單相可編程電流源裝置及其控制方法
2023-06-04 03:26:41 2
單相可編程電流源裝置及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了單相可編程電流源裝置及其控制方法，電網電壓依次通過斷路器、三相輸入電抗器、三相交流接觸器後接入整流單元，整流後的電壓接入三組逆變器組件；雙DSP控制單元接受觸摸顯示屏或遠程監控平臺下發的電流波形的參數，以及連續輸出方式；雙DSP控制單元產生指令電流，用以驅動三組逆變器組件產生電流波形；逆變器組件輸出電流霍爾檢測信號和輸出電流互感器檢測信號反饋到DSP控制器中，修正電流源發生單元的輸入參數。本發明提供了一種數位化、智能化的用於對低壓開關、斷路器、交流接觸器、熔斷器等裝置進行熱耐受試驗的單相可編程電流源裝置。
【專利說明】單相可編程電流源裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及單相可編程電流源裝置及其控制方法，為低壓開關、斷路器、交流接觸 器、烙斷器等裝置熱耐受試驗中提供電流源。
【背景技術】
[0002] 為了對斷路器等裝置進行各種的抗擾度試驗，試驗的電流源設備需要在額定頻 率、額定電流下進行，其電源一般有基於使用飽和鐵也的電源、晶間管整流電源、可編程供 電的電源。
[0003] 採用飽和鐵芯原理的設備不但體積大、精度低，而且操作不靈活，響應速度慢，誤 差大，很難滿足實驗室要求的精確地測試開關設備熱脫扣或電磁脫扣檢測的條件。
[0004] 採用反相併聯連接的晶間管產生試驗電流，通過控制晶間管導通角的時間來控制 其輸出電流。目前採用相控整流技術實現單相可編程電流源的性能是目前主要的方式。經 過電源變流器轉換成為可控的諧波源負載，通過參數設定使輸出滿足試驗要求的單相可編 程電流源；保證電源整體效率處於最大值。通過控制可控娃的導通相移角度實現輸出的大 小調節及高頻諧波源輸出。但仍然存在設備故障率高、無法自由設定所需諧波電流、增加功 能困難、諧波汙染嚴重等缺點。
[0005] 目前市場上的可編程供電電源雖然具有體積小、操作方便、可自由設定所需檢測 電流、損耗低、諧波汙染低、同時具有多種諧波輸出功能，但輸出電流一般在安培級別，應用 於小電流測試，不能滿足大功率工業設備檢驗容量要求。同時無法實現周期性電流暫降和 中斷試驗。
[0006] 綜上所述，按照公知技術用於低壓開關器件耐受試驗的設備儀器，不能滿足試驗 的要求，市場上沒有相應的設備。對於大功率開關器件熱耐受試驗無法正常檢測。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種單相可編程電流源裝置及其控制 方法，用於低壓開關、斷路器、交流接觸器、烙斷器等裝置進行熱耐受試驗中。在進行主電路 的溫升試驗及在對帶電子過電流保護的低壓斷路器進行性能試驗時，能夠高精度、智能化 的產生諧波電流和電流暫降與中斷功能，輸出電流達到數萬安培。
[0008] 為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
[0009] 單相可編程電流源裝置，包括雙DSP控制單元及電流源發生單元；
[0010] 所述雙DSP控制單元與觸摸顯示屏相連，觸摸顯示屏連接遠程監控平臺，接收觸 摸顯示屏或遠程監控平臺下發的能生成實驗需要的電流波形的必要參數。觸摸顯示屏和遠 程監控平臺能相互切換工作；觸摸顯示屏能直接下發命令；遠程監控平臺也能下發命令給 觸摸顯示屏，觸摸顯示屏再下發命令給雙DSP控制單元。
[0011] 雙DSP控制單元的輸出端連接電流源發生單元，雙DSP控制單元中指令電流運 算單元形成的驅動指令電流控制電流源發生單元輸出預定峰值大小的諧波電流或實現電 流暫降、中斷，同時電流源發生單元輸出端的採樣信號反饋到雙DSP控制單元的輸入端、觸 摸顯示屏或遠程監控平臺，根據設定參數與實際輸出參數的差值進行微調，保證輸出精度 要求；所述電流源發生單元H相輸入，單相輸出。電流源發生單元生成電流的諧波次數為 2-51次，諧波含量為0%至100%中的任意比例。
