专利名称：一种中频变频器的交直流变换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种交直流变换装置，具体涉及一种应用于中频变频器的交直流变换装置。
背景技术：
目前，工业应用中的中频变频器前端交直流变换(AC/DC)装置，AC/DC装置的整流器大部分采用二极管整流或可控硅整流方式，整流器功率因数低、电流失真度大、对电网污染比较严重，且能量不能双向流动。为了解决整流器功率因数低、电流失真度大的问题，主要有几种解决方式，例如多重化、加装功率因数补偿装置等，但多重化方式结构比较复杂，加装功率因数补偿装置成本比较高。PWM (脉冲宽度调制)整流器可以实现单位功率因数控制，电流失真度小。PWM整流器由于开关频率比较高，在电磁干扰非常严重的工作环境中，易受干扰。
发明内容本实用新型是为了克服现有技术的缺点而提出的，其目的是提供一种适用于中频变频器的交直流变换装置。本实用新型的技术方案是:一种中频变频器的交直流变换装置，包括主开关、隔离变压器、充电电阻、短接接触器、SVPWM (空间矢量脉冲宽度调制)整流器、控制板和驱动转接板。三相交流电网通过主开关与隔离变压器的一次侧连接，隔离变压器的二次侧接充电电阻和控制板，充电电阻与短接接触器并联。充电电阻的另一端接SVPWM整流器的输入端，SVPWM整流器的输出端反馈至控制板，控制板发出六路PWM脉冲，通过驱动转接板驱动SVPWM整流器中的智能功率模块。所述SVPWM整流器包括在隔离变压器二次侧A、B相上分别串入电流传感器，隔离变压器二次侧连接电抗器，电抗器的另一端分别接到智能功率模块的中点。三组智能功率模块的顶端并联到一起接直流电解电容的正端，三组智能功率模块的底端并到一起接直流电解电容的负端，三组智能功率模块各并联一组薄膜吸收电容，隔离变压器二次侧A相与中线N的中间连接A相电压传感器。三相交流滤波电容分别接隔离变压器的二次侧，另一端连接一起组成星型连接，交流滤波电容与电抗器及前级隔离变压器形成一个T型滤波器，构成一个电网滤波器。所述的控制板包括电源模块、数字信号处理器、直流电压采集电路、硬件锁相环电路、电压过零检测电路、IO接口电路、预充电控制电路、PWM驱动转换电路、故障检测电路和电流变换电路，其中电源模块向控制板提供电源，其余电路分别与数字信号处理器连通。本实用新型的有益效果:输出直流电压稳定、功率因数高、电流失真度小、对电网污染小，且能量可双向流动。有效抑制后级逆变器与PWM整流器的高频开关量对整个电网地线干扰，增强系统可靠性。有效避免装置初始上电，电网电压瞬时突变对功率器件的瞬时冲击破坏，使功率器件的两端电压缓慢增加。
图1是本实用新型中频变频器的交直流变换装置框图；图2是本实用新型的SVPWM整流器主电路；图3是本实用新型的控制板构成图；图4是电流变换电路图；图5是电压过零检测及硬件锁相环电路图；图6是PWM驱动转接电路图；图7是直流电压采集电路图；图8是故障检测电路图；图9是IO接口电路图；图10是预充电电路图。其中:I主开关2隔离变压器3充电电阻 4短接接触器5 SVPWM整流器6控制板7驱动转接板8交流滤波电容9电抗器10智能功率模块11直流电解电容12电流传感器13电压传感器14薄膜吸收电容15电源模块16数字信号处理器17直流电压变换电路18锁相环电路19电压过零检测电路20 IO接口电路21预充电控制电路 22 PWM驱动转换电路23故障检测电路24电流变换电路25、27、34、39、43 —号 五号端子26、28 —号、二号运算放大器29 —号比较器30反相器31锁相环32 一号反相器(0C门)33 二号反相器(COMS)35小信号隔离放大器 36稳压管37 二号比较器38与门40光电稱合器41大电流驱动器42三极管。
具体实施方式
下面，结合附图和实施例对本实用新型中频变频器的交直流变换装置进行详细说明:如图1所示，一种中频变频器的交直流变换装置，包括主开关1、隔离变压器2、充电电阻3、短接接触器4、SVPWM (空间矢量脉冲宽度调制)整流器5、控制板6和驱动转接板
