CN104793090A

CN104793090A - 分离式电压跌落模拟器

Info

Publication number: CN104793090A
Application number: CN201510237669.7A
Authority: CN
Inventors: 郭世勇; 朱彬若; 张垠
Original assignee: SHANGHAI LIONCEL ELECTRONIC CO Ltd; State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI LIONCEL ELECTRONIC CO Ltd; State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2015-07-22

Abstract

一种分离式电压跌落模拟器，包括：模块化封装的主控机和与之相连的模块化封装的至少一台调压装置，其中：调压装置将额定电压和跌落电压输出至主控机，主控机根据预设的跌落电压值，控制调压装置调整跌落电压，主控机和多台调压装置组合连接方式。本发明采用分离式模块化的主控机和调压装置，使得本发明可以根据不同产品需求选配不同规格、不同容量和数量的调压装置，具有可扩展性；而且减轻了整体重量和体积，方便移动、试验布置和计量。

Description

分离式电压跌落模拟器

技术领域

本发明涉及的是一种电力电子设备技术领域和电磁兼容(EMC)测试领域的技术，具体是一种符合IEC61000‐4‐11和GB/T17626.11标准要求的分离式电压跌落模拟器。

背景技术

目前用于做电压跌落试验的电压跌落模拟器往往是一体化设计，控制、回路部分和调压部分集中在一台机器之中。现有电压跌落模拟器具有体积大、重量重，导致该电压跌落模拟器不易于移动和试验布置的缺点，这类电压跌落模拟器的功率容量既定，使得很难满足不同容量被试品的需求。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101478244，公开(公告)日2009.07.08，公开了一种风力发电用电压跌落发生器，包括上位机、数据采集卡、IGBT驱动与保护电路、两个IGBT双向开关、调压器、电压霍尔传感器、电流霍尔传感器和风电机组。通过电压霍尔传感器、电流霍尔传感器获取电压跌落发生器输出的三相电压、电流信号，利用数据采集卡采集电压跌落发生器输出的三相电压、电流信号并传送到上位机，上位机通过数据采集卡向IGBT驱动与保护电路输出电压跌落与恢复指令信号，控制两个IGBT双向开关轮流导通，使电压跌落发生器输出电压在调压器的原边和副边之间切换，从而模拟各种对称与不对称电网电压跌落故障。该技术具有操作简单、可靠性高、实时性好等特点，适用于风电机组在电网电压故障情况下的性能测试和研究。但该电压跌落发生器控制、回路部分与调压部分和风力发电机组集中于一台机器中。调压器往往机器大、重量重，不易于移动和实验布置，及调压器功率容量既定，无法灵活扩展，使其很难满足不同容量被试品的需求。

中国专利文献号CN101149412公开(公告)日2008.03.26，公开了一种可编程控制器数控型周波电压跌落模拟发生器，其特征在于，由工业人机界面触摸屏、可编程控制器、步进电机驱动器、步进电机、自偶调压器、过零采样电路、交－直流电压变换电路、IGBT电压控制电路组成，工业人机界面触摸屏与可编程控制器相连接，可编程控制器分别与过零采样电路、步进电机驱动器、交－直流电压变换电路、IGBT电压控制电路连接，交－直流电压变换电路分别与自偶调压器和IGBT电压控制电路连接，步进电机驱动器通过步进电机与自偶调压器连接。该技术的优点是采用了带A/D转换功能的新型可编程控制器(PLC)，实现了满足相关标准要求的周波电压跌落模拟量控制。该技术抗干扰性强，可靠性高，易于追随相关试验标准的修订进行软件升级。但该周波电压跌落模拟发生器其控制、回路部分与调压部分集中于一台机器中。调压器往往机器大、重量重，不易于移动和实验布置，及调压器功率容量既定，无法灵活扩展，使其很难满足不同容量被试品的需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种分离式电压跌落模拟器，采用分离式模块化的主控机和调压装置，使得本发明可以根据不同产品需求选配不同规格、不同容量和数量的调压装置，具有可扩展性；而且减轻了整体重量和体积，方便移动、试验布置和计量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：模块化封装的主控机和与之相连的模块化封装的至少一台调压装置，其中：调压装置将额定电压V₁和跌落电压V₂输出至主控机，主控机根据预设的跌落电压值，控制调压装置调整跌落电压V₂。