[0012] 所述電流源發生裝置的輸入側通過斷路器與電網電壓相連，然後依次串接H相輸 入電抗器、H相交流接觸器，每相交流接觸器兩端並聯緩衝迴路，避免接觸器帶載通斷對裝 置及設備的衝擊；H相交流接觸器輸出端接入整流單元，整流單元將交流電壓轉換成可控 的直流電壓，H相交流接觸器控制整流單元前端的電路通斷；整流單元的輸出側接入H組 逆變器組件，逆變器組件母線電壓由直流母線支撐的儲能電容器維持，直流母線支撐電容 兩個串聯，其串聯中點為H組逆變器的中線N，直流母線正負與H組逆變器組件直流輸入連 接；H組逆變器組件的直流側並聯在一起，獨立輸出；每組逆變器組件的輸出端通過輸出 電抗器與輸出交流接觸器串聯，並且都有單獨的RC高頻濾波吸收電路；3個輸出接觸器在 其輸出側進行並聯；然後經過隔離變壓器接入不同檢測設備的輸入端，為檢測設備提供電 源。
[0013] 所述逆變器組件輸出電流霍爾檢測信號和輸出電流互感器檢測信號反饋到雙DSP 控制單元中的指令電流運算單元的輸入端，精確修正電流源發生單元的輸入參數，主動調 整直流母線工作電壓，保護參數設定及監控，各個典型負載的電流峰值的大小；雙DSP控制 單元的的驅動指令電流利用光纖傳輸連接到逆變器組件中的逆變橋驅動信號單元。
[0014] 每組逆變器組件採用IGBT全橋逆變，H組逆變器組件分別接受控制，並聯使用， 輸出電流的相位一致，根據試驗時需要檢測設備容量的大小，觸摸顯示屏或遠程監控平臺 發出指令，通過雙DSP控制單元給出實際動作信號，控制每組逆變器組件輸出交流接觸器 的通斷，滿足不同容量需求。
[0015] 單相可編程電流源裝置的控制方法，包括W下步驟：
[0016] 第一步，電網電壓依次通過斷路器、H相輸入電抗器、H相交流接觸器後接入整流 單元，整流單元將交流電壓轉換成可控的直流電壓，H相交流接觸器控制整流單元前端的 電路通斷；整流後的電壓接入H組逆變器組件；
[0017] 第二步，雙DSP控制單元接受觸摸顯示屏或遠程監控平臺下發的實驗所需電流波 形的必要參數，W及連續輸出方式或者暫降和中斷輸出方式；
[001引第；步，DSP控制單元中的指令電流運算單元通過數據處理產生指令電流，形成 各脈衝驅動裝置和同步脈衝發生裝置，同時指令電流運算單元的輸入端連接電流檢測單元 和直流電壓檢測單元，經過數據處理產生同步信號，用W驅動H組逆變器組件產生電流波 形；
[0019] 第四步，逆變器組件輸出電流霍爾檢測信號和輸出電流互感器檢測信號反饋到 DSP控制器中，精確修正電流源發生單元的輸入參數，主動調整直流母線工作電壓，各個典 型負載的電流峰值的大小，保護參數設定及監控。
[0020] 對任意電流源，通過控制電流的幅值和相位，可W產生各種不同需求的電流源。通 過模數轉換成電流由基波電流和各次諧波電流組成。
[002U 將實際的波形通過快速傅氏變換FFT分析，引t神卿％r + 氣)。
[002引式中：為工頻的角頻率，單位為rad/s ;h為諧波次數；Ih為第h次諧波電流的均 方根值，單位為A ;目h為第h次諧波電流的出相角，單位為rad ;m為考慮的諧波最高次數， 根據試驗所需諧波電流源最高次數決定。
[0023] 對基波至51次諧波電流進行拆分，生成如下表所示，各次諧波頻率，幅值，相位， 然後對其幅值、相位進行幅值歸一化匯總。
[0024]
[0025]
【權利要求】