7。三相交流电网通过主开关I与隔离变压器2的一次侧连接，隔离变压器2的二次侧接充电电阻3和控制板6，充电电阻3与短接接触器4并联，充电电阻3的另一端接SVPWM整流器5的输入端，SVPWM整流器5的输出端反馈至控制板6，控制板6通过检测电网A、B相电流及直流电压，进行相应控制算法，发出六路PWM脉冲，通过驱动转接板7驱动SVPWM整流器5中的智能功率模块10。其中，隔离变压器2用于隔离PWM整流器与后级逆变器高频开管信号对电网地线的干扰，SVPWM整流器5主要实现AC/DC功率变换。如图2所示，所述SVPWM整流器5包括交流滤波电容8、电抗器9、智能功率模块10、直流电解电容11、电流传感器12、电压传感器13和薄膜吸收电容14。各器件间连接如下:在隔离变压器2 二次侧A、B相上分别串入电流传感器12，隔离变压器2 二次侧连接电抗器9，电抗器9的另一端分别接到智能功率模块10的中点，三组智能功率模块10的顶端并联到一起接直流电解电容11的正端，三组智能功率模块10的底端并到一起接直流电解电容11的负端，三组智能功率模块10各并联一组薄膜吸收电容14。隔离变压器2 二次侧A相与中线N的中间连接A相电压传感器13，三相交流滤波电容8分别接隔离变压器2的二次侧，另一端连接一起组成星型连接，交流滤波电容8与电抗器9及前级隔离变压器2形成一个T型滤波器，构成一个电网滤波器。如图3所示，所述的控制板6包括电源模块15、数字信号处理器16、直流电压采集电路17、硬件锁相环电路18、电压过零检测电路19、IO接口电路20、预充电控制电路21、PWM驱动转换电路22、故障检测电路23和电流变换电路24，其中电源模块15向控制板6提供电源，其余电路分别与数字信号处理器16连通。电源模块15 选用 M0RNSUN 电源模块，包括 15V/± 15V、5V/5V2、15/VCC，其中 ±15V为所有模拟芯片供电，5V2为直流转换模块高精度隔离放大器供电，VCC为数字信号处理器16及控制板中数字芯片供电，+15V为驱动转接板供电，数字信号处理器16内部完成5V/3.3V转换，数字信号处理器16是控制核心，实现所有外围信号连接，数字信号处理器16通过直流电压及输入侧电流的采集实现模拟信号的反馈，硬件锁相环电路及过零比较电路实现整流器相位同步，PWM驱动转换电路实现IGBT (绝缘栅双极型晶体管)驱动信号的变换，预充电电路实现整流器充电电路的控制，IO接口电路20实现整流器所有数字量信号的通信。数字信号处理器16选用TI公司TMS320LF2407。如图4所示，所述电流变换电路24的连接关系如下:R1连接接线一号端子25的2脚，另一端与R2、Cl连接，Cl另一端与AGND及一号端子25的I脚连接，R2另一端与一号运算放大器26的2脚、R4、C2连接，R4另一端、C2另一端与一号运算放大器26的I脚、R5连接。R5另一端与R6、一号运算放大器26的6脚、R8连接，R6另一端接3.3VA, R8的另一端与一号运算放大器26的7脚、R9连接,R9的另一端与R10、一号运算放大器26的13脚、RlO连接，RlO的另一端与一号运算放大器26的14脚、R12连接，R12另一端连接一号运算放大器26的10脚。一号运算放大器26的9脚、8脚与R13连接，R13另一端与R14、C3、D2阴极、Dl阳极相连，R14另一端、C3另一端、D2阳极与AGND连接，Dl阴极与3.3VA连接，R3一端与一号运算放大器26的3脚连接,另一端接AGND, R7与一号运算放大器26的5脚连接，R7另一端接AGND，Rll与一号运算放大器26的12脚连接，另一端接AGND。如图5所示，电压过零检测电路19和硬件锁相环电路18包括低通滤波、高通滤波、迟滞过零比较器及硬件锁相环电路，其连接关系如下:R15与二号端子27的2脚连接，另一端与R16、C5连接，R16另一端与C4、二号运算放大器28的3脚连接，C4另一端接AGND，C5另一端与二号运算放大器28的I脚、C26、R18连接。