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電源系統(tǒng)輸入為三相三線380V/50Hz交流市電，輸出為三相四線0-500V,60Hz交流電，可分為功率變換主電路和控制電路兩大部分。為提高三相輸出對不平衡負(fù)載的適應(yīng)能力，三相電源的主電路及控制電路按照三套獨立的單相電源進(jìn)行設(shè)計。主電路采用交一直一交結(jié)構(gòu)，包括整流器、直流濾波器、逆變器、交流濾波及變壓器等組成部分。其中，交-直部分為橋式整流，經(jīng)交流接觸器軟啟到電解電容濾波，得到平穩(wěn)電流。整流具有以下特點：
1 整流部分啟動時，采用交流接觸器，實現(xiàn)“軟”啟動，減小對電網(wǎng)的沖擊。
直—交逆變部分采用單相全橋結(jié)構(gòu)，三相系統(tǒng)具有三套完全相同的單相逆變器，它們共用一條直流母線，是本電源的核心。逆變器選用IGBT作為開關(guān)元件。利用IGBT開關(guān)頻率較高的優(yōu)點，采用正弦脈寬調(diào)制方式（SPWM）對逆變器進(jìn)行控制，將平穩(wěn)直流變換為脈寬調(diào)制輸出的交流，該交流基波頻率為所需要的電源輸出頻率。逆變器輸出的脈寬調(diào)制波經(jīng)輸出LC濾波電路濾波后，輸出正弦波交流電。三套單相逆變電路輸出互差120電角度，在變壓器原邊彼此電氣獨立，在變壓器副邊接成星形，輸出所要求的三相交流電。
為提高電磁兼容性能，在電源的輸入和輸出端均接有抗干擾濾波器。
控制電路是由智能化的集中監(jiān)控、單相電壓及波形控制、IGBT逆變控制、輸出檢測、故障檢測及保護(hù)、操作顯示界面、控制電源等部分組成，完成電源系統(tǒng)的輸出頻率、電壓、波形控制、系統(tǒng)的故障診斷及保護(hù)和操作及狀態(tài)等功能。其中，電壓及波形控制針對單相輸出，采用了三套獨立的單相控制器，使三相電源的任一相均可以作為單相電源獨立使用，并可適應(yīng)任意不平衡負(fù)載，從而極大的提高了電源的負(fù)載適應(yīng)能力。
2、IGBT的驅(qū)功與保護(hù)電路
IGBT的驅(qū)功與保護(hù)電路針對單相逆變橋設(shè)計，驅(qū)動保護(hù)電路制成一塊線路板，與單相逆變橋及散熱器一起配裝成單相逆變單元模塊。驅(qū)動電路以日本三菱公司集成驅(qū)動模塊M57962為核心組成。M57962是IGBT模塊的專用驅(qū)動電路，最大可驅(qū)動400A/1200V的元件。該電路內(nèi)部具有快速光耦隔離，適合20kHz左右的高頻開關(guān)運行，并且內(nèi)部具有過流保護(hù)功能。驅(qū)動電路采用+15V/-10V雙電源供電，以提高抗干擾能力。
驅(qū)動電路前級為PWM信號處理電路，它將控制電路送來的單路PWM信號經(jīng)電壓比較器整形反相后，變?yōu)閮陕坊ゲ?SPAN lang=EN-US>180°的信號，作為上下橋臂IGBT元件的控制信號。該信號經(jīng)過死區(qū)電路，其上升沿被延時3-4μs，以保證上下橋臂導(dǎo)通具有不小于3μs的死區(qū)，然后才被送至驅(qū)動電路。
本電源過流保護(hù)采用單管在線保護(hù)和橋臂集中保護(hù)相結(jié)合的雙重過流保護(hù)方案。單管在線保護(hù)由M57962內(nèi)部保護(hù)電路完成，集中保護(hù)電路采用響應(yīng)速度極快的HL電流傳感器檢測直流母線電流。當(dāng)該電路超過設(shè)定閥值時，保護(hù)電路動作，封鎖逆橋所有IGBT的驅(qū)動信號。過壓保護(hù)采用直流母線并聯(lián)無感電容以吸收開關(guān)過程電壓尖峰，對于過流保護(hù)過程中關(guān)斷大電流產(chǎn)生的電壓尖峰，采用縮短直流配線減小分布電感適當(dāng)降低保護(hù)閥值，加大吸收容量等方法加以解決。此外，驅(qū)動板上還設(shè)有功率器件過熱直流母線欠壓兩種保護(hù)。