1. 單相可編程電流源裝置，其特徵是，包括雙DSP控制單元及電流源發生單元； 所述雙DSP控制單元與觸摸顯示屏相連，觸摸顯示屏連接遠程監控平臺，雙DSP控制單 元接收觸摸顯示屏或遠程監控平臺下發的實驗需要的電流波形的參數，觸摸顯示屏和遠程 監控平臺能相互切換工作； 雙DSP控制單元的輸出端連接電流源發生單元，雙DSP控制單元中指令電流運算單元 形成驅動指令電流，控制電流源發生單元輸出預定峰值大小的諧波電流或實現電流暫降、 中斷，同時電流源發生單元輸出端的採樣信號反饋到雙DSP控制單元的輸入端；所述電流 源發生單元三相輸入，單相輸出。
2. 如權利要求1所述單相可編程電流源裝置，其特徵是，所述電流源發生裝置的輸入 側通過斷路器與電網電壓相連，然後依次串接三相輸入電抗器、三相交流接觸器，每相交流 接觸器兩端並聯緩衝迴路，避免接觸器帶載通斷對裝置及設備的衝擊； 三相交流接觸器輸出端接入整流單元，整流單元將交流電壓轉換成直流電壓，三相交 流接觸器控制整流單元前端的電路通斷； 整流單元的輸出側接入三組逆變器組件，三組逆變器組件的直流側並聯在一起，獨立 輸出；每組逆變器組件的輸出端通過輸出電抗器與輸出交流接觸器串聯，並且都有單獨的 RC高頻濾波吸收電路； 觸摸顯示屏或遠程監控平臺發出指令，通過雙DSP控制單元給出實際動作信號，控制 每組逆變器組件輸出交流接觸器的通斷，滿足不同設備容量需求。 3個輸出接觸器在其輸出側進行並聯；然後經過隔離變壓器接入不同檢測設備的輸入 端，為檢測設備提供電源。
3. 如權利要求2所述單相可編程電流源裝置，其特徵是，所述逆變器組件輸出電流霍 爾檢測信號和輸出電流互感器檢測信號反饋到雙DSP控制單元中的指令電流運算單元的 輸入端，雙DSP控制單元的的驅動指令電流利用光纖傳輸連接到逆變器組件中的逆變橋驅 動信號單元。
4. 如權利要求2所述單相可編程電流源裝置，其特徵是，每組逆變器組件採用IGBT全 橋逆變，三組逆變器組件分別接受控制，並聯使用，輸出電流的相位一致。
5. 如權利要求1所述單相可編程電流源裝置，其特徵是，所述電流源發生單元能生成 電流的諧波次數為2-51次，諧波含量為0%至100%中的任意比例。
6. 基於權利要求1所述單相可編程電流源裝置的控制方法，其特徵是，包括以下步驟： 第一步，電網電壓依次通過斷路器、三相輸入電抗器、三相交流接觸器後接入整流單 元，整流單元將交流電壓轉換成可控的直流電壓，三相交流接觸器控制整流單元前端的電 路通斷；整流後的電壓接入三組逆變器組件； 第二步，雙DSP控制單元接受觸摸顯示屏或遠程監控平臺下發的實驗所需電流波形的 必要參數，以及連續輸出方式或者暫降和中斷輸出方式；並且電流波形能在觸摸顯示屏或 遠程監控平臺上顯示； 第三步，雙DSP控制單元中的指令電流運算單元通過數據處理產生指令電流，形成各 脈衝驅動裝置和同步脈衝發生裝置，同時指令電流運算單元的輸入端連接電流檢測單元 和直流電壓檢測單元，經過數據處理產生同步信號，用以驅動三組逆變器組件產生電流波 形； 第四步，逆變器組件輸出電流霍爾檢測信號和輸出電流互感器檢測信號反饋到DSP控 制器中，修正電流源發生單元的輸入參數。
7. 如權利要求6所述的基於單相可編程電流源裝置的控制方法，其特徵是，所述第二 步中，觸摸顯示屏或遠程監控平臺下發電流波形為雙DSP控制單元預存的電流波形時，觸 摸顯示屏或遠程監控平臺能直接調用並顯示。
8. 如權利要求6所述的基於單相可編程電流源裝置的控制方法，其特徵是，所述第三 步中，觸摸顯示屏或遠程監控平臺下發電流波形為非預存的電流波形時，雙DSP控制單元 將需求的諧波電流源的電流波形進行一個基波周期N個點的波形還原，N為大於0的自然 數；然後通過調節需要的基波和諧波的諧波含量和相移角，實現還原後的各次波形及疊加 波形，同時得到疊加後電流的有效值、最大值和峰值係數，形成驅動指令電流，實現逆變器 組件的驅動。
【文檔編號】H02M5/48GK104485825SQ201410715389
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】王建, 馬海剛, 王德濤 申請人:山東華天電氣有限公司