一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，该调压器包括主电路、中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路、脉冲隔离放大电路、键盘与显示电路、第一控制电源和第二控制电源。主电路包括三相不可控整流器、直流滤波器和三相IGBT逆变器；中央控制电路包括微处理器和脉冲分离输出电路；本发明专利技术调压器的输出交流电压通过18脉冲的空间电压矢量脉宽调制技术以及电压闭环控制，功率因数高、谐波小、电压稳定性好，克服了晶闸管移相控制时功率因数低、谐波大、电压稳定性差的缺点；不需要传统电磁感应式调压器的铁心和绕组，重量轻，体积小，便于携带；线路结构简单，可靠，可广泛应用于任何需要可变电源电压的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子、电能变换技术，尤其涉及一种三相高功率因数，低谐波的电子调压器。
技术介绍
目前所用的调压器大都采用电磁感应式调压器，或晶闸管移相控制的电子调压器，前者，因为需要铁心和绕组，铁心用来构成磁路，绕组用来产生感应电压，其重量重，有色金属消耗大，调压器工作时会产生铜损和铁损，损耗大，致使其效率不高；而后者，由于采用移相来控制输出电压，在输出电压较低时，移相角较大，致使功率因数降低，同时产生过大的无功功率和谐波。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，本专利技术采用IGBT逆变器控制输出电压，不需要铁心和绕组，不需要通过移相来控制输出电压，克服了感应式调压器和晶闸管移相调压器所具有的缺点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，包括主电路、中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路、脉冲隔离放大电路、键盘与显示电路、第一控制电源和第二控制电源。所述主电路包括依次相连的三相不可控整流器、直流滤波器和三相IGBT逆变器；所述中央控制电路包括微处理器和脉冲分离输出电路；所述脉冲隔离放大电路包括光电耦合隔离电路和脉冲放大电路；所述第一控制电源为中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路和键盘与显示电路供电；所述第二控制电源为脉冲隔离放大电路供电；电网的三相恒频恒压的交流电源输入到主电路，经过主电路变换为恒频变压的交流电，输出到三相交流负载；键盘与显示电路通过人机接口输入预期的输出电压值到中央控制电路，输出电压检测电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电压并反馈到微处理器，过电流检测电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电流并反馈到微处理器，微处理器将根据18脉冲SVPWM原理计算出的脉冲输入到脉冲分离输出电路按相分离，然后把分离后的脉冲送到脉冲隔离放大电路进行放大隔离，再送到主电路，控制主电路的三相IGBT逆变器，输出恒频变压的三相交流电。进一步地，所述输出电压检测电路包括二极管整流模块U1，电容C1-C4，电阻R1、R2，电位器RP1和模拟电压隔离放大器U2；主电路三相IGBT逆变器的三相输出电压接到二极管整流模块U1的交流侧，二极管整流模块U1直流侧输出直流电压，经电容C1和C2滤波，经电阻R1、电位器RP1和电阻R2组成的分压电路分压，从电位器两端取得输出电压，再经过电容C3滤波送给模拟电压隔离放大器U2，模拟电压隔离放大器U2的输出电压经电容C4滤波后接到微处理器的模拟信号输入端口。进一步地，所述过电流检测电路由A相、B相、C相三相窗口比较器并联而成，每相结构完全相同，以A相为例，A相窗口比较器由电阻RA1-RA4，电位器RPA，运算放大器U6A，二极管DA1-DA3组成；二极管DA1的负极和二极管DA2的正极相连后作为窗口比较器的输入端，二极管DA1的正极接电阻RA1的一端，电阻RA1的另一端与电位器RPA的可调端相连后接运算放大器U6A的负输入端，电位器RPA的一端接+12V电源，另一端接地；二极管DA2的负极接电阻RA2的一端，电阻RA2的另一端与电阻RA3的一端相连后接运算放大器U6A的正输入端，电阻RA3的另一端接地；电阻RA4与二极管DA3的正极相连后接运算放大器U6A的输出端，运算放大器U6A的正电源端接+12V电源，负电源端接-12V电源，电阻RA4的另一端接+12V电源，二极管DA3的负极作为窗口比较器的输出端。主电路三相IGBT逆变器的输出A相电流经电流互感器输出的电流信号IA1接到窗口比较器的输入端。通过电阻RA2、RA3确定窗口比较器的正门槛，通过RPA确定窗口比较器的负门槛；当输入电流信号IA1正幅值超过正门槛电压或负幅值超过负门槛电压时，窗口比较器输出信号VA0输出高电平；当输入电流信号IA1没有超过门槛电压时，窗口比较器输出信号VA0输出低电平。