当被试品供电电源为单相交流电源，则选配一台调压装置，其中：调压装置的容量为2A、16A、32A或100A，则配置为1台2A调压器、1台16A调压器、1台32A调压器、1台100A调压器。

当被试品供电电源为三相交流电源时，则选配三台上述调压装置，其中：调压装置的容量为2A、16A、32A或100A，则配置为3台2A调压器、3台16A调压器、3台32A调压器、3台100A调压器。实际测试可根据自身需求选配自有手动调压装置(不需要配置本发明涉及的调压装置)正常进行电压跌落模拟实验。

附图说明

图1为实施例1单台调压装置示意图。

图2为实施例1多台调压装置示意图。

图3为本发明结构示意图。

图4为供电电路结构示意图。

图5为IGBT驱动电路示意图。

图6为电压采样检测电路示意图。

图7为实施例流程示意图；

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：模块化封装的主控机1和与之相连的模块化封装的单台调压装置2，其中：调压装置2将额定电压V₁和跌落电压V₂输出至主控机1，主控机1根据预设的跌落电压值，控制调压装置2调整跌落电压V₂。

如图2所示，主控机和多台调压装置组合连接方式。

如图3所示，所述的主控机1包括：依次连接的IGBT开关切换电路11、电压采样检测电路12、控制电路13及人机控制单元14，其中：IGBT开关切换电路11与被试品W连接并接收调压电源22调整后的电压，IGBT开关切换电路11接收输入电压V_in，经IGBT开关处理并输出开关切换后的电压至电压采样检测电路12，电压采样检测电路12对IGBT开关切换后的高交流电压处理并输出低直流电压至控制电路13，控制电路13对电压跌落波形及参数经通信电路处理并输出电压跌落模拟波形和参数至人机控制单元14，人机控制单元14对实验人员实验参数经触摸屏设定并输出给控制电路。

所述的调压装置2包括：调压电源驱动器21、调压电源22及电压表头23，其中：调压电源22接收输入电压V_in，经自身电机带动碳刷在线圈上滑动取得变动电压并输出此变动电压至电压表头23，并输出此变动电压至IGBT开关切换电路11，调压电源驱动器21分别与控制电路13和调压电源22相连并接收控制电路13的调压指令和驱动调压电源22电机进行调压。

所述的IGBT开关切换电路11包括：依次串联连接的供电电路、IGBT驱动电路和IGBT模块，其中：供电电路向IGBT驱动电路输出20V电源，IGBT驱动电路向IGBT模块输出“+15V导通信号”和“‐5V截止信号”。

如图4所示，所述的供电电路包括：两个安规电容C1、C2、共模电感L1、第一变压器T1、第一整流桥模块DB1、第一电解电容CD1、两个滤波电容C3、C4、电源稳压芯片U1和第一稳压二极管Z1，其中：共模电感L1的输出端与第一变压器T1的初级线圈端相连，两个安规电容C1、C2分别连接于共模电感L1的输入端和输出端之间，第一变压器T1的次级线圈与第一整流桥模块DB1相连，第一整流桥模块DB1的输出端连接至电源稳压芯片U1的输入端，电源稳压芯片U1的输出端向IGBT驱动电路输出20V电源，两个滤波电容C3、C4分别并联于电源稳压芯片U1的输入端和输出端，第一电解电容CD1并联于电源稳压芯片U1的输入端，电源稳压芯片U1的接地端通过第一稳压二极管Z1接供电电路的负极输出端。

如图5所示，所述的IGBT驱动电路包括：IGBT驱动模块U2、第二整流桥模块DB2、第一压敏电阻RV1、波形吸收电路、第一至第五电阻R1～R5，第二和第三电解电容CD2、CD3以及光耦合器U3，其中：第二整流桥模块DB2的输入端分别连接电压输入端和电压输出端，第二整流桥模块DB2的输出端和IGBT模块的输入、输出连接，第一压敏电阻RV1并联在IGBT模块Q1的输入、输出端之间，电阻R1和二极管D1并联后再和电容C1串联组合成保护电路并联在IGBT模块Q1的输入、输出端之间，IGBT驱动模块U2的第一端口分别和IGBT模块的输出端、第二电解电容CD2连接，第二端口分别和第三电解电容CD3、电阻R3、图4所示供电电路+20V连接，第三端口通过电阻R2和IGBT模块驱动端连接，第五端口和光耦U3连接，第六端口通过二极管D2和IGBT模块输入端连接，第九端口和图4所示供电电路‐20V连接，第十四端口与单片机IO口连接，第十五端口通过第五电阻R5和VCC供电连接，第二和第三电解电容CD2、CD3的另一端共同连接图4所示供电电路‐20V端，光耦第三端口通过第四电阻R4和VCC供电连接，并输出给单片机INTA端，光耦第四端口和供电地连接。

