一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器的製作方法

2023-04-26 11:24:51 1

專利名稱：一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，屬於一種電流型諧波源， 特別是用於新穎框架式或智能斷路器在出廠檢驗過程中進行諧波測試用的試驗設備。
背景技術：
新穎框架式斷路器屬於低壓電器，是一種大電流分斷設備，在出廠檢驗過程中需要對 諧波指標進行測試，測試時框架式斷路器作為負載且處於合閘(短路)狀態直接與測試源 連接，因此，要求能提供一種含有豐富諧波分量的低電壓大電流作為測試源，屬於一種電 流型諧波源。經檢索目前的大功率諧波源或發生器專利情況1.如2007年1月11日申請 的專利申請號為200710017221. X,名稱為"基於疊加原理的大功率測試用可編程諧波電壓 源"和2007年5月1日申請的專利號為200720147581. 7，名稱為"可控型無功及諧波發 生器電路"，①都屬於電壓型諧波源，主要用於電網中的電能質量分析和檢測電壓質量補 償裝置的性能，②由於它是高電壓輸出不能用於負載短路狀態時的測試，(D未見產用諧振 方式來提升諧波幅值，④逆變器的結構形式和控制都比較複雜；2.如1997年5月5日申 請的專利號為97190494. 4，名稱為"用以處理信號的電路，聲頻系統和方法，和一種諧波發 生器"和2008年3月21日申請的專利號為200820033446. 4，名稱為"諧波發生器"都屬 於小信號諧波發生器，不能用於框架式斷路器的測試；3.常用的大功率低電壓大電流諧波 發生器諧波源一般通過可控矽對正弦波進行截波獲取諧波，作為框架式斷路器檢驗時的測 試源，這種方法比較簡單，也未產用諧振方式來提升諧波幅值，產生諧波分量較小，僅能 用於傳統斷路器中3次 9次諧波測試。新穎型的框架式斷路器的諧波測試範圍為3次 31次，因此，無論是上述大功率諧波源或發生器或小信號諧波發生器還是採用可控矽對正 弦波進行截波獲取諧波的方法，都難於滿足這種新穎框架式斷路器的諧波測試。

發明內容
本發明的目的是提供一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，能產生3次 31 次諧波，輸出的諧波頻率高、幅值大且可調，能滿足各種規格框架式斷路器的諧波測試。
4本發明的目的是這樣來達到的， 一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，它包 括與電源相線U和零線N連接的自耦調壓器TBI;混合開關電路的輸入端Kl與自耦調壓 器TB1的調節端P連接；諧振選擇電路的S1端與混合開關電路的輸出端K2連接，諧振 選擇電路的S2端與自耦調壓器TBI的公共端和零線N連接；升流變壓器TB2初級線圈 的一端與諧振選擇電路的Sl端和混合開關電路的輸出端K2連接，升流變壓器TB2初級 線圈的另一端與零線N連接，升流變壓器TB2次級線圈的a、 b端與被測物連接；IGBT 觸發電路與混合開關電路連接。
本發明所述的升流變壓器TB2的次級線圈上連接電流互感器TA1，電流互感器TA1 與變換器連接，變換器與數據採集系統連接。
本發明所述的混合開關電路由第一二極體Dl、第二二極體D2、第三二極體D3、第 四二極體D4、大功率IGBT管T1、壓敏電阻RV1和第一電阻R1組成，第一二極體Dl 的陽極和第二二極體D2的陰極與混合開關電路的輸入端Kl連接，第一二極體Dl的陰極 與大功率IGBT管Tl的漏極D、壓敏電阻RV1的一端和第三二極體D3的陰極連接，第 二二極體D2的陽極與大功率IGBT管Tl的源極S、第一電阻Rl的一端和第四二極體 D4的陽極連接，第一電阻Rl的另一端和壓敏電阻RV1的另一端連接，第三二極體D3 的陽極和第四二極體D4的陰極與混合開關電路輸出端K2連接，大功率IGBT管Tl的柵 極G與IGBT觸發電路連接。
本發明所述的諧振選擇電路由第一電位器RW1、第一電容Cl、第二電容C2、第三 電容C3、第四電容C4和多路選擇開關SW1組成，第一電位器RW1的一端和調節端連 接的Sl端與混合開關電路的輸出端K2和升流變壓器TB2初級線圈的一端連接，第一電 位器RW1的另一端分別與第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4的一 端連接，第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4的另一端分別與多路選 擇開關SW1的4個轉換觸點連接，多路選擇開關SW1的撥動端S2與電源零線N、自耦 調壓器TBI的公共端和升流變壓器TB2初級線圈的另一端連接。
