI总线，微控制单元13将接收的温度检测电路16检测的温度信息、电流检测电路17检测的电流信息以及电压检测电路14检测的电压信息均转发至操作面板12。
[0026]本发明所述的矿用隔爆型三相稳压变压方法包括以下步骤:
[0027]I)三相交流电压经输入接口输入到整流电路I中，整流电路I将所述三相交流电压转换为脉动的直流电压，脉动的直流电压经直流母线电容滤除脉动分量后转换为标准的直流电压，并将所述标准的直流电压分别输入到U相逆变电路3、V相逆变电路4及W相逆变电路5中，U相逆变电路3根据SPWM调制控制方法将标准的直流电压转换为第一高频PWM电压，所述第一高频PWM电压经U相滤波器6滤波后输入到第一补偿变压器9的初级线圈中，第一补偿变压器9上次级线圈产生的补偿电压与输入接口上LI端的交流电压叠加后经输出接口的U端输出；V相逆变电路4根据SPWM调制控制方法将标准的直流电压转换为第二高频PWM电压，所述第二高频PWM电压经V相滤波器7滤波后输入到第二补偿变压器10的初级线圈中，第二补偿变压器10上次级线圈产生的补偿电压与输入接口上L2端的交流电压叠加后经输出接口的V端输出；w相逆变电路5根据SPWM调制方法将标准的直流电压转换为第三高频PWM电压，所述第三高频PWM电压经W相滤波器8滤波后输入到第三补偿变压器11的初级线圈中，第三补偿变压器11上次级线圈上产生的补偿电压与输入接口上L3端的交流电压叠加后经输出接口的W端输出；
[0028]2)电压检测电路14分别检测输入接口上LI端的第一电压信息、L2端的第二电压信息、L3端的第三电压信息以及输出接口上U端的第四电压信息、V端的第五电压信息及W端的第六电压信息，然后将所述第一电压信息、第二电压信息、第三电压信息、第四电压信息、第五电压信息及第六电压信息输入到微控制单元13中，微控制单元13根据所述第一电压信息判断输入接口上LI端的电压值是否小于LI端预设的最小额定电压值以及是否大于LI端预设的最大额定电压值，当输入接口上LI端的电压值小于LI端预设的最小额定电压值时，则产生第一 PWM波，所述第一 PWM波经隔离放大电路15光电隔离及幅值放大后输入到U相逆变电路3中，U相逆变电路3根据幅值放大后的第一 P丽波使第一补偿变压器9上产生的补偿电压的相位与输入接口上LI端交流电压的相位相一致，当输入接口上LI端的电压值大于LI端预设的最大额定电压值时，则产生第二 PWM波，所述第二 PWM波经隔离放大电路15光电隔离及幅值放大后输入到U相逆变电路3中，U相逆变电路3根据幅值放大后的第二 PWM波使第一补偿变压器9输出端的补偿电压的相位与输入接口上LI端交流电压的相位之间的相位差为180° ;微控制单元13根据所述第二电压信息判断输入接口上L2端的电压值是否小于L2端预设的最小额定电压值以及是否大于L2端预设的最大额定电压值，当输入接口上L2端的电压值小于L2端预设的最小额定电压值时，则产生第三PWM波，所述第三PWM波经隔离放大电路15光电隔离及幅值放大后输入到V相逆变电路4中，V相逆变电路4根据幅值放大后的第三PWM波使第二补偿变压器10上产生的补偿电压的相位与输入接口上L2端交流电压的相位相一致，当输入接口上L2端的电压值大于L2端预设的最大额定电压值时，则产生第四PWM波，所述第四PWM波经隔离放大电路15光电隔离及幅值放大后输入到V相逆变电路4中，V相逆变电路4根据幅值放大后的第四PWM波使第二补偿变压器10输出端的补偿电压的相位与输入接口上L2端交流电压的相位之间的相位差为 180° ；
[0029]微控制单元13根据所述第三电压信息判断输入接口上L3端的电压值是否小于L3端预设的最小额定电压值以及是否大于L3端预设的最大额定电压值，当输入接口上L3端的电压值小于L3端预设的最小额定电压值时，则产生第五PWM波，所述第五PWM波经隔离放大电路15光电隔离及幅值放大后输入到W相逆变电路5中，W相逆变电路5根据幅值放大后的第五PWM波使第三补偿变压器11上产生的补偿电压的相位与输入接口上L3端交流电压的相位相一致，当输入接口上L3端的电压值大于L3端预设的最大额定电压值时，则产生第六PWM波，所述第六PWM波经隔离放大电路15光电隔离及幅值放大后输入到W相逆变电路5中，W相逆变电路5根据幅值放大后的第六PWM波使第三补偿变压器11输出端的补偿电压的相位与输入接口上L3端交流电压的相位之间的相位差为180°:
