單相靜變器的製作方法

2023-05-05 21:44:16 4

專利名稱：單相靜變器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種主要用於航空交流電源系統的單相靜變器。
背景技術：
目前輸出為115V/400HZ的航空交流電源系統大致有二類。一類是採用旋轉變流機將28V直流轉換成115V/400HZ交流的變流器。其原理是 用28V直流驅動直流電動機，直流電動機轉軸傳動並帶動交流發電機轉軸產生115V/400HZ 交流。其優點是結構簡單，易於維護，耐過載能力強。其不足之處是輸出頻率不穩定，電磁 兼容性差，工作時噪聲大，轉換效率低，轉換效率< 50%，一般在30% 40%。輸出頻率等 不夠穩定是由於影響轉速的因素較多引起的。電磁兼容性差是直流電動機換向器，工作時 有火化產生導致的。同時由於工作時有較大磨損，壽命短，工作時噪聲很大。另一類是採用高頻方式靜止變流器將28V直流轉換成115V/400HZ交流的靜變器。 該靜變器的原理是由波形發生電路、脈寬調製控制電路、DC-DC電源變換電路、半導體器件 組成的逆變電路、功率放大電路及電壓採樣電路組成，採用高頻脈寬調製的方式將低壓28V 直流轉換成高壓115V/400HZ交流。該方式最大的優點是效率高(可達75% 90% )，體 積小、重量輕。該方式的缺點在於電路結構複雜，調試困難，工作不夠穩定，生產小功率 的成本高；其次是高頻開關方式，對元器件和磁性材料要求較高，容易出現低溫啟動困難 (_45°C以下)和高空工作不穩定(18000m以上)的現象；同時高頻開關方式造成產品電磁 兼容性不好的缺點。

發明內容
本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足之處，提供一種電路結構較為簡 單，電磁兼容性好，在低溫和高空環境下工作穩定，且壽命長的單相靜變器。本發明實現上述目的技術解決方案，可以通過以下措施來達到。本發明提出的一 種單相靜變器，包括一個產生正弦波信號的波形發生電路，一個將上述正弦波信號轉換成 驅動信號的控制電路，一個對功率放大電路功率輸出信號進行整形的濾波電路，其特徵在 於，所述控制電路設置有控制直流/交流轉換的低頻開關和連接於該控制電路，從輸出電 壓兩端採樣輸出隔離電壓的隔離電壓採樣電路，所述濾波電路由LC組成的串諧低通濾波 器和陷波濾波器組成；通過功率放大電路和濾波電路輸出的電壓，由比較電路將波形發生 產生的正弦波作為基準，與採樣輸出電壓作比較，產生一對佔空比可變的矩形波作為驅動 波形，經隔離採樣電路供給控制電路驅動輸出。本發明提出的一種單相靜變器，包括波形發生電路，控制電路，功率放大電路、輸 出電壓採樣電路和濾波電路。其特徵在於，該該發明的關鍵技術在於採用諧振低通和陷波濾波器和磁感應原理的隔離電壓採 樣電路。本發明相比於現有技術具有如下有益效果。
本發明控制電路採用低頻開關方式控制直流/交流轉換，並採用諧振低通和陷波 濾波器得到正弦電壓輸出，同時保證輸入和輸出端子的隔離，輸出電壓採樣電路採用磁感 應原理，可以真實的採到輸出端的電壓信號，同時可以隔離傳輸到控制部分的比較端。輸入 輸出隔離，電磁兼容性較好；(1KVA靜變器典型值為80% )高空工作穩定，試驗證明，能夠穩 定地在21350m高空正常工作。可在_55°C啟動並正常工作，低溫工作穩定可靠。


為了更清楚地理解本發明，現將通過本發明實施例，同時參照附圖，來描述本發 明，其中圖1是本發明的靜變器電路結構組成框圖。圖2是圖1中波形發生電路的電路結構框圖。圖3是圖1中控制電路的組成結構方框圖。圖4是圖1中功率放大電路的組成方框圖。圖5是圖1中隔離電壓採樣電路的電路組成方框圖。圖6是圖5的輸出隔離電壓採樣電路圖。圖7是現有技術的濾波電路方框圖。