所述的IGBT驱动模块U2采用EXB841芯片，用于驱动和保护IGBT，该模块20V供电，单片机控制输入为第十四端口，IGBT保护输出单片机为INTA端，和IGBT模块连接为第一、第三、第六端口，交流电通过桥堆流经IGBT模块，通过IGBT模块控制交流电的通与断，因为IGBT只能控制DC，AC需要经过整流桥模块转换。

如图6所示，所述的电压采样检测电路12包括：交流电输入J1、第二变压器T2、第三整流桥模块DB3、可调电阻RV1、两个匹配电阻R6、R7，第四和第五电解电容CD4、CD5，第二稳压二极管Z2，其中：交流电输入J1和第二变压器T2连接，交流电通过交流电输入J1输送给第二变压器T2，第三整流桥模块DB3与第二变压器T2连接，交流电通过变压、整理变为脉动直流信号，第三整流桥模块DB3和可调电阻RV1连接，可调电阻RV1、匹配电阻R6、R7以及第四和第五电解电容CD4、CD5一起组合成滤波电路，滤除脉动直流信号的纹波，再经过稳压二极管Z2使其直流信号趋于稳定。

所述的第二变压器为降压变压器，其初级次级匝数比220:5。

所述的控制电路13包括：MCU芯片C8051F340及其控制IO引脚。

所述的调压电源驱动器21包括：依次连接的电机驱动电路和电机，其中：控制电路13输出控制正反转信号至电机驱动电路驱动电机转动，从而驱动调压电源22调整跌落电压。

如图7所示，本实施例工作过程如下：

1)试验人员判断被试品供电电源为单相电源或者三相电源、并判断被试品功率容量和是否需要配手动调压装置；通过主控机上的人机控制单元设定被试品所需跌落电压值；

2)主控机通过电压采样检测电路检测主控机是否连接调压装置，是则转向步骤3)，否则转向步骤5)；

3)主控机的电压采样检测电路对调压电源进行电压采样，并将采样结果传输给控制电路；

4)控制电路将采样结果传输给人机控制单元，人机控制单元将结果显示出来；同时，根据调压电源传输的跌落电压和预设的电压，控制电路控制调压电源驱动器转动，驱动调压电源对跌落电压进行调整，转向步骤6)；

5)人机控制单元提醒试验人员连接自配调压装置，试验人员通过自配调压装置手动转动转环实现跌落电压的调整；

6)电压表头将调整后的结果显示出来，同时被试品通过IGBT开关切换电路按需要选择设定电压或跌落电压进行试验。

与现有技术相比，本装置的优势在于：可以根据不同产品需求选配不同规格、不同容量和数量的调压装置，具有可扩展性；而且减轻了整体重量和体积，方便移动、试验布置和计量。

Claims

1.一种分离式电压跌落模拟器，其特征在于，包括：模块化封装的主控机和与之相连的模块化封装的至少一台调压装置，其中：调压装置将额定电压和跌落电压输出至主控机，主控机根据预设的跌落电压值，控制调压装置调整跌落电压，主控机和多台调压装置组合连接方式；

所述的主控机包括：依次连接的IGBT开关切换电路、电压采样检测电路、控制电路及人机控制单元，其中：IGBT开关切换电路与被试品W连接并接收调压电源调整后的电压，IGBT开关切换电路接收输入电压V_in，经IGBT开关处理并输出开关切换后的电压至电压采样检测电路，电压采样检测电路对IGBT开关切换后的高交流电压处理并输出低直流电压至控制电路，控制电路对电压跌落波形及参数经通信电路处理并输出电压跌落模拟波形和参数至人机控制单元，人机控制单元对实验人员实验参数经触摸屏设定并输出给控制电路；

所述的调压装置包括：调压电源驱动器、调压电源及电压表头，其中：调压电源接收输入电压V_in，经自身电机带动碳刷在线圈上滑动取得变动电压并输出此变动电压至电压表头，并输出此变动电压至IGBT开关切换电路，调压电源驱动器分别与控制电路和调压电源相连并接收控制电路的调压指令和驱动调压电源电机进行调压；

