CN201365126Y - 一种400Hz动态电压补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种400Hz动态电压补偿装置，包括：隔离降压变压器、串联变压器、负载、LC滤波模块、18脉冲整流器、三单相逆变模块和检测模块，其中隔离降压变压器的原边接电网的三相交流输出端，隔离降压变压器的副边分别接18脉冲整流器的输入端、检测模块的输入端和串联变压器副边的一端，串联变压器副边的另一端串接负载后分别接隔离降压变压器副边的零点N和检测模块的输入端，串联变压器原边串接LC滤波模块后接三单相逆变模块的输出端，18脉冲整流器的输出端接三单相逆变模块的输入端，检测模块的输出端接三单相逆变模块的输入端。本实用新型解决了直线加电***中的电缆压降问题，成本低廉，控制简单，易于工程实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态电压补偿装置，尤其涉及一种400Hz动态电压补偿装置。
背景技术
现代机场的直线加电***采用固定式的400Hz电源提供飞机维护和发动机起动所需的115V/400Hz三相四线交流电。固定的400Hz电源可以是400Hz发电机组或三相380V/50Hz市电变换为115V/400Hz三相四线交流电的静止式功率电子变换器。在直线加电供电方式中，由于机场的特殊性和一台电源保障多架飞机的需要，变换器的输出电缆长度一般较长。在大负载时，由于受电缆压降影响，电缆末端的稳态电压会超出指标要求；在突加或突卸负载时，电缆末端的瞬态电压也会超出设备的允许承受电压范围。该问题的传统解决方案有：
(1)选用专用的中频电缆，减小电缆的单位长度阻抗，达到降低电缆压降的目的；
(2)使中频机组输出较高幅值的电压，减少线缆损耗，再从负荷侧通过变压器降压获得飞机负载需要的合格电源；
(3)可以通过在负载侧加装一个UPS来实现供电冗余，如果供电电压超出飞机负载用电指标，就切断输入电压，转由UPS供给电能；
(4)通过辨认电缆参数、检测瞬态负载大小和性质，实时调节50Hz/400Hz变换器的参考电压的方式来满足负载供电要求。
前两种方案不能彻底消除电缆压降，而且成本较高；第三种方案采用全功率变换，成本太高。第四种方案需要进行复杂的计算，工程实用困难，且不适应一台电源向多架飞机供电的需求。
动态电压补偿器(Dynamic voltage Restorer，DVR)是一种串联于电源与敏感负载之间的电能质量控制器。当电网电压发生暂降或暂升时，动态电压补偿器能够快速输出补偿电压，将敏感负载侧电压恢复到正常电压值。动态电压补偿器只需要补偿电网电压与额定负载电压的偏差量，而且动态响应较快，因此被认为是解决电压暂降问题最经济、最有效的一种电力电子装置。但是，目前对DVR的研究与应用还主要集中在50Hz场合，未有400Hz动态电压补偿器的应用。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种400Hz动态电压补偿装置。
本实用新型一种400Hz动态电压补偿装置，其特征在于包括：隔离降压变压器、串联变压器、负载、LC滤波模块、18脉冲整流器、三单相逆变模块和检测模块，其中隔离降压变压器的原边接电网的三相交流输出端，隔离降压变压器的副边分别接18脉冲整流器的输入端、检测模块的输入端和串联变压器副边的一端，串联变压器副边的另一端串接负载后分别接隔离降压变压器副边的零点N和检测模块的输入端，串联变压器原边串接LC滤波模块后接三单相逆变模块的输出端，18脉冲整流器的输出端接三单相逆变模块的输入端，检测模块的输出端接三单相逆变模块的输入端。
本实用新型解决了直线加电***中的电缆压降问题，可补偿三相不平衡电压，成本低廉，控制简单，易于工程实现。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图；
图2是本实用新型中A相逆变模块的控制示意图；
图3是本实用新型主程序流程图；
图4是本实用新型T2比较中断子程序流程图；
图5是本实用新型CAP5捕获中断子程序。
具体实施方式