[0030]同时，微控制单元13根据所述第四电压信息获取当前输出接口上U端电压幅值与U端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第一控制信号，并将第一控制信号输入到隔离放大电路15，隔离放大电路15根据所述第一控制信号调整U相逆变电路3输出的第一高频PWM电压的占空比使第一补偿变压器9输出的补偿电压的幅值与输入接口上LI端上交流电压的幅值叠加后等于U端预设电压幅值；微控制单元13根据所述第五电压信息获取当前输出接口上V端电压幅值与V端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第二控制信号，并将第二控制信号输入到隔离放大电路15，隔离放大电路15根据所述第二控制信号调整V相逆变电路4输出的第二高频PWM电压的占空比使第二补偿变压器10输出的补偿电压的幅值与输入接口上L2端上交流电压的幅值叠加后等于V端预设电压幅值；微控制单元13根据所述第六电压信息获取当前输出接口上W端电压幅值与W端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第三控制信号，并将第三控制信号输入到隔离放大电路15，隔离放大电路15根据所述第三控制信号调整W相逆变电路5输出的第三高频PWM电压的占空比使第三补偿变压器11输出的补偿电压的幅值与输入接口上L3端上交流电压的幅值叠加后等于W端预设电压幅值。
[0031]所述的隔爆外壳由钢板焊接制成，进线口和出线口均设计成喇叭形结构，操作面板12显示单元所在位置处的钢板由透明件代替，操作面板12键盘所在位置处安装按键。
[0032]电压检测电路14检测直流母线电容的电压，当用电设备为感性负载,如感应电动机，运行在能量回馈状态，直流母线电容受到负载回馈能量的充电作用，直流母线电压上升，当直流母线电压高于预设定值时，微控制单元13发出制动信号，开通制动电路2使直流母线电容放电，当直流母线电压下降到设定值时，微控制单元13封锁制动信号，关闭制动电路2，停止直流母线电容的放电。
【权利要求】
1.一种矿用隔爆型三相稳压变压装置，其特征在于，包括隔爆外壳，隔爆外壳内设有控制器、输入接口、整流电路(1)、直流母线电容，U相逆变电路(3)、V相逆变电路⑷、W相逆变电路(5)、U相滤波器出)、V相滤波器(7)、W相滤波器(8)、第一补偿变压器(9)、第二补偿变压器(10)、第三补偿变压器(11)及输出接口，输入接口的LI端、L2端及L3端均与整流电路⑴的输入端相连接，整流电路⑴的输出端与U相逆变电路(3)的输入端、V相逆变电路⑷的输入端及W相逆变电路(5)的输入端相连接，U相逆变电路(3)的输出端与U相滤波器出)的输入端相连接，V相逆变电路(4)的输出端与V相滤波器(7)的输入端相连接，W相逆变电路(5)的输出端与W相滤波器⑶的输入端相连接，U相滤波器(6)的输出端与第一补偿变压器(9)的初级线圈相连接，V相滤波器(7)的输出端与第二补偿变压器(10)的初级线圈相连接，W相滤波器(8)的输出端与第三补偿变压器(11)的初级线圈相连接，第一补偿变压器(9)上次级线圈的一端与输入接口上的LI端相连接，另一端与输出接口的U端相连接；第二补偿变压器(10)上次级线圈的一端与输入接口上的L2端相连接，另一端与输出接口的V端相连接；第三补偿变压器(11)上次级线圈的一端与输入接口的L3端相连接，另一端与输出接口的W端相连接，直流母线电容与整流电路(I)的输出端并联连接； 所述控制器包括操作面板(12)、微控制单元(13)、电压检测电路(14)及隔离放大电路(15)，电压检测电路(14)的输入端分别与输入接口及输出接口相连接，电压检测电路(14)的输出端与微控制单元(13)的输入端相连接，微控制单元(13)的输出端与隔离放大电路(15)的输入端相连接，隔离放大电路(15)的输出端分别与U相逆变电路(3)的控制端、V相逆变电路⑷的控制端及W相逆变电路(5)的控制端相连接，操作面板(12)与微控制单元(13)相连接。