R18另一端与二号运算放大器28的2脚、R17连接，R17另一端接AGND，C6另一端与C7、R19连接，C7另一端与R21、二号运算放大器28的5脚连接，R21另一端接AGND，R19另一端与二号运算放大器28的7脚、R22、R23连接，R22另一端与二号运算放大器28的6脚、R20连接，R20另一端接AGND，R23另一端与一号比较器29的3脚、R25连接，R25另一端接二极管D3阴极，D3阳极接比较器29的I脚、R26、C8、D4阴极、R27，R26另一端接VCC，D4阳极与C8另一端接GND，R27另一端接反相器30的I脚，反相器30的2脚、C9、R28连接，R28另一端与R29、锁相环31的14脚连接，C9另一端与R29另一短接连接接GND，ClO并联在锁相环31的6脚、7脚。R30 —端接锁相环31的11脚，另一端接GND，锁相环31的8脚接GND，R31 —端接锁相环31的13脚，另一端接R32、锁相环31的9脚，R32另一端与Cll连接，Cl I另一端接GND，锁相环31的4脚接DSP的CAPl 口及IOPB7 口，锁相环31的3脚接DSP的10PB4 口，锁相环31的16脚接3.3V。如图6所示，所述PWM驱动转换电路22，其它5路PWM驱动转换电路完全一样，其内部连接关系如下:DSP的PWMU 口与R34、R33连接，R34另一端接GND，R33另一端与C12、一号反相器32的I脚连接，C12另一端接GND，一号反相器(0C门)32的2脚与R35、二号反相器(COMS) 33的3脚连接，二号反相器33的2脚与C13、R36连接，C13另一端接GND0如图7所示，所述直流电压采集电路17，主要选用小信号隔离放大器进行直流电压隔离采集，其内部连接关系如下:三号端子34的2脚接R39，R39另一端与R40、D6阴极、D5阳极、小信号隔离放大器35的23脚连接，D5阴极接小信号隔离放大器35的21脚，D6阳极、小信号隔离放大器35的I脚、D6阳极、R40另一端与三号端子34的I脚连接，小信号隔离放大器35的13脚与R37连接，R37另一端与R38、C14、D8阴极连接，D8阳极、C14另一端、R38另一端与小信号隔离放大器35的16脚连接。电位器Wl中心抽头与Wl —端短接后连接至小信号隔离放大器35的9脚，电位器Wl另一端与小信号隔离放大器35的10脚连接，电位器W2的中心抽头连接至小信号隔离放大器35的11脚，W2其他两个端子各分别与小信号隔离放大器35的12脚、16脚连接，小信号隔离放大器35的6脚接VDD2、7脚接GND2，D7阴极与3.3VA连接。如图8所示，所述故障检测电路23，其内部连接关系如下:R41 R43、稳压管36、Cl5组成一稳压电路，输出作为过压保护电路参考电压值。R41 —端接VDDl，另一端接R42、稳压管36的I脚、C15，C15另一端与稳压管36的6脚及R43连接至AGND，R43另一端与R42另一端、稳压管36的2脚连接，稳压管36的I脚输出为参考电压VREF，R44接VREF，另一端接2号比较器37的3脚、C16，R45 一端接直接电压VBUSl，另一端接C17、C16的另一端、比较器37的2脚，C17的另一端接AGND，比较器37的I脚、R46、D9阴极、R47连接，R47另一端与C18连接输出为过压保护信号DC0V，DC0V连接至与门38的I脚、2脚，ERR与R50、R51连接，R51的另一端连接与门38的8脚、C19连接，与门38的9脚R48连接，R49、C20连接构成阻容滤波与R48的另一端连接输出至DSP的XINTl脚，R49的另一端、C19另一端、C20另一端连接至GND。如图9所示，所述IO接口电路20，其内部连接关系如下:L1 一端接四号端子39的2脚，另一端与R52连接，R52另一端与C21、D10阴极、光电耦合器40的I脚连接，光电耦合器40的2脚与DlO阳极、C21另一端、四号端子39的I脚连接至GNDl，光电耦合器40的3脚接GND，光电耦合器40的4脚接R53、R54，R54另一端与R55、D12阴极、Dll阳极、C22连接至DSP的QT 口，R55的另一端、D12阳极、C22另一端接GND，D11阴极接3.3V。