由图1可见：一种400Hz动态电压补偿装置，其特征在于包括：隔离降压变压器、串联变压器、负载、LC滤波模块、18脉冲整流器、三单相逆变模块和检测模块，其中隔离降压变压器的原边接电网的三相交流输出端，隔离降压变压器的副边分别接18脉冲整流器的输入端、检测模块的输入端和串联变压器副边的一端，串联变压器副边的另一端串接负载后分别接隔离降压变压器副边的零点N和检测模块的输入端，串联变压器原边串接LC滤波模块后接三单相逆变模块的输出端，18脉冲整流器的输出端接三单相逆变模块的输入端，检测模块的输出端接三单相逆变模块的输入端。
电网的三相交流电压首先输入到隔离降压变压器原边；隔离降压变压器的副边电压同时输出到18脉冲整流器与串联变压器；所述的18脉冲整流器包括三个滤波电感L1、L2、L3，一个自耦变压器和三个二极管整流模块主桥、辅桥1和辅桥2；18脉冲整流器的直流输出到三单相逆变模块；所述的逆变模块包括直流侧电容，以及全桥电路；逆变模块输出到LC滤波器，再与串联变压器的原边相连；串联变压器的副边串入隔离变压器的副边，与负载相连；检测模块检测隔离降压变压器副边的电压以及负载侧的电压，进行处理，得到逆变模块所需要的开关控制信号。检测控制模块采样隔离降压变压器副边电压以及负载侧电压，检测控制模块中锁相环对隔离降压变压器副边电压锁相，输出一个与隔离降压变压器副边电压同相位的单位正弦波；检测控制模块中控制***计算得到负载侧电压有效值，被参考电压有效值相减，偏差值送入PI调节器，输出的信号与锁相环得到的单位正弦相乘，结果送入SPWM驱动信号发生器。
所述的隔离降压变压器原边为△型，连接的是三相三线制的输入电压，隔离降压变压器的副边为Y型，输出的是三相四线制的交流电压；隔离降压变压器的副边绕组电压以一定比例小于原边绕组电压，将输入电压值上下波动转换为向下波动。
所述的18脉冲整流器包括：隔离降压变压器的副边电压经过滤波电感L1、L2、L3输入到自耦变压器原边，自耦变压器的原边同时连接到主二极管整流模块1；隔离降压变压器的另外两组副边输出到两个辅二极管整流模块1、2；
所述的三单相逆变模块包括三个相互独立的单相逆变模块，所述的三单相逆变模块由三个结构相同的单相逆变模块并联组成，所述三个结构相同的单相逆变模块分别为：A相逆变模块、B相逆变模块和C相逆变模块，其中A相逆变模块包括第三电容C3，第五十一开关管51、第五十二开关管52、第五十三开关管53和第五十四开关管54，其中整流器输出的直流输入到直流侧电容C3，第三电容C3的输入端分别接第五十一开关管51的漏极和第五十三开关管53的漏极，第三电容C3的输出端分别接第五十二开关管52的源极和第五十四开关管54的源极，第五十一开关管51的源极分别接第五十二开关管52的漏极和LC滤波模块的输出端，第五十三开关管53的源极分别接第五十四开关管54的漏极和LC滤波模块的输出端；
B相逆变模块包括第二电容C2，第四十一开关管41、第四十二开关管42、第四十三开关管43和第四十四开关管44，其中第二电容C2的输入端分别接第四十一开关管41的漏极和第四十三开关管43的漏极，第二电容C2的输出端分别接第四十二开关管42的源极和第四十四开关管44的源极，第四十一开关管41的源极分别接第四十二开关管42的漏极和LC滤波模块的输出端，第四十三开关管43的源极分别接第四十四开关管44的漏极和LC滤波模块的输出端；
C相逆变模块包括第一电容C1，第三十一开关管31、第三十二开关管32、第三十三开关管33和第三十四开关管34，其中第一电容C1的输入端分别接第三十一开关管31的漏极和第三十三开关管33的漏极，第一电容C1的输出端分别接第三十二开关管32的源极和第三十四开关管34的源极，第三十一开关管31的源极分别接第三十二开关管32的漏极和LC滤波模块的输出端，第三十三开关管33的源极分别接第三十四开关管34的漏极和LC滤波模块的输出端。
逆变模块输出与LC滤波模块相连，分别为：A相，从两桥臂中点输出，连接到电感La，电容Ca；B相，从两桥臂中点输出，连接到电感Lb，电容Cb；C相，从两桥臂中点输出，连接到电感Lc，电容Cc。LC滤波模块的输出与串联变压器原边相连，分别为：A相，电容Ca与串联变压器Ta并联；B相，电容Cb与串联变压器Tb并联；C相，电容Cc与串联变压器Tc并联。串联变压器Ta、Tb、Tc分别串联接入A、B、C三相主电路。
所述的开关管采用IGBT模块。
本实用新型中18脉冲整流器采用多脉冲整流技术，不需要外加整流控制器，输入电流谐波较小。
本实用新型中逆变模块采用PWM全桥逆变，三相输出相互独立，可以补偿三相不平衡电压。