具體實施例方式參閱圖1。在圖1描述的單相靜變器實施例中，電連接波形發生電路的電源輸入 端，其輸入電壓通過波形發生電路產生標準的400Hz正弦波信號，該正弦波信號通過控制 電路內置的控制直流/交流轉換的低頻開關和比較電路轉換成驅動信號，送入功率放大電 路放大，功率放大電路的功率輸出信號經濾波電路整形，可以得到大功率的115V/400HZ交 流輸出，輸出至靜變器的電壓輸出端。連接於控制電路的隔離電壓採樣電路，從組成的靜變 器輸出電壓兩端採樣，輸出隔離電壓。輸出電壓經過隔離採樣電路後供給控制電路作比較， 穩定輸出電壓。參閱圖2。該波形發生電路包括一個電連接自激振蕩器輸入端的穩壓器或穩壓電 路和電連接自激振蕩器輸出端的整形電路。電源電壓通過穩壓器穩壓後，得到一個有助於 提高產生正弦波波形的頻率和幅度的穩定電壓。穩定的電源電壓通過自激振蕩器，由電感L 和電容C組成的LC自激振蕩器產生正弦波，供給圖1中的波形發生電路，發生標準的400Hz 正弦波信號波形。正弦波信號的波形經整形電路得到穩定的低失真度正弦波輸出。在圖3中。由比較電路將波形發生產生的正弦波作為基準，與採樣輸出電壓作比 較，產生一個一對佔空比可變的矩形波作為驅動波形。驅動波形經過整形放大作為驅動輸 出ο比較電路產生的波形，其寬度由基準波形和輸出採樣電壓共同控制。用於驅動功 率放大電路為可變佔空比信號。控制電路輸出矩形波的佔空比控制如下由於基準波形穩 定性很高，在基準保持不變的情況下，當輸出電壓下降，相應的採樣輸出電壓也下降，控制 電路輸出的佔空比就會增大，使輸出電壓上升。當輸出電壓上升時，相應的採樣輸出電壓也 上升，控制電路輸出的佔空比就會增大，使得輸出電壓下降，穩定輸出電壓。當調整基準波 形的幅度時，輸出也會作相應的變化。
在圖4中。功率放大電路將來自控制電路的驅動信號，通過大功率開關電晶體將 驅動信號產生的電流放大，輸出功率參數。在電源供電為27V直流，無法滿足輸出電壓時， 在電流放大後，可以通過連接一個功率變壓器進行升壓，得到電壓和功率都放大的信號，然 後進行功率輸出。在圖5中，隔離電壓採樣電路是由分別帶有輸出電壓端子並相互並聯的電流/磁 場轉換器和電流/電壓轉換器連接磁場/電壓傳感器組成的。其中，電壓/電流轉換器可 以用高精度電阻器組成。電流/磁場轉換器由一個多匝的線圈構成。磁場/電壓傳感器為 霍爾器件。隔離電壓採樣電路從輸出電壓兩端採樣，通過兩相併聯的電流/磁場轉換器Ll和 電流/電壓轉換器R1，將流過的正比於輸出端電壓幅值的微小採樣電流，經電流/磁場轉換 器Ll磁場偶合，可以將流過導線中的電流產生的磁場加強。該磁場通過磁場偶合後，由圖 6所示的磁場線圈旁的磁場/電壓傳感器轉變為採樣輸出電壓。圖6中檢測兩端子間通過 電流/電壓轉換器Rl和電流/磁場轉換器Ll有直流流過時，產生磁場。該磁場Ll旁的霍 爾傳感器Hl的輸出電壓轉變為採樣輸出電壓。由於Hl為半導體器件，所以需要一個輔助 電壓，並在霍爾傳感器Hl兩端設置輔助電壓正端和負端。該輔助電壓由控制電路的電源提 供，這樣就可以保證採樣端和輸出端的有效隔離。由於要求採樣信號和輸出端子之間絕緣， 所以採用磁場傳感可以很好的滿足這一絕緣需要，由於由霍爾器件組成的磁場/電壓傳感 器，可以對交流和直流磁場都能做出響應。因此本採樣電路不僅可以用於交流傳感採樣，也 可用於直流傳感採樣。圖7中，濾波電路由LC組成的串諧低通濾波器和3倍頻帶通陷波濾波器組成。由 功率放大電路的功率輸出信號經過濾波電路進行整形，得到低失真度的正弦功率信號作為 最終輸出電壓。由功率放大電路輸出的電壓成分主要由400Hz基波信號和1200Hz3次諧波 信號組成，串諧低通濾波器可以對不高於400Hz基波信號通過，使高於400Hz的信號得到很 大的衰減。