电力体系用单相逆变电源的研发
DevelopmentofSingle－phaseInverse－changePowerSupply(PS)
AppliedtoPowerSystem
摘要：
依照电力体系的运用要求，研发正弦波逆变电源，对电源总体计划、主回路、操控电路进行了具体评论，实验及运用成果表明，该电源功用优秀，彻底满意运用要求。
关键词：电力逆变电源
Abstract:AccordingtoservicerequirementsofPowersystem,developedsine－waveinverse－changePS,is
discussedindetailoverallscheme,mainreturncircuit,controlcircuitbythepaper.Resultsfrom
testandapplicationindieated,thatthePSwasgoodperformance,fullysatisfiedwithservicerequirements.
Keywords:PowerInverse－changeSP
1导言
跟着国内电力工业的不断发展，发电厂、变电站在毛病情况下要求不间断电源供电的沟通负荷越来越多，对沟通供电质量的要求也越来越高，传统的方波逆变器已不能满意运用要求，而UPS因为造价太高，悉数选用也有困难。因而，研发一种满意电力体系运用要求的专用逆变电源，具有极大的实用价值。
本电源研发以电力体系运用为起点，参照国标《7260－87不间断电源设备》的技能条件，从输出功用方面按UPS要求规划；从体系成套方面，考虑与电力直流体系配套，而且习惯中心信号监控的需求。选用IGBT高频逆变，数字分频、锁相、波形瞬时馈值等新技能，实验及运用成果表明，彻底满意规划及运用要求。
2体系规划与完结
2.1电源体系计划
电源具有直流和沟通两路输入，直流输入为电力体系直流母线，沟通输入为工频沟通市电。沟通市电处于正常状况时，经整流器整流滤波为直流，再经逆变器改换为稳频稳压的沟通向负载供电。当市电或整流器发生毛病时，直流直接经逆变器改换为稳频稳压沟通向负载供电。输入直流电与沟通市电整流后的直流电经过二极管阻隔。选用此计划不光使沟通市电得到稳压净化，而且在沟通停电时，交直流供电转化没有推迟，然后使供电质量大为进步。
2.2主电路
本电源选用交—直—交停止逆变计划，其主电路包含整流器、直流滤波器、逆变器、沟通滤涉及变压器等，如图2所示。其间，交—直部分选用桥式整流，再经电解电容滤波，得到平稳直流。电源开机时，整流器经起动电阻对电解电容充电，可减小起动电流，完结软起动。起动结束后，电阻被接触器短接。直流输入接于起动电路之前，也可完结软起动。为使直流体系与其它电气回路阻隔，本电源沟通输入经过变压器隔电力体系用单相逆变电源的研发。输入变压器变比的挑选应确保当沟通市电欠压时，整流器输出直流电压仍比直流体系电压高，然后确保沟通正常时，直流体系不向负载放电。
直—交逆变部分选用单相全桥结构，是本电源的中心。逆变器选用IGBT作为开关元件。使用IGBT开关频率较高的长处，选用双极性正弦波脉宽调制方法(SPWM)对逆变器进行操控，将平稳直流改换为脉宽调制输出的沟通，该沟通基波频率为所需求的电源输出频率。逆变器输出的脉宽调制波经输出LC滤波电路滤波，变压器变压阻隔后，输出所要求的正弦波沟通电。
为进步电磁兼容功用，在电源的输入和输出端均接有抗干扰滤波器。
2.3IGBT的驱动与维护电路
本电源逆变桥IGBT的驱动与维护电路制成一块线路板，与逆变桥一同组成逆变单元模块。
M57959是IGBT模块的专用驱动电路，最大可驱动400A/600V的元件。该电路内部具有快速光耦阻隔，合适20kHz左右的高频开关运转，而且具有过流维护功用。驱动电路选用＋15V/－10V双电源供电，以进步抗干扰才能。
驱动电路前级为PWM信号处理电路，它将操控电路传送来的单路PWM信号经电压比较器整形反相后，变为两路互差180°的信号，作为上下桥臂IGBT元件的操控信号。该信号经过死区电路，其上升沿被延时3～4μs，以确保上下桥臂导通具有不小于3μs的死区，然后才被送至驱动电路。