2.根据权利要求1所述的矿用隔爆型三相稳压变压装置，其特征在于，还包括制动电路⑵，制动电路⑵的输入端整流电路⑴的输出端相连接，制动电路⑵的输出端分别与U相逆变电路(3)的输入端、V相逆变电路(4)的输入端及W相逆变电路(5)的输入端相连接，直流母线电容的两端与电压检测电路(14)相连接，制动电路(2)的控制端与隔离放大电路(15)的输出端相连接。
3.根据权利要求1所述矿用隔爆型三相稳压变压装置，其特征在于，所述U相滤波器(6)、V相滤波器(7)及W相滤波器(8)均由电感及电容并联组成，其中，电感为通过高频铁芯制成的高频滤波电感，电容为无极性电容，U相滤波器(6)的截止频率、V相滤波器(7)的截止频率及W相滤波器(8)的截止频率均为300Hz。
4.根据权利要求1所述矿用隔爆型三相稳压变压装置，其特征在于，还包括电流检测电路(17)以及用于检测U相逆变电路(3)内功率模块温度、V相逆变电路(4)内功率模块温度以及W相逆变电路(5)内功率模块温度的温度检测电路(16)，电流检测电路(17)的输入端与输出接口相连接，电流检测电路(17)的输出端与微控制单元(13)的输入端相连接。
5.根据权利要求1所述矿用隔爆型三相稳压变压装置，其特征在于，所述操作面板(12)与微控制单元(13)通过CAN总线或SCI总线相连接。
6.根据权利要求1所述矿用隔爆型三相稳压变压装置，其特征在于，所述第一补偿变压器(9)上初级绕组与次级绕组的匝数之比等于第二补偿变压器10上初级绕组与次级绕组的匝数之比以及第三补偿变压器11上初级绕组与次级绕组的匝数之比。
7.根据权利要求1所述矿用隔爆型三相稳压变压装置，其特征在于，所述隔爆外壳由钢板焊接而成。
8.一种矿用隔爆型三相稳压变压方法，基于权利要求1所述的装置，其特征在于，包括以下步骤: . 1)三相交流电压经输入接口输入到整流电路(I)中，整流电路(I)将所述三相交流电压转换为脉动的直流电压，脉动的直流电压经直流母线电容滤除脉动分量后转换为标准的直流电压，并将所述标准的直流电压分别输入到U相逆变电路(3)、V相逆变电路(4)及W相逆变电路(5)中，U相逆变电路(3)根据SPWM调制控制方法将标准的直流电压转换为第一高频PWM电压，所述第一高频PWM电压经U相滤波器(6)滤波后输入到第一补偿变压器(9)的初级线圈中，第一补偿变压器(9)上次级线圈产生的补偿电压与输入接口上LI端的交流电压叠加后经输出接口的U端输出；V相逆变电路(4)根据SPWM调制控制方法将标准的直流电压转换为第二高频PWM电压，所述第二高频PWM电压经V相滤波器(7)滤波后输入到第二补偿变压器(10)的初级线圈中，第二补偿变压器(10)上次级线圈产生的补偿电压与输入接口上L2端的交流电压叠加后经输出接口的V端输出；W相逆变电路(5)根据SPWM调制方法将标准的直流电压转换为第三高频PWM电压，所述第三高频PWM电压经W相滤波器(8)滤波后输入到第三补偿变压器(11)的初级线圈中，第三补偿变压器(11)上次级线圈上产生的补偿电压与输入接口上L3端的交流电压叠加后经输出接口的W端输出； .2)电压检测电路(14)分别检测输入接口上LI端的第一电压信息、L2端的第二电压信息、L3端的第三电压信息以及输出接口上U端的第四电压信息、V端的第五电压信息及W端的第六电压信息，然后将所述第一电压信息、第二电压信息、第三电压信息、第四电压信息、第五电压信息及第六电压信息输入到微控制单元(13)中，微控制单元(13)根据所述第一电压信息判断输入接口上LI端的电压值是否小于LI端预设的最小额定电压值以及是否大于LI端预设的最大额定电压值，当输入接口上LI端的电压值小于LI端预设的最小额定电压值时，则产生第一 PWM波，所述第一 PWM波经隔离放大电路(15)光电隔离及幅值放大后输入到U相逆变电路(3)中，U相逆变电路(3)根据幅值放大后的第一 