专利名称：远端变负载的自动稳压调节电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种自动稳压调节电源，尤其涉及一种可实现远端变负载的自动稳压调节电源，属于测量控制工程领域。
背景技术：
由于煤气管道机器人系统工作环境十分恶劣，系统总体上采用有缆式，信息和电力采用同一根缆线传输，该环境下管道机器人系统的供电需要通过该电缆线长距离(通常为1至2km)可靠传输。由于电缆线距离过长，线上等效电阻无法被忽略，导致负载发生变化时，处在远端的煤气管道机器人供电电压就会大幅变化，导致机器人无法正常稳定地工作。
目前，常用的调压器有感应调压器和可控硅调压器两大类，感应调压器是传统的电磁感应式，而可控硅调压器是随着电子技术发展而出现的。
感应调压器实质上就是静止的三相绕线式异步电动机，利用定、转子的相位差随定、转子的相对位置而变的关系来调节输出电压，其输出为一完整的正弦波，调压时需借助电机(或手轮)、蜗杆等机构来实现，故障率高。感应式调压器体积大，要消耗大量的钢材和铜材，损耗高(铁损及铜损)，需要配备专用的散热风扇，一旦主回路故障，检修难度较大，且需建专用调压器室来安装。感应式调压器没有接入电流反馈，从而无法根据电流反馈而自动调节输出电压，不能应用于自动稳压。由于感应式调压器的响应速度非常慢，对于主回路有滞后效应，不适用于实时性要求很高的煤气管道机器人远距离稳压。
可控硅调压的实质则是通过控制可控硅的导通与关断来实现，其触发频率与主电路频率相同，触发电路为移相电路，通过改变触发脉冲的发出时间来控制可控硅的导通角，从而改变输出电压的有效值，达到调压的目的，其输出电压波形为不连续的波。可控硅调压比较简单，使用很灵活，但也有许多不利因素，例如，它用于电阻性负载、感性负载在一定的导通角时，有可能造成可控硅的不导通。此外，可控硅的输出为不连续的波形，有的时候会形成尖峰脉冲干扰，若应用于机器人的稳压，尖峰脉冲会带给机器人带来巨大的冲击，不但影响机器人正常工作，还会减少机器人的寿命。
综上所述，常用的感应式调压器和可控硅调压器均不适用于煤气管道机器人远端稳压系统。由于机器人在不同的动作时，流经机器人的电流会发生变化，而要求加载在机器人两端的电压保持稳定。由于电力传输电缆有1000米以上，等效电阻不能被视作零欧姆，导致导线上的电压降不能被忽略，导线上的压降最大有70伏特。必须采取措施补偿这个压降的变化，使机器人工作于稳定的电压下，这个稳定电压为(110±10％)V。由此可见，自动调节电源，是远端机器人正常工作的首要保障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种远端变负载的自动稳压调节电源，可应用于任何变负载的稳压场合，以实现变负载的稳定可靠供电。
为实现这样的目的，本发明提供的远端变负载的自动稳压调节电源主要包括电流反馈模块、电压反馈模块以及调节电源模块。
电压反馈模块包括电压传感器和电压反馈变换回路，电压传感器并行接入调节电源模块的输出保护电路，进行电压采样，电压传感器的输出同电压反馈变换回路相连，电压反馈回路的另一端(输出)同调节电源模块的输入输出接口模块相连。
电流反馈模块包括电流传感器和电流反馈变换回路。电流传感器串行接入调节电源模块的输出保护电路，电流传感器的输出同电流变换回路(即匹配电路)相连，电流反馈回路的另一端(微处理器)同调节电源模块的输入输出接口模块相连。其中电流反馈回路由匹配电路、全波整流电路、滤波器、A/D变换和微处理器前后串连。
调节电源模块的输入/输出接口同比例积分微分(PID)调节模块和微处理器相连，同时比例积分微分(PID)调节模块和微处理器也相连，微处理器同绝缘门栅极双极晶体管(IGBT)驱动模块相连，IGBT驱动模块包括输出保护电路。