如图10所示，所述预充电控制电路21，其内部连接关系如下:大电流驱动器41的I脚、2脚接DSP的RLYDRV 口，大电流驱动器41的3脚与D13的阳极连接至五号端子43的3脚，D13阴极与VCC连接至五号端子43的I脚，五号端子43的2脚与R58、R56连接，R58另一端与稳压管ZDl阴极、C23、R57连接，R57另一端与R59、三极管42的基极连接，R59的另一端与C23另一端、R56另一端、ZDl阳极、三极管发射级连接至GND，三极管集电极与R60、R61连接，R60另一端与D15阴极、D14阳极连接至DSP的RLYFBK 口，D15阳极接GND,D14阴极接3.3V，R61另一端接3.3V。本实用新型具有以下优点:(i)采用SVPWM整流器，直流电压稳定、功率因数高、电流失真度小、对电网污染小，且能量可双向流动。( ii ) AC/DC装置前端加装隔离变压器，可有效抑制后级逆变器与PWM整流器的高频开关量对整个电网地线干扰，增强系统可靠性。(iii)装置中充电电阻的设置，可以有效避免装置初始上电，电网电压瞬时突变对功率器件的瞬时冲击破坏，使功率器件的两端电压缓慢增加。
权利要求1.种中频变频器的交直流变换装置，包括主开关(I)、隔离变压器(2)、充电电阻(3 )、短接接触器(4 )、SVPWM整流器(5 )、控制板(6 )和驱动转接板(7 )，其特征在于:三相交流电网通过主开关(I)与隔离变压器(2)的一次侧连接，隔离变压器(2)的二次侧接充电电阻(3 )和控制板(6 )，充电电阻(3 )与短接接触器(4)并联，充电电阻(3)的另一端接SVPWM整流器(5)的输入端，SVPWM整流器(5)的输出端反馈至控制板(6)，控制板(6)发出六路PWM脉冲，通过驱动转接板(7)驱动SVPWM整流器(5)中的智能功率模块(10)。
2.据权利要求1所述的中频变频器的交直流变换装置，其特征在于:所述SVPWM整流器(5)包括在隔离变压器(2)二次侧A、B相上分别串入电流传感器(12)，隔离变压器(2)二次侧连接电抗器(9)，电抗器(9)的另一端分别接到智能功率模块(10)的中点，三组智能功率模块(10)的顶端并联到一起接直流电解电容(11)的正端，三组智能功率模块(10)的底端并到一起接直流电解电容(11)的负端，三组智能功率模块(10)各并联一组薄膜吸收电容(14)，隔离变压器(2)二次侧A相与中线N的中间连接A相电压传感器(13)，三相交流滤波电容(8)分别接隔离变压器(2)的二次侧，另一端连接一起组成星型连接，交流滤波电容(8 )与电抗器(9 )及前级隔离变压器(2 )形成一个T型滤波器，构成一个电网滤波器。
3.据权利要求1所述的中频变频器的交直流变换装置，其特征在于:所述的控制板(6)包括电源模块(15)、数字信号处理器(16)、直流电压采集电路(17)、硬件锁相环电路(18),电压过零检测电路(19)、IO接口电路(20)、预充电控制电路(21)、PWM驱动转换电路(22)、故障检测电路(23)和电流变换电路(24)，其中电源模块(15)向控制板(6)提供电源，其余电路分别与数字信号处理器(16 )连通。
专利摘要本实用新型公开了一种中频变频器的交直流变换装置,包括主开关、隔离变压器、充电电阻、短接接触器、SVPWM整流器、控制板和驱动转接板。三相交流电网通过主开关与隔离变压器的一次侧连接，隔离变压器的二次侧接充电电阻和控制板，充电电阻与短接接触器并联。充电电阻的另一端接SVPWM整流器的输入端，SVPWM整流器的输出端反馈至控制板，控制板发出六路PWM脉冲，通过驱动转接板驱动SVPWM整流器中的智能功率模块。本实用新型输出直流电压稳定、功率因数高、电流失真度小、对电网污染小，且能量可双向流动。
文档编号H02M7/219GK202931211SQ201220488900
公开日2013年5月8日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者赵武玲, 王伟强, 于民东, 李玉宾, 彭树文, 宋涛 申请人:核工业理化工程研究院