PWM波使第一补偿变压器(9)上产生的补偿电压的相位与输入接口上LI端交流电压的相位相一致，当输入接口上LI端的电压值大于LI端预设的最大额定电压值时，则产生第二 PWM波，所述第二 PWM波经隔离放大电路(15)光电隔离及幅值放大后输入到U相逆变电路(3)中，U相逆变电路(3)根据幅值放大后的第二 PWM波使第一补偿变压器(9)输出端的补偿电压的相位与输入接口上LI端交流电压的相位之间的相位差为180° ;微控制单元(13)根据所述第二电压信息判断输入接口上L2端的电压值是否小于L2端预设的最小额定电压值以及是否大于L2端预设的最大额定电压值，当输入接口上L2端的电压值小于L2端预设的最小额定电压值时，则产生第三PWM波，所述第三PWM波经隔离放大电路(15)光电隔离及幅值放大后输入至IjV相逆变电路(4)中，V相逆变电路(4)根据幅值放大后的第三PWM波使第二补偿变压器(10)上产生的补偿电压的相位与输入接口上L2端交流电压的相位相一致，当输入接口上L2端的电压值大于L2端预设的最大额定电压值时，则产生第四PWM波，所述第四PWM波经隔离放大电路(15)光电隔离及幅值放大后输入到V相逆变电路(4)中，V相逆变电路(4)根据幅值放大后的第四PWM波使第二补偿变压器(10)输出端的补偿电压的相位与输入接口上L2端交流电压的相位之间的相位差为180° ；微控制单元(13)根据所述第三电压信息判断输入接口上L3端的电压值是否小于L3端预设的最小额定电压值以及是否大于L3端预设的最大额定电压值，当输入接口上L3端的电压值小于L3端预设的最小额定电压值时，则产生第五PWM波，所述第五PWM波经隔离放大电路(15)光电隔离及幅值放大后输入到W相逆变电路(5)中，W相逆变电路(5)根据幅值放大后的第五PWM波使第三补偿变压器(11)上产生的补偿电压的相位与输入接口上L3端交流电压的相位相一致，当输入接口上L3端的电压值大于L3端预设的最大额定电压值时，则产生第六PWM波，所述第六PWM波经隔离放大电路(15)光电隔离及幅值放大后输入到W相逆变电路(5)中，W相逆变电路(5)根据幅值放大后的第六PWM波使第三补偿变压器(11)输出端的补偿电压的相位与输入接口上L3端交流电压的相位之间的相位差为180。； 同时，微控制单元(13)根据所述第四电压信息获取当前输出接口上U端电压幅值与U端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第一控制信号，并将第一控制信号输入到隔离放大电路(15)，隔离放大电路(15)根据所述第一控制信号调整U相逆变电路(3)输出的第一高频PWM电压的占空比使第一补偿变压器(9)输出的补偿电压的幅值与输入接口上LI端上交流电压的幅值叠加后等于U端预设电压幅值；微控制单元(13)根据所述第五电压信息获取当前输出接口上V端电压幅值与V端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第二控制信号，并将第二控制信号输入到隔离放大电路(15)，隔离放大电路(15)根据所述第二控制信号调整V相逆变电路(4)输出的第二高频PWM电压的占空比使第二补偿变压器(10)输出的补偿电压的幅值与输入接口上L2端上交流电压的幅值叠加后等于V端预设电压幅值；微控制单元(13)根据所述第六电压信息获取当前输出接口上W端电压幅值与W端预设电压幅值之间的差值，然后根据所述差值产生第三控制信号，并将第三控制信号输入到隔离放大电路(15)，隔离放大电路(15)根据所述第三控制信号调整W相逆变电路(5)输出的第三高频PWM电压的占空比使第三补偿变压器(11)输出的补偿电压的幅值与输入接口上L3端上交流电压的幅值叠加后等于W端预设电压幅值。
【文档编号】H02M5/40GK103944407SQ201410155182
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】王青山, 杜锦华, 梁得亮, 董跃进 申请人:西安交通大学, 山东容力达矿用电器设备有限公司