实现远端可变负载稳压的自动调节过程为本发明的自动稳压调节电源接入供电电源，调节电源通过长距离动力电缆线与远端变负载的终端相连接，启动远端可变负载稳压的自动调节电源，电流传感器和电压传感器分别检测远端负载的实时电流和电压；微处理器根据设定的采样周期、将变动的电流和电压信号经信号匹配、整流和滤波，送入模/数(A/D)转换器；微处理器读取A/D转换器的电流数据，通过PID调节模块，生成脉宽调制(PWM)波去控制IGBT驱动模块；IGBT产生与电流传感器和电压传感器采样的远端负载的实时电流和电压相对应的稳定输出，实现稳压功能；IGBT驱动模块的输出经过包括过流和过压保护的输出保护电路，通过长距离电缆线连接远端负载，提供稳定的电源。
本发明具有实质特点和显著进步，不管远端负载如何变动，通过自动稳压调节电源内部的电流测量与反馈、电压测量与反馈、PID调节器和IGBT功率驱动，均能够保持远端变负载稳压的输入电压恒定；通过PWM实现调压，输出电压为完整的正弦波，对电网及邻近电器设备无干扰，属于环保型调压装置，能匹配各种阻抗形式的远端负载；输出保护电路内部设有过流、过热和短路保护，增强工作可靠性，使用寿命长。本发明可实现实时对变负载远端装置的稳定供电，与目前国内外的稳压电源、即感应调压器和可控硅调压器设备相比，更先进、更完善。
本发明响应速度快、实时性强，最快响应速度可达0.01ms；高精度的纯正弦波输出，能匹配各种阻抗形式的负载；驱动功率大，最大可达100A。本发明可广泛应用到需要远端可变负载稳压的其它各种场合。
图1为本发明远端变负载的自动稳压调节电源总体原理框图。
如图1所示，本发明主要包括电流反馈模块、电压反馈模块、调节电源模块，通过长距离动力电缆线与远端可变负载的终端相连接。
图2为本发明远端变负载的自动稳压调节电源组成结构图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明的远端变负载的自动稳压调节电源原理框图如图1所示，主要包括电流反馈模块、电压反馈模块、调节电源模块。电压反馈模块包括电压传感器和电压反馈变换回路，电压传感器接入调节电源模块的输出端，进行电压采样，电压传感器的输出同电压反馈变换回路相连，电压反馈回路的输出端同调节电源模块的输入输出接口模块相连。电流反馈模块包括电流传感器和电流反馈变换回路。电流传感器串行接入调节电源模块的输出保护电路，电流传感器的输出经电流反馈变换回路与调节电源模块的输入输出接口模块相连。调节电源模块的输出通过长距离动力电缆线与远端可变负载的终端相连接。由于电力传输电缆有1000米以上，等效电阻不能被视作零欧姆，图1中，R1、R2为电缆等效电阻。
本发明的自动稳压调节电源具体组成结构如图2所示，包括电流反馈模块、电压反馈模块、调节电源模块。电压反馈模块包括电压传感器和电压反馈变换回路；电流反馈模块包括电流传感器和电流反馈变换回路，其中电流反馈回路由匹配电路、全波整流电路、滤波器、A/D转换和微处理器前后串接组成。调节电源模块包括输入/输出接口模块、比例积分微分(PID)调节模块、微处理器、绝缘门栅极双极晶体管(IGBT)驱动模块以及输出保护电路。
电压传感器接入调节电源模块的输出保护电路的输出端，进行电压采样，电压传感器的输出同电压反馈变换回路相连，电压反馈变换回路的输出端同调节电源模块的输入输出接口模块相连。调节电源模块的输入/输出接口同比例积分微分(PID)调节模块和微处理器相连，同时比例积分微分(PID)调节模块和微处理器也相连，微处理器同绝缘门栅极双极晶体管(IGBT)驱动模块相连，IGBT驱动模块包括输出保护电路，输出保护电路的输出通过长距离动力电缆线与远端可变负载的终端相连接。
电流传感器串行接入调节电源模块的输出保护电路，从长距离动力电缆线上检测实时电流，电流传感器的输出经依次串接的电流反馈变换回路中的匹配电路、全波整流电路、滤波器、A/D转换和微处理器，与调节电源模块的输入输出接口模块相连，为调节电源模块提供电流反馈。