同理，B相、C相对应的输入电流信号分别为IB1和IC1，对应的输出信号分别为VB0和VC0，如果VA0、VB0和VC0三相有任一相发生过电流则输出高电平，此时向微处理器发出中断申请，进行保护。进一步地，所述脉冲分离输出电路由A相、B相、C相脉冲分离输出电路组成，以A相为例，A相脉冲分离输出电路由与非门U4A-U4C，电阻R6、R7，电容C6、C7，二极管D6、D7组成。与非门U4A的两个输入端和与非门U4B的一输入端相连后作为A相脉冲分离输出电路的输入端，与非门U4A的输出端接与非门U4C的一输入端；电阻R6的一端、电容C6的一端和二极管D6的正极相连后接与非门U4B的另一输入端；电阻R6的另一端接+5V电源；电阻R7的一端、电容C7的一端和二极管D7的正极相连后接与非门U4C的另一输入端；电阻R7的另一端接+5V电源；电容C6的另一端和电容C7的另一端相连后接地；二极管D6的负极和与非门U4C的输出端相连后作为脉冲隔离放大电路的A相下桥臂的输入端；二极管D7的负极和与非门U4B的输出端相连后作为脉冲隔离放大电路的A相上桥臂的输入端；B相和C相的脉冲分离输出电路与A相完全相同。微处理器输出的A相PWMA信号接到A相脉冲分离电路输入端，经过与非门U4A反相，变为B信号，PWMA信号与B信号分别接到与非门U4B和U4C的一个输入端，与非门U4B的另一个输入端C和与非门U4C的另一个输入端D分别与电阻R6、电容C6，电阻R7、电容C7构成的延迟电路相接，并经过二极管D6和D7交叉连接到U4C和U4B的输出端PWMAB和PWMAT，当PWMAT由低电平变高电平时，D端要经过由电阻R7和电容C7构成的延迟电路延迟一段时间后才能变为高电平，从而使U4C的输出端PWMAB要延迟一段时间变低电平，使得A相下桥臂的IGBT开关管的导通时间要比上桥臂的关断时间延长时间Td；当PWMAB由低电平变高电平时，C端要经过由电阻R6和电容C6构成的延迟电路延迟一段时间后才能变为高电平，从而使U4B的输出端PWMAT要延迟一段时间变低电平，使得A相上桥臂的IGBT开关管的导通时间要比下桥臂的关断时间延长时间Td。进一步地，所述脉冲隔离放大电路共有六路，分别对应主电路三相IGBT逆变器的六只IGBT开关管，以A相上桥臂为例，A相上桥臂脉冲隔离放大电路由快速光电耦合器U3，电阻R11-R14，电容C11、C12，二极管D11，稳压管DW1、DW2，PNP三极管Q11，NPN三极管Q12组成。快速光电耦合器U3的正输入端接+5V电源，负输入端接A相脉冲分离输出...

【技术保护点】
一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，其特征在于，包括主电路、中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路、脉冲隔离放大电路、键盘与显示电路、第一控制电源和第二控制电源。所述主电路包括依次相连的三相不可控整流器、直流滤波器和三相IGBT逆变器；所述中央控制电路包括微处理器和脉冲分离输出电路；所述脉冲隔离放大电路包括光电耦合隔离电路和脉冲放大电路；所述第一控制电源为中央控制电路、输出电压检测电路、过流检测电路和键盘与显示电路供电；所述第二控制电源为脉冲隔离放大电路供电；电网的三相恒频恒压的交流电源输入到主电路，经过主电路变换为恒频变压的交流电，输出到三相交流负载；键盘与显示电路通过人机接口输入预期的输出电压值到中央控制电路，输出电压检测电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电压并反馈到微处理器，过电流检测电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电流并反馈到微处理器，微处理器将根据18脉冲SVPWM原理计算出的脉冲输入到脉冲分离输出电路按相分离，然后把分离后的脉冲送到脉冲隔离放大电路进行放大隔离，再送到主电路，控制主电路的三相IGBT逆变器，输出恒频变压的三相交流电。

【技术特征摘要】
1.一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，其特征在于，包括主电路、中央控制
电路、输出电压检测电路、过流检测电路、脉冲隔离放大电路、键盘与显示电路、第一控制
电源和第二控制电源。所述主电路包括依次相连的三相不可控整流器、直流滤波器和三相
IGBT逆变器；所述中央控制电路包括微处理器和脉冲分离输出电路；所述脉冲隔离放大电路
包括光电耦合隔离电路和脉冲放大电路；所述第一控制电源为中央控制电路、输出电压检测
电路、过流检测电路和键盘与显示电路供电；所述第二控制电源为脉冲隔离放大电路供电；
电网的三相恒频恒压的交流电源输入到主电路，经过主电路变换为恒频变压的交流电，输出
到三相交流负载；键盘与显示电路通过人机接口输入预期的输出电压值到中央控制电路，输
