一种基于单相逆变的电压跟踪保持器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于单相逆变的电压跟踪保持器，属电网电压保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 保证接触器不脱扣，防止晃电在整个工厂运行中占相当重要的地位，良好的防晃 电装置不仅可以保证负载运行的可靠性和稳定性，而且能够提高电力系统运行的经济性。 ±12
[0003] 防晃电技术的提高应从两方面着手，一是晃电判断，二是电源切换电路结构。目前 采用的晃电判断算法多为基于正弦函数模型的算法，如果被测波形存在少量的畸变或偏移 都将导致测量误差，同时算法求解过程复杂，控制芯片运算过程中需要耗费较长时间，阈值 的设定没有可靠的理论基础，对调试者的经验依靠度大，可能出现同一系统在本地使用情 况良好，在其他地方误动作较多。对于电源切换电路结构，现在市场上流行的多为继电器结 构的防晃电装置，但是这种类型的防晃电装置在切换过程中会出现断流状况，导致接触器 脱扣。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是，针对现有防晃电技术存在的不足，本发明提供一种基于单相逆 变的电压跟踪保持器。
[0005] 本发明的技术方案是，本发明一种基于单相逆变的电压跟踪保持器包括采样与控 制模块、储能模块和逆变模块。
[0006] 所述采样与控制模块，用于将220V电网交流电压转换为单片机主控单元的正向电 压，将220V电网交流电压的相位以高低电平的形式输入单片机主控单元。
[0007] 所述储能模块，用于实现对超级电容的充电，超级电容放电时将电流输出至高频 PWM波输出电路。
[0008] 逆变模块，用于双向可控硅无隙换流切换主电路再切换回220V电网供电，实现交 流供电与直流供电之间的平滑切换，即无隙换流。
[0009] 所述采样与控制模块包括市电电压幅值检测采样电路、220V电网电压电流相位采 样电路、负载电压电流检测电路和单片机主控单元；
[0010] 所述储能模块包括整流模块、直流降压模块、电源双向选择电路、电池智能充放电 电路、高频PWM波发生电路和高频变压器输出电路；
[0011] 所述逆变电路包括驱动电路和逆变器切换主电路。
[0012] 所述市电电压幅值检测采样电路的输入端、220V电网电压电流相位采样电路的输 入端、整流模块的输入端分别连接至220V电网；市电电压幅值检测采样电路的输出端连接 单片机主控单元的AD采样端口； 220V电网电压电流相位采样电路的输出端连接单片机主控 单元的电压电流相位采样端口；整流模块的一路输出端通过直流降压模块电路连接单片机 主控单元的芯片供电端口；整流模块的另一路输出端连接电源双向选择电路的输入端；电 源双向选择电路的输出端连接高频变压器输出电路的输入端，另一个输入端连接电池智能 充放电电路；电池智能充放电电路一端连接电池，另一端连接单片机控制端口和电池电量 监测端口；电源双向选择电路的输出端连接高频PffM波发生电路，高频PWM波发生电路的输 出端再连接高频变压器输出电路的输入端;高频变压器输出电路的输出端连接逆变器切换 主电路的输入端;逆变器切换主电路的输出端连接驱动电路。
[0013] 所述市电电压幅值检测采样电路用于将220V电网的220V正弦交流电压转换为单 片机主控单元能接收的恒为正相的电压，使得220V正弦交流电压的相位为正或负时单片机 主控单元均能实时监测到220V电网电压变化。
[0014] 所述220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将逆变器切换主电路 的电流相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样 电路将220V电网电压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中。
[0015] 所述单片机主控单元用于根据市电电压幅值检测采样电路的采样信号监测220V 电网是否发生晃电：在220V电网发生晃电时，根据220V电网电压电流相位采样电路传来的 信号判断此时电流相位，并关断逆变器切换主电路中交流可控硅晶闸管，开启与当前电流 相位对应的直流可控硅晶闸管;在220V电网电压恢复正常时，关断逆变器切换主电路中的 直流可控硅晶闸管，开启与当前电流相位对应的交流可控硅晶闸管。