所述的IGBT开关切换电路包括：依次串联连接的供电电路、IGBT驱动电路和IGBT模块。

2.根据权利要求1所述的分离式电压跌落模拟器，其特征是，所述的供电电路包括：两个安规电容C1、C2、共模电感L1、第一变压器T1、第一整流桥模块DB1、第一电解电容CD1、两个滤波电容C3、C4、电源稳压芯片U1和第一稳压二极管Z1，其中：共模电感L1的输出端与第一变压器T1的初级线圈端相连，两个安规电容C1、C2分别连接于共模电感L1的输入端和输出端之间，第一变压器T1的次级线圈与第一整流桥模块DB1相连，第一整流桥模块DB1的输出端连接至电源稳压芯片U1的输入端，电源稳压芯片U1的输出端向IGBT驱动电路输出20V电源，两个滤波电容C3、C4分别并联于电源稳压芯片U1的输入端和输出端，第一电解电容CD1并联于电源稳压芯片U1的输入端，电源稳压芯片U1的接地端通过第一稳压二极管Z1接供电电路的负极输出端。

3.根据权利要求1所述的分离式电压跌落模拟器，其特征是，所述的IGBT驱动电路包括：IGBT驱动模块U2、第二整流桥模块DB2、第一压敏电阻RV1、波形吸收电路、第一至第五电阻R1～R5，第二和第三电解电容CD2、CD3以及光耦合器U3，其中：第二整流桥模块DB2的输入端分别连接电压输入端和电压输出端，第二整流桥模块DB2的输出端和IGBT模块的输入、输出连接，第一压敏电阻RV1并联在IGBT模块Q1的输入、输出端之间，电阻R1和二极管 D1并联后再和电容C1串联组合成保护电路并联在IGBT模块Q1的输入、输出端之间，IGBT驱动模块U2的第一端口分别和IGBT模块的输出端、第二电解电容CD2连接，第二端口分别和第三电解电容CD3、电阻R3、供电电路正极输出端连接，第三端口通过电阻R2和IGBT模块驱动端连接，第五端口和光耦U3连接，第六端口通过二极管D2和IGBT模块输入端连接，第九端口和供电电路负极输出端连接，第十四端口与单片机IO口连接，第十五端口通过第五电阻R5和VCC供电连接，第二和第三电解电容CD2、CD3的另一端共同连接供电电路负极输出端端，光耦第三端口通过第四电阻R4和VCC供电连接，并输出给单片机INTA端，光耦第四端口和供电地连接。

4.根据权利要求3所述的分离式电压跌落模拟器，其特征是，所述的IGBT驱动模块U2采用EXB841芯片，用于驱动和保护IGBT，该模块20V供电，单片机控制输入为第十四端口，IGBT保护输出单片机为INTA端，和IGBT模块连接为第一、第三、第六端口，交流电通过桥堆流经IGBT模块，通过IGBT模块控制交流电的通与断，因为IGBT只能控制DC，AC需要经过整流桥模块转换。

5.根据权利要求1所述的分离式电压跌落模拟器，其特征是，所述的电压采样检测电路包括：交流电输入J1、第二变压器T2、第三整流桥模块DB3、可调电阻RV1、两个匹配电阻R6、R7，第四和第五电解电容CD4、CD5，第二稳压二极管Z2，其中：交流电输入J1和第二变压器T2连接，交流电通过交流电输入J1输送给第二变压器T2，第三整流桥模块DB3与第二变压器T2连接，交流电通过变压、整理变为脉动直流信号，第三整流桥模块DB3和可调电阻RV1连接，可调电阻RV1、匹配电阻R6、R7以及第四和第五电解电容CD4、CD5一起组合成滤波电路，滤除脉动直流信号的纹波，再经过稳压二极管Z2使其直流信号趋于稳定。

6.根据权利要求5所述的分离式电压跌落模拟器，其特征是，所述的第二变压器T2为降压变压器，其初级次级匝数比220:5。

7.根据权利要求1所述的分离式电压跌落模拟器，其特征是，所述的调压电源驱动器包括：依次连接的电机驱动电路和电机，其中：控制电路输出控制正反转信号至电机驱动电路驱动电机转动，从而驱动调压电源调整跌落电压。