一种新型三相电子电力调压器

1.本实用新型涉及一种交流电源装置，具体为一种数控型带电气隔离保护的三相电子电力调压器。


背景技术：

2.传统的三相交流调压器多采用晶闸管控制导通角的方式来进行调压，但该方式受晶闸管本身的特性和晶闸管导通角范围的局限性大，晶闸管一旦导通就不能自行关断，晶闸管需要设置强迫关断，对于晶闸管导通角来说导通角度存在较大的范围限制，尤其是当导通角在120-150
°
时，输出电压出现严重的畸变，存在较大的thd值，导致晶闸管调压方式存在较大的缺陷和局限性；
3.由此，本实用新型提出一种新型三相电子电力调压器，突破以往传统的三相晶闸管调压方式对强迫关断电路的需求以及晶闸管导通角范围小的局限性，力求调压过程具有更快的动态响应，更好地输出电压波形质量，所输出给负载的电压thd足够小，且带有电气隔离环节，使装置的安全性进一步提升。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于解决现有的三相交流调压器采用晶闸管控制导通角的方式来进行调压，但晶闸管一旦导通就不能自行关断和晶闸管导通角度存在较大范围限制的问题，以提供一种响应快、精度高、电压质量好、安全性能高且控制简单地数控型三相电子电力调压器。
5.本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种新型三相电子电力调压器，包括依次电性相连的三相不可控整流电路、高频逆变电路、高频升压变压器、不控整流电路、buck调压电路和三相桥式逆变器，所述buck调压电路与buck检测电路电性连接，所述buck检测电路与单片机电性连接，所述buck调压电路与buck调压驱动电路电性连接，所述buck调压驱动电路与单片机电性连接，所述三相桥式逆变器与三相桥式逆变驱动电路电性连接，所述三相桥式逆变驱动电路与单片机电性连接，所述三相桥式逆变器与三相桥式逆变检测电路电性连接，所述三相桥式逆变检测电路与单片机电性连接，所述单片机与单片机接收键盘电性连接。
7.本实用新型的进一步技术改进在于：所述单片机包括依次电性相连的接口电路、保护电路、数模转换器和单片机控制芯片。
8.本实用新型的进一步技术改进在于：所述单片机控制芯片为stm32f103zet6。
9.本实用新型的进一步技术改进在于：所述高频逆变电路为高频全桥逆变电路，所述高频逆变电路包括高频全桥隔离驱动芯片和控制开关管的高频全桥控制芯片。
10.本实用新型的进一步技术改进在于：所述高频逆变电路的高频逆变控制芯片为ucc3895。
11.本实用新型的进一步技术改进在于：所述高频升压变压器的变比为1：n(n》1)。
12.本实用新型的进一步技术改进在于：所述不控整流电路为二极管不控全桥整流桥。
13.本实用新型的进一步技术改进在于：所述buck调压电路内含调压隔离驱动芯片。
14.本实用新型的进一步技术改进在于：所述三相桥式逆变器内含逆变隔离驱动芯片。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.1、本实用新型在使用时，选用高频隔离式全桥拓扑结构，该拓扑结构在整个电源中起到升压与隔离保护的作用，采用stgb15h60df作为主开关管，由高频全桥控制芯片提供固定带有死区的驱动信号，从而实现能量在变压器一次侧到二次侧的传递，并将驱动高频隔离式全桥的功率开关管的功能集成在一起，配合合理的外围驱动电路，提供高达数百千赫兹的驱动信号，从而驱动开关管，满足无需强迫关断电路的需求，且带有电气隔离环节，使装置的安全性进一步提升；
17.2、通过控制buck调压电路的buck电路开关占空比控制buck调压电路的输出电压，并由单片机产生固定调制比，进一步调节三相桥式逆变器交流输出电压，将前级可变直流转变为对应大小的交流，使调压过程具有更快的动态响应，输出更高质量的电压波形；
18.3、升压时，电源在刚启动时有一个超调，超调在两个周期后下降为给定需求电压，校正后的波形高度正弦，谐波率低，电压值精准，调压速度快，具有良好的性能；
19.4、降压时，电源电压经过两个周期即可达到设定值，且波形高度正弦，谐波率低，电压值精准，调压速度快，具有良好的性能。
附图说明
20.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
21.图1为本实用新型三相电子电力调压器的原理框架图；
22.图2为本实用新型单片机的内部模块示意图；
23.图3为本实用新型的高频逆变电路的一次侧高频逆变电路的原理图；
24.图4为本实用新型的buck调压电路与逆变电路的原理图；
25.图5为本实用新型的电源升压调压波形图；
26.图6为本实用新型的电源降压调压波形图；
27.图中：1、三相不可控整流电路；2、高频逆变电路；3、高频升压变压器；4、不控整流电路；5、buck调压电路；6、三相桥式逆变器；7、单片机；8、buck检测电路；9、buck调压驱动电路；10、三相桥式逆变驱动电路；11、三相桥式逆变检测电路；12、接口电路；13、保护电路；14、数模转换器；15、单片机控制芯片；16、单片机接收键盘。