在本发明的一个实施例中，实现远端可变负载稳压的自动调节过程为控制端(近端)的自动稳压调节电源机箱接入220V供电电源，并通过长距离动力电缆线与远端变负载的终端相连接；启动可变负载稳压的自动调节电源。自动调节电源模块输出电压U2，R1、R2为1000米导线的等效电阻，大小分别为3.5Ω，U2经过等效电阻R1、R2，产生一定的压降，加载到机器人两端的电压为U3，U3即为机器人(可变负载)的工作电压。在调节电源的输出端，接上一个电流传感器，检测导线上的电流，并将此电流转换为对应的电压信号，送至电流测量反馈模块，由电流测量反馈模块对此电压信号进行处理，包括信号匹配、整流和滤波，送入A/D转换器，微处理器读取A/D转换器的电流数据，通过PID调节模块，变换成为电源模块可以接受的控制信号，即生成脉宽调制(PWM)波输出到IGBT驱动电路，IGBT为功率开关器件，然后经过输出保护电路，实现过压过流保护。
例如，机器人的正常工作电压为110V，可以达到的最大工作电流为10A。若没有此稳压系统，直接用220V电源电压长距离供电，使机器人在一般状态下的工作电压为110V，在机器人动作变化，工作电流最大达到10A时，电源损耗在导线上的最大压降达到70V，机器人两端的电压将骤降，机器人端压的最大波动率达到63.6％，电压最大损耗率达到31.8％，这在工程中是不允许的，大大超出了机器人端压10％波动率的要求。而本发明调节电源模块的输出，为实时电流的反馈信号经过处理所控制，可以补偿导线上的压降。因此，无论机器人何种工作动作，负载电流的多少，加载到远端机器人电压都是机器人的正常工作所需的110V电压，波动率在±10％以内，实现远端机器人变负载的自动稳压、稳流调节，为机器人稳定供电。
权利要求
1.一种远端变负载的自动稳压调节电源，其特征在于包括电流反馈模块、电压反馈模块、调节电源模块，电压反馈模块包括电压传感器和电压反馈变换回路，电流反馈模块包括电流传感器和电流反馈变换回路，其中电流反馈回路由匹配电路、全波整流电路、滤波器、A/D转换和微处理器依次串接组成，调节电源模块包括输入/输出接口模块、比例积分微分PID调节模块、微处理器、绝缘门栅极双极晶体管IGBT驱动模块以及输出保护电路，电压传感器并行接入调节电源模块的输出保护电路的输出端，进行电压采样，电压传感器的输出同电压反馈变换回路相连，电压反馈变换回路的输出端同调节电源模块的输入输出接口模块相连，调节电源模块的输入/输出接口同比例积分微分调节模块和微处理器相连，同时比例积分微分调节模块和微处理器也相连，微处理器同IGBT驱动模块相连，IGBT驱动模块中输出保护电路的输出通过长距离动力电缆线与远端可变负载的终端相连接；电流传感器串行接入调节电源模块的输出保护电路，从长距离动力电缆线上检测实时电流，其输出经依次串接的电流反馈变换回路中的匹配电路、全波整流电路、滤波器、A/D转换和微处理器，与调节电源模块的输入输出接口模块相连，为调节电源模块提供电流反馈。
全文摘要
一种远端变负载的自动稳压调节电源，包括电流反馈模块、电压反馈模块、调节电源模块，通过长距离动力电缆线与远端可变负载的终端相连接，电压传感器并行接入调节电源模块的输出保护电路的输出端，进行电压采样，电流传感器串行接入调节电源模块的输出保护电路，从长距离动力电缆线上检测实时电流，其输出经依次串接的匹配电路、全波整流电路、滤波器、A/D转换和微处理器，与调节电源模块的输入输出接口模块相连，为调节电源模块提供电流反馈。本发明响应速度快、实时性强，高精度的纯正弦波输出，能匹配各种阻抗形式的负载，驱动功率大，可广泛应用到需要远端可变负载稳压的各种场合。
文档编号G05F1/10GK1554992SQ20031012279
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者丁国清, 颜国正, 颜德田 申请人:上海交通大学