[0016] 所述负载电压电流检测电路用来采集负载上的电压电流值，从而在控制程序中设 定主电路回切的时长。
[0017] 所述整流模块的作用是将220V的电网电压整成电压值为5V的直流电压;所述直流 降压模块电路的作用是将5V直流电压降至单片机可承受的3.3V;所述电源双向选择电路用 于选择是由市电220V供电，还是由电池供电，选择控制信号由单片机发出；所述电池智能充 放电电路用于给电池充电，保证电池始终处于满电状态；同时监测电池电量，当电池电量过 低时发出报警信号。
[0018] 所述高频PffM发生电路通过调节产生的PffM波的占空比来控制高频PWM发生电路中 MOS管的导通与关断时间，形成闭环调节，使高频变压器输出电路输出稳定的±12V电源和 具有载波性质的电源;所述高频变压器输出电路用于输出具有载波性质的直流电源VDD和 ±12V 电源 VEE。
[0019] 所述驱动电路包括继电器开关量控制信号驱动隔离模块、双向可控硅控制信号驱 动隔离模块;继电器开关量控制信号驱动隔离模块用于实现继电器开关量控制信号与单片 机主控单元的驱动信号间的电气隔离，从而完成对逆变器切换主电路中继电器的驱动;双 向可控硅控制信号驱动隔离模块用于驱动逆变器切换主电路中的交流可控硅晶闸管和直 流可控硅晶闸管。
[0020] 所述逆变器切换主电路完成220V电网与备用电源，即电源模块的切换：当单片机 主控单元监测到220V电网发生晃电时，逆变器切换主电路在单片机主控单元的指令下快速 完成电源切换动作，切换至备用电源为负载提供稳定电压；当220V电网恢复正常工作时，逆 变器切换主电路再切换回220V电网供电，从而实现交流供电与直流供电之间的平滑切换， 即无隙换流。
[0021] 所述基于单相逆变的电压跟踪保持装置的控制方法，包括以下步骤：
[0022] (1)负载电压电流检测电路采集负载上的电压电流相位，并输入到单片机主控单 元中，从而设定逆变器切换主电路回切的时长；
[0023] (2)市电电压幅值检测采样电路将220V电网的220V正弦交流电压转换为单片机主 控单元能接收的恒为正相的电压，输出至单片机主控单元；
[0024] (3)220V电网电压电流相位采样电路通过霍尔电流传感器将电网电流相位以高低 电平的形式输入到单片机主控单元中，同时220V电网电压电流相位采样电路将220V电网电 压的相位以高低电平的形式输入到单片机主控单元中；
[0025] (4)市电220V电压通过整流模块后转换成5V直流电并送入电源双向选择电路，同 时整流模块通过直流降压模块将5V直流电压降成3.3V给单片机主控单元供电，单片机主控 单元控制储能电路给超级电容快速充电，当超级电容电压值达到单片机主控单元设定值 时，停止充电；
[0026] (5)四个Mos管搭建全桥逆变电路，通过控制芯片输出的SP丽信号控制四个Mos管 的开通与关断将高压直流逆变为正弦交流；
[0027] (6)根据市电电压幅值检测采样电路的采样信号监测220V电网是否发生晃电：若 220V电网的电压低于标准电压的80%，则判定220V电网发生晃电，执行下一步；否则，返回 步骤(1);
[0028] (7)单片机主控单元根据220V电网电压电流相位采样电路传来的信号判断此时电 压电流相位，给出使能信号，逆变器切换主电路能在控制器的指令下快速完成切换动作，为 交流接触器提供稳定电源。为保证交流接触器不脱扣，需要该动作时间尽可能短。
[0029] 本发明的有益效果是，本发明采用交流采样技术实现对电网正弦电压幅值的采样 以及对电压电流相位的采样，同时将负相电压转换为正相，将幅值相应的减小至单片机主 控单元可承受的范围。本发明采用的改进型双闭环控制算法能很好的解决电压跟踪精确度 问题。通过分析电压状态，触发电网电压跟踪保持器逆变输出正弦电压，保持交流接触器持 续吸合，克服短时电能质量差的问题，保障工业过程中设备的连续稳定运行。本发明采用旁 路式结构将继电器接入电路中，不改变接触器的结构，不影响接触器的正常工作，不存在冲 击问题，对任何接触器都具有通用性，降低成本且提高系统可靠性，减少了故障点。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明【具体实施方式】的单相逆变的电压跟踪保持器结构框图；
[0031 ]图2为本发明【具体实施方式】的主电路拓扑结构图；
[0032] 图3为本发明【具体实施方式】的系统总体结构图；
[0033] 图4为本发明【具体实施方式】