本电源驱动板设有IGBT过流、功率器材过热、直流母线欠压三种维护。IGBT过流维护，由M57959内部维护电路，经过检测IGBT的导通饱满压降完结，过流维护阈值经过在检测回路串接稳压管来调整。单相桥电路四只IGBT元件的四路维护信号，经过与非门，变为一路高电平毛病信号，送至毛病逻辑电路。功率器材过热维护经过在散热器上装置温度继电器，过热时给出断开接点完结，温度继电器动作值为75℃。直流母线欠压维护电路当电压正常时，检测回路稳压管被击穿注册，然后使与之串联的光耦导通，副边输出低电平；当电压过低时，检测回路稳压管阻断，然后使串联的光耦关断，副边输出毛病高电平；维护阈值由稳压管稳压值决议。
驱动板上的毛病逻辑电路先将过流、欠压信号经过D触发器锁存，然后将锁存后的信号与过热信号一同经过门电路归纳后，封闭送至驱动模块的PWM脉冲，完结维护。一起，归纳后的毛病信号与过流、欠压、过热信号被送至操控电路，以完结电源体系监控。
2.4操控电路
该电路以一片16位单片机80C196和波形操控模块为中心组成，如图4所示。其间CPU完结模拟量检测，输出电压有效值操控，毛病检测及确诊，与液晶面板进行串行通讯，读取设定参数，沟通运转参数和毛病信息等功用。波形操控电路完结频率操控，输出电压的波形操控等功用。首要操控环节原理如下：
(1)规范波形发生本电源规范正弦波发生选用
数寻址查表方法，规范正弦数据存于EPROM中，按输出频率时序选通EPROM，再经过D/A转化器将EPROM输出的正弦数字量变为模拟量。该模拟量为正极性，经过运放电路对称下移，电容隔直后，输出规范正弦波信号。规范正弦数据一周波存储量为1k字节。(2)电压操控电压操控选用闭环调理方法，由80C196的操控软件完结。检测电路送来的沟通输出电压信号，经过幅值调整、绝对值改换后送至80C196的A/D输进口，经过A/D转化变为数字量，再经有效值运算成为有效值数字反应量。液晶面板送来的数字给定与数字反应比较，其误差进行PI调理，调理器输出的数字信号经D/A转化变为模拟量，送到规范正弦发生电路，作为波形D/A转化器的参阅电平，然后改动规范正弦波幅值，使输出电压的有效值保持安稳，完结输出稳压。
(3)波形操控波形操控针对相电压输出，选用带电流内环的双环操控计划，如图5所示。在由两个操控环构成的电压波形操控体系中，电流环是内环，该环的受控目标是滤波电容的电流IC，操控的意图是使滤波电容上的电流能快速精确地盯梢电流指令，电流环可改造被它围住的受控目标，战胜直流电压动摇△Ud，负载电流IL等体系的扰动对输出电压的影响，然后进步操控体系的快速性，改进输出电压波形质量；电压波形操控环坐落电流环之外，该环对输出电压的瞬时值进行操控，使输出电压盯梢输入的规范正弦波。波形操控选用瞬时值反应，输出电压、滤波电容电流由检测电路检出整形后，直接送入波形环，与规范正弦波比较，经双环调理后发生PWM操控脉冲。滤形操控电路已制成厚膜模块。
本电源键盘显现电路以一片内带存储器的单片机89C51和实时时钟芯片DS12887为中心组成，完结运转参数显现设定，毛病信息显现查询，与主控电路CPU—80C196进行串行通讯沟通信息，电源起/停操控，时钟办理等功用。操作显现界面选用20×2字符型液晶屏和6位接触按键，并设有“电源”、“运转”、“毛病”指示灯。
接口电路考虑到电力体系信号监控的要求，将一切运转毛病状况均经过发光二极管予以显现，一起变成接点信号输出。接点信号为常开，分为二组，同组内有公共端点，组间互相电气独立。
2.5检测电路
本体系检测电路包含输出电压检测、输出电流检测、滤波电容电流检测三部分。为进步波形环的操控速度，确保电源质量，与波形环有关的检测元件选用磁平衡式HL传感器。一切检测信号与主控电路均作电气阻隔。
2.6操控与驱动电源
本体系操控与驱动电源选用开关电源。开关电源输入挂在逆变直流母线上，输出共6组，其间3组＋25V电气上彼此独立，供应驱动电路，另3组±15V，＋5V共地，供应操控电路和维护电路。
3技能功用与运用成果
按前述原理规划的逆变电源，由生产厂家和电力部门用户一起进行了完好的功用测验，并在变电站投入运用运转。其首要技能功用如下：
(1)沟通输入AC220V±15％，50Hz±5％
(2)直流输入
正常作业电压规模DC187～264V
极限作业电压规模DC170～276V
(3)体系输出
额外频率：50Hz
额外电压：220V
电压安稳精度：±2％
频率安稳精度：±0.1％
频率改变率：0.1Hz/s
总谐波含量：<5％(阻性负载测验)
动态电压：
超调<8％(负载0～100％改变时)
安稳时刻<0.1s
(4)过载才能：120％10分钟
150％10秒
(5)功率：总功率>80％，(在满载和COS?=0.8情况下)
(6)维护：输入过欠压报