輸出的信號中大部分為400Hz的信號，3倍頻帶通陷波濾波器對1200Hz的信號 呈現極小的阻抗，通過陷波濾波器後，1200Hz三次諧波信號得到極大的衰減。經過上述兩級 濾波器後，即可輸出較低失真度的正弦波。輸出電壓採樣電路，從輸出電壓兩端採樣，通過電流/電壓轉換器和電流/磁場轉 換器有微小採樣電流流過，該電流正比於輸出端的電壓幅值，電壓/電流轉換器由高精度 電阻器組成，可以精確控制該電流的大小，電流/磁場轉換器由一個多匝的線圈構成，可以 將流過導線中的電流產生的磁場加強。該磁場通過磁場偶合，由線圈旁的磁場/電壓傳感 器轉變為採樣輸出電壓。由於要求採樣信號和輸出端子之間絕緣，所以採用磁場傳感可以 很好的滿足這一需要。在本發明中採用的磁場/電壓傳感器為霍爾器件，霍爾器件可以對 交流和直流磁場都做出響應，所以本採樣電路不僅可以用於交流傳感採樣，也可用於直流 傳感採樣。
權利要求
一種單相靜變器，包括一個產生正弦波信號的波形發生電路，一個將上述正弦波信號轉換成驅動信號的控制電路，一個對功率放大電路功率輸出信號進行整形的濾波電路，其特徵在於，所述控制電路設置有控制直流/交流轉換的低頻開關和連接於該控制電路，從輸出電壓兩端採樣輸出隔離電壓的隔離電壓採樣電路，所述濾波電路由LC組成的串諧低通濾波器和陷波濾波器組成；通過功率放大電路和濾波電路輸出的電壓，由比較電路將波形發生產生的正弦波作為基準，與採樣輸出電壓作比較，產生一對佔空比可變的矩形波作為驅動波形，經隔離採樣電路供給控制電路驅動輸出。
2.如權利要求1所述的單相靜變器，其特徵在於，所述的波形發生電路，包括一個電連 接自激振蕩器輸入端的穩壓器或穩壓電路和電連接自激振蕩器輸出端的整形電路。
3.如權利要求1所述的單相靜變器，其特徵在於，隔離電壓採樣電路是由分別帶有輸 出電壓端子並相互並聯的電流/磁場轉換器和電流/電壓轉換器連接磁場/電壓傳感器組 成的。
4.如權利要求3所述的單相靜變器，其特徵在於，所述的電壓/電流轉換器由高精度的 電阻器組成。
5.如權利要求3所述的單相靜變器，其特徵在於，所述的電流/磁場轉換器由一個多匝 的線圈構成。
6.如權利要求3所述的單相靜變器，其特徵在於，所述的磁場/電壓傳感器是霍爾傳感ο
7.如權利要求1所述的單相靜變器，其特徵在於，濾波電路由LC組成的串諧低通濾波 器和3倍頻帶通陷波濾波器組成。
8.如權利要求1所述的單相靜變器，其特徵在於，隔離電壓採樣電路從輸出電壓兩端 採樣，通過兩相併聯的電流/磁場轉換器Ll和電流/電壓轉換器Rl，將流過的正比於輸出 端電壓幅值的微小採樣電流，經電流/磁場轉換器Ll磁場偶合，由磁場線圈旁的磁場/電 壓傳感器轉變為採樣輸出電壓。
9.如權利要求1所述的單相靜變器，其特徵在於，在霍爾傳感器Hl兩端設置有隔離採 樣端和輸出端的輔助電壓，該輔助電壓由控制電路的電源提供。
全文摘要
本發明提出的一種單相靜變器，包括波形發生電路，控制電路，功率放大電路、輸出電壓採樣電路和濾波電路。所述控制電路設置有控制直流/交流轉換的低頻開關和連接於該控制電路，從輸出電壓兩端採樣輸出隔離電壓的隔離電壓採樣電路，所述濾波電路由LC組成的串諧低通濾波器和陷波濾波器組成；通過功率放大電路和濾波電路輸出的電壓，由比較電路將波形發生電路產生的正弦波作為基準，與採樣輸出電壓作比較，產生一對佔空比可變的矩形波作為驅動波形，經隔離採樣電路供給控制電路驅動輸出。本發明電磁兼容性較好，高空工作穩定，試驗證明，能夠穩定地在213500m高空正常工作。可在-55℃啟動並正常工作，低溫工作穩定可靠。
文檔編號H02M5/42GK101964591SQ201010247248
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者湯易, 陳雁 申請人:成都飛機工業集團電子科技有限公司