本發明所述的IGBT觸發電路由變壓器TB3、全橋QD4、第二電阻R2、第三電阻R3、 第四電阻R4、第五電阻R5、第二電位器RW2、第五電容C5、穩壓管DW1、第一斯密特
5觸發器U1、第二斯密特觸發器U2、第一光隔離驅動器U3、第二光隔離驅動器U4組成， 變壓器TB3初級線圈的兩端分別與電源相線V和零線N連接，變壓器TB3次級線圈的兩 端與全橋QD4的二交流輸入端連接，全橋QD4直流輸出十端與第二電阻R2的一端連接， 第二電阻R2的另一端與第二電位器RW2的一端連接，第二電位器RW2的調節端與第三 電阻R3的一端連接，第三電阻R3的另一端與第四電阻R4的一端、穩壓管DW1的陰極、 第一斯密特觸發器Ul和第二斯密特觸發器U2的輸入端連接，第四電阻R4的另一端與第 五電容C5的一端連接，全橋QD4的直流輸出一端、第二電位器RW2的另一端、第五電 容C5的另一端和穩壓管DW1的陽極接地，第一斯密特觸發器Ul和第二斯密特觸發器 U2的輸出端與第二光隔離驅動器U4的3端連接，第二光隔離驅動器U4的2端與第一光 隔離驅動器U3的3端連接，第一光隔離驅動器U3的2端與第五電阻R5的一端連接，第 五電阻R5的另一端接直流電源+12，第一光隔離驅動器U3的8端和第二光隔離驅動器 U4的8端接直流電源+15V，第一光隔離驅動器械U3的5端和第二光隔離驅動器U4的5 端接直流電源一15V，第一光隔離驅動器U3的6、 7端和第二光隔離驅動器U4的6、 7端 與第六電阻R6的一端連接，第六電阻R6的另一端與混合開關電路中大功率IGBT管Tl 的柵極G連接。
本發明的一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，其輸入端連接在三相電源的 U相上，而IGBT觸發電路的輸入端連接在三相電源的V相上，U相與V相差120。相位角， IGBT觸發電路中的固定移相電路超前移相30"角，這樣使IGBT觸發電路產生的觸發波 形與低電壓大電流諧波發生器主電路電壓波形相差90"，有利於產生豐富的諧波(3次 31 次)分量；諧波選擇電路與升流變壓器TB2的初級線圈構成RLC並聯諧振迴路，改變諧 振迴路第一電位器RW1的阻值和第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容 C4的參數、可調節諧振頻率，使諧振點的電壓幅值得到了很大的提升；TB2採用降壓變壓 器，帶負載能力強，在短時工作時其帶負載能力可達到額定電流的2 3倍。 附圖
及圖面說明
圖l為本發明的原理框圖。
圖2為本發明的混合開關電路原理圖。圖3為本發明的諧振頻率選擇電路原理圖。 圖4為本發明的IGBT觸發電路原理圖。
具體實施例方式
參見圖l， 一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器包括自耦調壓器TB1、混合 開關電路、IGBT觸發電路、諧振頻率選擇電路、升流變壓器TB2、電流互感器TA1和變 換器。三相電源的U相220V電壓連接到自耦調壓器的輸入端，自耦調壓器次級線圈調節 端P的輸出電壓接至混合開關的K1端，混合開關電路G端與IGBT觸發電路連接，其輸 出K2端與諧振選擇電路的Sl端和升流變壓器TB2初級線圈的一端連接，諧振選擇電路 的另一端S2與升流變壓器TB2初級線圈的另一端和自耦調壓器TBI的公共端連接，升流 變壓器TB2次級線圈的a、 b端與被測物連接，電流互感器TA1檢測大諧波電流經變換器 形成0~5V的直流電壓信號提供給數據採集系統。被測物可以是框架式斷路器和智能斷路 器。變換器採用綿陽維搏電子責任有限公司生產的型號為TO21411U27的變換器。
參見圖2，混合開關電路，大功率IGBT管Tl控制由第一二極體Dl、第二二極體 D2、第三二極體D3、第四二極體D4組成的全橋工作，壓敏電阻RV1與第一電阻R1串 聯連接並和大功率IGBT管Tl的漏極D端和源極S端並聯連接來抑制瞬變電壓，在IGBT 觸發電路控制下，使得混合開關電路的輸出端K2輸出的電壓波形中含有豐富的諧波且可 調。