具体实施方式
28.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.请参阅图1-2所示，一种新型三相电子电力调压器，包括依次电性相连的三相不可
控整流电路1、高频逆变电路2、高频升压变压器3、不控整流电路4、buck调压电路5和三相桥式逆变器6，高频逆变电路2包括高频全桥隔离驱动芯片和控制开关管的高频全桥控制芯片，高频逆变电路2的电路方波生成采用移相全桥的控制方式，高频全桥控制芯片型号为ucc3895，高频全桥隔离驱动芯片的型号为ir2110，高频升压变压器3的变比为1：n(n》1)，不控整流电路4为二极管不控全桥整流桥，buck调压电路5内含调压隔离驱动芯片，调压隔离驱动芯片型号为1edc0512ah，三相桥式逆变器6内含逆变隔离驱动芯片，逆变隔离驱动芯片型号为6ed2230s12t；
30.buck调压电路5与buck检测电路8电性连接，buck检测电路8与单片机7电性连接，buck调压电路5与buck调压驱动电路9电性连接，buck调压驱动电路9与单片机7电性连接，三相桥式逆变器6与三相桥式逆变驱动电路10电性连接，三相桥式逆变驱动电路10与单片机7电性连接，三相桥式逆变器6与三相桥式逆变检测电路11电性连接，三相桥式逆变检测电路11与单片机7电性连接，单片机7与单片机接收键盘16电性连接，单片机7包括依次电性相连的接口电路12、保护电路13、数模转换器14和单片机控制芯片15，单片机控制芯片15的型号为stm32f103zet6；
31.首先工频三相交流电经过三相不可控整流电路1并经过滤波环节后变为稳定的直流，经高频逆变电路2将直流电变为频率为10khz的高频方波交流电，再经过高频升压变压器3升压，然后通过不控整流电路4经桥式整流环节整流为直流，经频率为10khz的buck调压电路5调压，调压后输出的直流电压为经三相桥式逆变器6输出交流电压的倍，m为三相桥式逆变器6的调制比，最后通过三相桥式逆变器6得到所需要的交流电压，buck调压电路5的占空比由单片机7根据输入的电压需求值确定并控制，占空比依据buck检测电路8的采样值与需求值的差确定，并通过buck调压驱动电路9实时调节以达到目标值，同时单片机7产生固定调制比以双极性spwm的方式来驱动三相桥式逆变器6工作；
32.请参阅图3所示，高频逆变电路2选用高频隔离式全桥拓扑结构，该拓扑结构在整个电源中起到升压与隔离保护的作用，因变压器体积与开关频率成反比，故采用高频变压器可以大大减小设备的体积，采用stgb15h60df作为主开关管，由高频全桥控制芯片提供固定带有死区的驱动信号，从而实现能量在变压器一次侧到二次侧的传递，对于数字控制系统，功率电路的开关对其存在较大的干扰，型号为ir2110的高频全桥隔离驱动芯片将用于驱动高频隔离式全桥的功率开关管的功能集成在一起，配合合理的外围驱动电路，就可以提供高达数百千赫兹的驱动信号，从而驱动开关管；
33.请参阅图4所示，为buck调压电路5与逆变电路的原理图，buck调压电路5是整个装置控制的核心位置，通过控制buck调压电路5的buck电路开关占空比来控制buck调压电路5的输出电压，并由单片机7产生固定调制比，进一步调节三相桥式逆变器6交流输出电压，将前级可变直流转变为对应大小的交流；
34.请参阅图5所示，为电源升压过程波形图，初始电压有效值设为28v，在0.1s时刻开始升压至212v，电源在刚启动与升压时，波形有轻微畸变，且有一个超调，波形畸变在一个周期内就可以校正，超调在两个周期后下降为给定需求电压，校正后的波形高度正弦，谐波率低，电压值精准，调压速度快，具有良好的电学性能；
35.请参阅图6所示，为电源降压过程波形，电压初始有效值为212v，在0.1s时刻开始降压至28v，电源电压经过了两个周期即可达到设定值，且波形高度正弦，谐波率低，电压值
精准，调压速度快，具有良好的电学性能。
36.工作原理：本实用新型在使用时，首先工频三相交流电经过三相不可控整流电路1并经过滤波环节后变为稳定的直流，经高频逆变电路2将直流电变为频率为10khz的高频方波交流电，再经过高频升压变压器3升压，然后通过不控整流电路4经桥式整流环节整流为直流，经频率为10khz的buck调压电路5调压，调压后输出的直流电压为经三相桥式逆变器6输出交流电压的倍，m为三相桥式逆变器6的调制比，最后通过三相桥式逆变器6得到所需要的交流电压，buck调压电路5的占空比由单片机7根据输入的电压需求值确定并控制，占空比依据buck检测电路8的采样值与需求值的差确定，并通过buck调压驱动电路9实时调节以达到目标值，同时单片机7产生固定调制比以双极性spwm的方式来驱动三相桥式逆变器6工作，最终输出到用电负载上。
37.以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。