出电压检测电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电压并反馈到微处理器，过电流检测
电路检测出主电路三相IGBT逆变器的输出电流并反馈到微处理器，微处理器将根据18脉冲
SVPWM原理计算出的脉冲输入到脉冲分离输出电路按相分离，然后把分离后的脉冲送到脉
冲隔离放大电路进行放大隔离，再送到主电路，控制主电路的三相IGBT逆变器，输出恒频
变压的三相交流电。
2.根据权利要求1所述的一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，其特征在于，
所述输出电压检测电路包括二极管整流模块U1，电容C1-C4，电阻R1、R2，电位器RP1和
模拟电压隔离放大器U2；主电路三相IGBT逆变器的三相输出电压接到二极管整流模块U1
的交流侧，二极管整流模块U1直流侧输出直流电压，经电容C1和C2滤波，经电阻R1、电
位器RP1和电阻R2组成的分压电路分压，从电位器两端取得输出电压，再经过电容C3滤波
送给模拟电压隔离放大器U2，模拟电压隔离放大器U2的输出电压经电容C4滤波后接到微
处理器的模拟信号输入端口。
3.根据权利要求1所述的一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，其特征在于，
所述过电流检测电路由A相、B相、C相三相窗口比较器并联而成，每相结构完全相同，以
A相为例，A相窗口比较器由电阻RA1-RA4，电位器RPA，运算放大器U6A，二极管DA1-DA3
组成；二极管DA1的负极和二极管DA2的正极相连后作为窗口比较器的输入端，二极管DA1
的正极接电阻RA1的一端，电阻RA1的另一端与电位器RPA的可调端相连后接运算放大器
U6A的负输入端，电位器RPA的一端接+12V电源，另一端接地；二极管DA2的负极接电阻
RA2的一端，电阻RA2的另一端与电阻RA3的一端相连后接运算放大器U6A的正输入端，
电阻RA3的另一端接地；电阻RA4与二极管DA3的正极相连后接运算放大器U6A的输出

\t端，运算放大器U6A的正电源端接+12V电源，负电源端接-12V电源，电阻RA4的另一端
接+12V电源，二极管DA3的负极作为窗口比较器的输出端。主电路三相IGBT逆变器的输
出A相电流经电流互感器输出的电流信号IA1接到窗口比较器的输入端。通过电阻RA2、RA3
确定窗口比较器的正门槛，通过RPA确定窗口比较器的负门槛；当输入电流信号IA1正幅值
超过正门槛电压或负幅值超过负门槛电压时，窗口比较器输出信号VA0输出高电平；当输入
电流信号IA1没有超过门槛电压时，窗口比较器输出信号VA0输出低电平。同理，B相、C
相对应的输入电流信号分别为IB1和IC1，对应的输出信号分别为VB0和VC0，如果VA0、
VB0和VC0三相有任一相发生过电流则输出高电平，此时向微处理器发出中断申请，进行保
护。
4.根据权利要求1所述的一种基于18脉冲的SVPWM三相电子调压器，其特征在于，
所述脉冲分离输出电路由A相、B相、C相脉冲分离输出电路组成，以A相为例，A相脉冲
分离输出电路由与非门U4A-U4C，电阻R6、R7，电容C6、C7，二极管D6、D7组成。与非
门U4A的两个输入端和与非门U4B的一输入端相连后作为A相脉冲分离输出电路的输入端，
与非门U4A的输出端接与非门U4C的一输入端；电阻R6的一端、电容C6的一端和二极管
D6的正极相连后接与非门U4B的另一输入端；电阻R6的另一端接+5V电源；电阻R7的一
端、电容C7的一端和二极管D7的正极相连后接与非门U4C的另一输入端；电阻R7的另一
端接+5V电源；电容C6的另一端和电容C7的另一端相连后接地；二极管D6的负极和与非
门U4C的输出端相连后作为脉冲隔离放大电路的A相下桥臂的输入端；二极管D7的负极和
与非门U4B的输出端相连后作为脉冲隔离放大电路的A相上桥臂的输入端；B相和C相的
脉冲分离输出电路与A相完全相同。微处理器输出的A相PWMA信号接到A相脉冲分离电
路输入端，经过与非门U4A反相，变为B信号，PWMA信号与B信号分别接到与非门U4B
和U4C的一个输入端，与非门U4B的另一个输入端C和与非门U4C的另一个输入端D分别
与电阻R6、电容C6，电阻R7、电容C7构成的延迟电路相接，并经过二极管D6和D7交叉
连接到U4C和U4B的输出端PWMAB和PWMAT，当PWMAT由低电平变高电平时，D端
要经过由电阻R7和电容C7构成的延迟电路延迟一段时间后才能变为高电平，从而使U4C
的输出端PWMAB要延迟一段时间变低电平，使得A相下桥臂的IGBT开关管的导通时间要
比上桥臂的关断时间延长时间Td；当PWMAB由低电平变高电平时，C端要经过由电阻R6
和电容C6构成的延迟电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈稳太，张琴，
申请(专利权)人：浙江大学宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33