參見圖3，諧振頻率選擇電路中的第一電位器RW1的另一端分別與第一電容C1、第 二電容C2、第三電容C3、第四電容C4的一端連接，第一電容C1、第二電容C2、第三 電容C3、第四電容C4的另一端分別與多路選擇開關SW1的4個轉換觸點連接，第一電 位器RW1的一端和調節端連接的Sl端與混合開關的輸出端K2和升流變壓器TB2初級 線圈的一端連接，多路轉換開關SW1的S2端與升流變壓器TB2初級線圈的另一端和自 耦調壓器TBI的公共端連接，由諧振頻率選擇電路和升流變壓器TB2初級線圈組成RLC 諧振電路，調節第一電位器RW1和多路轉換開關SW1的位置來切換電容而改變諧振迴路 參數，從而調節諧振頻率，提升諧波幅值。
參見圖4， IGBT觸發電路由降壓整流電路、取樣移相電路、第一斯密特觸發器Ul
7和第二斯密特觸發器U2、光隔離驅動電路組成。由變壓器TB3和全橋QD4組成降壓整流電路，由第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電容C5、第二電位器RW2和穩壓管DW1組成取樣移相電路，由第一光隔離驅動器U3、第二光隔離驅動器U4和第五電阻R5組成光隔離驅動電路。三相電源的V相220V電壓與變壓器TB3的初級線圈連接，經降壓後變壓器TB3的次級線圈與全橋QD4的交流端連接、全橋QD4的直流輸出端與取樣移相電路連接；從取樣移相電路的第二電位器RW2的調節端輸出採樣信號並與第三電阻R3的一端連接，經第三電阻R3、第四電阻R4、第五電容C5移相電路移相後送入第一斯密特觸發器Ul和第二斯密特觸發器U2的輸入端，穩壓管DW1起到限幅保護作用；由第一斯密特觸發器Ul和第二斯密特觸發器U2的輸出端連接光隔離驅動電路的輸入；光隔離驅動電路中的第五電阻R5為輸入限流電阻，光隔離驅動電路輸出端經第六電阻R6與大功率IGBT管T1的柵極G端連接，實現控制混合開關電路工作，產生諧波。第一光隔離驅動器U3和第二光隔離驅動器U4均採用TLP250型光隔離驅動器。
整個數據採集處理系統採用LabVIEW軟體編程，在上位機的控制下進行實時數據採集、實時數據處理，實現快速測量，並採用MODBUS通信方式與框架式斷路器的控制器進行數據比對，校驗測量正確性。
權利要求
1、一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，其特徵在於它包括與電源相線(U)和零線(N)連接的自耦調壓器(TB1)；混合開關電路的輸入端(K1)與自耦調壓器(TB1)的調節端(P)連接；諧振選擇電路的(S1)端與混合開關電路的輸出端(K2)連接，諧振選擇電路的(S2)端與自耦調壓器(TB1)的公共端和零線(N)連接；升流變壓器(TB2)初級線圈的一端與諧振選擇電路的(S1)端和混合開關電路的輸出端(K2)連接，升流變壓器(TB2)初級線圈的另一端與零線(N)連接，升流變壓器(TB2)次級線圈的(a、b)端與被測物連接；IGBT觸發電路與混合開關電路連接。
2、 根據權利要求l所述的一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，其特徵在 於所述的升流變壓器(TB2)的次級線圈上連接電流互感器(TA1)，電流互感器(TA1)與變換 器連接，變換器與數據採集系統連接。
3、 根據權利要求l所述的一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，其特徵在 於所述的混合開關電路由第一二極體(D1)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)、第四二極 管(D4)、大功率IGBT管(T1)、壓敏電阻(RV1)和第一電阻(R1)組成，第一二極體(D1)的 陽極和第二二極體(D2)的陰極與混合開關電路的輸入端(K1)連接，第一二極體(D1)的陰極 與大功率IGBT管(T1)的漏極(D)、壓敏電阻(RV1)的一端和第三二極體(D3)的陰極連接， 第二二極體(D2)的陽極與大功率IGBT管(T1)的源極(S)、第一電阻(R1)的一端和第四二極 管(D4)的陽極連接，第一電阻(R1)的另一端和壓敏電阻(RV1)的另一端連接，第三二極體 (D3)的陽極和第四二極體(D4)的陰極與混合開關電路輸出端(K2)連接，大功率IGBT管 (T1)的柵極(G)與IGBT觸發電路連接。