由图2可见：检测控制模块需要采样隔离降压变压器副边电压以及负载侧电压。控制***包括锁相环，以及负载侧电压有效值闭环控制，锁相环实现对隔离降压变压器副边电压锁相，输出一个与隔离降压变压器副边电压同相位的单位正弦波；控制***计算得到负载侧电压有效值，被参考电压有效值相减，偏差值送入PI调节器，输出的信号与锁相环得到的单位正弦相乘，结果送入SPWM驱动信号发生器。驱动信号发生器的输出逆变模块中全桥电路的驱动信号。
本实用新型中控制***控制逆变模块输出与隔离降压变压器副边电压同相位的电压，使负载侧电压有效值稳定在参考电压有效值。
由图3、4、5可见：本实用新型控制***中的软件流程包括初始化子程序、中断服务子程序。其中初始化子程序包括***参数初始化子程序：***初始化，EVA\EVB模块初始化，ADC模块初始化，以及变量初始化子程序；中断服务子程序包括T2比较中断以及CAP5捕获中断。
***进入T2比较中断服务子程序，首先进行ADC转换，将三相负载电压的采样值由模拟量转换为数字量；通过ADC的输出量计算出三相负载侧电压的有效值；将有效值与参考量比较，进行PI调节；PI调节的直流输出量再与单位正弦波相乘，得到调制波；调制波与三角波交截便得到开关管的驱动信号，并退出T2比较中断服务子程序，等待下一次中断事件发生。
所述的CAP5捕获中断子程序实现锁相功能。本程序通过比较输入电压与逆变模块输出电压的相位差，调节T1、T3周期寄存器T1PR、T3PR来改变逆变模块输出电压的频率，从而实现锁相。
Claims (2)
1.一种400Hz动态电压补偿装置，其特征在于包括：隔离降压变压器、串联变压器、负载、LC滤波模块、18脉冲整流器、三单相逆变模块和检测模块，其中隔离降压变压器的原边接电网的三相交流输出端，隔离降压变压器的副边分别接18脉冲整流器的输入端、检测模块的输入端和串联变压器副边的一端，串联变压器副边的另一端串接负载后分别接隔离降压变压器副边的零点N和检测模块的输入端，串联变压器原边串接LC滤波模块后接三单相逆变模块的输出端，18脉冲整流器的输出端接三单相逆变模块的输入端，检测模块的输出端接三单相逆变模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种400Hz动态电压补偿装置，其特征在于：所述的三单相逆变模块由三个结构相同的单相逆变模块并联组成，所述三个结构相同的单相逆变模块分别为：A相逆变模块、B相逆变模块和C相逆变模块，其中A相逆变模块包括第三电容(C3)，第五十一开关管(51)、第五十二开关管(52)、第五十三开关管(53)和第五十四开关管(54)，其中第三电容(C3)的输入端分别接第五十一开关管(51)的漏极和第五十三开关管(53)的漏极，第三电容(C3)的输出端分别接第五十二开关管(52)的源极和第五十四开关管(54)的源极，第五十一开关管(51)的源极分别接第五十二开关管(52)的漏极和LC滤波模块的输出端，第五十三开关管(53)的源极分别接第五十四开关管(54)的漏极和LC滤波模块的输出端；
B相逆变模块包括第二电容(C2)，第四十一开关管(41)、第四十二开关管(42)、第四十三开关管(43)和第四十四开关管(44)，其中第二电容(C2)的输入端分别接第四十一开关管(41)的漏极和第四十三开关管(43)的漏极，第二电容(C2)的输出端分别接第四十二开关管(42)的源极和第四十四开关管(44)的源极，第四十一开关管(41)的源极分别接第四十二开关管(42)的漏极和LC滤波模块的输出端，第四十三开关管(43)的源极分别接第四十四开关管(44)的漏极和LC滤波模块的输出端；
C相逆变模块包括第一电容(C1)，第三十一开关管(31)、第三十二开关管(32)、第三十三开关管(33)和第三十四开关管(34)，其中第一电容(C1)的输入端分别接第三十一开关管(31)的漏极和第三十三开关管(33)的漏极，第一电容(C1)的输出端分别接第三十二开关管(32)的源极和第三十四开关管(34)的源极，第三十一开关管(31)的源极分别接第三十二开关管(32)的漏极和LC滤波模块的输出端，第三十三开关管(33)的源极分别接第三十四开关管(34)的漏极和LC滤波模块的输出端。
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