4、 根據權利要求l所述的一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，其特徵在 於所述的諧振選擇電路由第一電位器(RW1)、第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容 (C3)、第四電容(C4)和多路選擇開關(SW1)組成，第一電位器(RW1)的一端和調節端連接 的(S1)端與混合開關電路的輸出端(K2)和升流變壓器(TB2)初級線圈的一端連接，第一電 位器(RW1)的另一端分別與第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4) 的一端連接，第一電容(C1)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4)的另一端分別與多路選擇開關(SW1)的4個轉換觸點連接，多路選擇開關(SW1)的撥動端(S2)與電源零 線(N)、自耦調壓器(TB1)的公共端和升流變壓器(TB2)初級線圈的另一端連接。
5、根據權利要求l所述的一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，其特徵在 於所述的IGBT觸發電路由變壓器(TB3)、全橋(QD4)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、 第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第二電位器(RW2)、第五電容(C5)、穩壓管(DW1)、第一 斯密特觸發器(U1)、第二斯密特觸發器(U2)、第一光隔離驅動器(U3)、第二光隔離驅動器 (U4)組成，變壓器(TB3)初級線圈的兩端分別與電源相線(V)和零線(N)連接，變壓器(TB3) 次級線圈的兩端與全橋(QD4)的二交流輸入端連接，全橋(QD4)直流輸出十端與第二電阻 (R2)的一端連接，第二電阻(R2)的另一端與第二電位器(RW2)的一端連接，第二電位器 (RW2)的調節端與第三電阻(R3)的一端連接，第三電阻(R3)的另一端與第四電阻(R4)的一 端、穩壓管(DW1)的陰極、第一斯密特觸發器(U1)和第二斯密特觸發器(U2)的輸入端連接， 第四電阻(R4)的另一端與第五電容(C5)的一端連接，全橋(QD4)的直流輸出一端、第二電 位器(RW2)的另一端、第五電容(C5)的另一端和穩壓管(DW1)的陽極接地，第一斯密特觸 發器(U1)和第二斯密特觸發器(U2)的輸出端與第二光隔離驅動器(U4)的3端連接，第二光 隔離驅動器(U4)的2端與第一光隔離驅動器(U3)的3端連接，第一光隔離驅動器(U3)的2 端與第五電阻(R5)的一端連接，第五電阻(R5)的另一端接直流電源+12，第一光隔離驅動 器(U3)的8端和第二光隔離驅動器(U4)的8端接直流電源+15V，第一光隔離驅動器械(U3) 的5端和第二光隔離驅動器(U4)的5端接直流電源一15V，第一光隔離驅動器(U3)的6、 7 端和第二光隔離驅動器(U4)的6、 7端與第六電阻(R6)的一端連接，第六電阻(R6)的另一 端與混合開關電路中大功率IGBT管(T1)的柵極(G)連接。
全文摘要
一種基於諧振方式的低電壓大電流諧波發生器，屬於一種電流型諧波源。包括與電源相線U和零線N連接的自耦調壓器TB1；混合開關電路的輸入端K1與自耦調壓器TB1的調節端P連接；諧振選擇電路的S1端與混合開關電路的輸出端K2連接，諧振選擇電路的S2端與自耦調壓器TB1的公共端和零線N連接；升流變壓器TB2初級線圈的一端與諧振選擇電路的S1端和混合開關電路的輸出端K2連接，升流變壓器TB2初級線圈的另一端與零線N連接，升流變壓器TB2次級線圈的a、b端與被測物連接；IGBT觸發電路與混合開關電路連接。優點有利於產生豐富的諧波分量；使諧振點的電壓幅值得到提升；在短時工作時其帶負載能力可達到額定電流的2～3倍。
文檔編號G01R1/00GK101509938SQ200910026130
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月31日 優先權日2009年3月31日
發明者塗水林, 啟 謝, 顧啟民 申請人:常熟理工學院