3、控制電路
本電源采用三相輸出獨立控制，集中監(jiān)控的系統(tǒng)控制方案。由三套單相控制電路和一套集中監(jiān)控電路組成。單相控制電路完成頻率、電壓、波形控制。集中監(jiān)控電路完成輸出電壓、頻率給定，電源系統(tǒng)各功能單元、操作面板和I/O邏輯控制，故障檢測及顯示。電壓給定為模擬量，頻率給定為十位地址選通信號，給定信號、控制及保護(hù)邏輯信號以及控制電源組成本系統(tǒng)的信號總線，將三套單相控制電路、集中監(jiān)控電路和電源電路連成一體。
1）三相控制電路
波形控制針對單相電壓輸出，采用帶電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制方案。在由兩個控制環(huán)構(gòu)成的電壓波形系統(tǒng)中，電流環(huán)是內(nèi)環(huán)，該環(huán)的受控對象是濾波電容的電流Ic；電壓波形控制環(huán)位于電流環(huán)之外，該環(huán)對輸出電壓的瞬時值進(jìn)行控制，使輸出電壓、濾波電容電流由檢測電路檢出整形后，直接送入波形環(huán)，與標(biāo)準(zhǔn)正弦波比較，經(jīng)雙環(huán)調(diào)節(jié)后產(chǎn)生PWM控制脈沖。
標(biāo)準(zhǔn)正弦波產(chǎn)生采用典型的計數(shù)尋址查表方式，標(biāo)準(zhǔn)正弦數(shù)據(jù)存于EPROM中，按輸出頻率時序選通EPROM，在通過D/A轉(zhuǎn)換器將EPROM輸出的正弦數(shù)字量變?yōu)槟M量。該模擬量為正極性，經(jīng)過運放電路對稱下移，電容隔直后，輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦信號。
電壓控制采用閉環(huán)比利調(diào)節(jié)，檢測電路送來的交流輸出電壓信號，經(jīng)過幅值調(diào)整、絕對值交換、有源濾波電路后，變?yōu)榭烧{(diào)的反饋直流量。給定與反饋信號比較，其偏差送至比例調(diào)節(jié)器，經(jīng)調(diào)節(jié)器放大后送到標(biāo)準(zhǔn)正弦波幅值，使輸出電壓的平均值維持恒定，實現(xiàn)輸出穩(wěn)定。
頻率控制通過標(biāo)準(zhǔn)正弦波給定進(jìn)行開環(huán)控制。標(biāo)準(zhǔn)正弦數(shù)據(jù)一周波存儲量為1024字節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)正弦波頻率與額定輸出頻率相同為60Hz，EPROM地址選通信號頻率應(yīng)為409.6KHz，本文采用晶振分頻得到該信號，使輸出頻率精度及穩(wěn)定性均得到良好保證。調(diào)頻用專用電路，調(diào)頻范圍可以由45-60Hz調(diào)節(jié)。三套單相控制電路中，EPROM所存標(biāo)準(zhǔn)正弦數(shù)據(jù)互差120電角度，由于EPROM地址選通為同一組信號，因此產(chǎn)生的三路標(biāo)準(zhǔn)正弦波互差120電角度，從而實現(xiàn)輸出電壓的相位控制。
2) 集中監(jiān)控電路
該電路以一片16位單片機(jī)80C196為核心組成，利用CPU內(nèi)部的8路A/D轉(zhuǎn)換接口完成模擬量檢測，利用CPU的外中斷及PIO完成故障檢測和操作邏輯，面板顯示控制、輸入、輸出的過欠壓保護(hù)和輸出過載保護(hù)則采用軟件方式完成。 檢測電路包括輸出電壓檢測、輸出電流檢測、濾波電容電流檢測三部分。為提高波形環(huán)的控制速度，保證電源品質(zhì)，與波形環(huán)有關(guān)的檢測元件采用磁平衡式HL傳感器。所有檢測信號與主控電路均作電氣隔離。
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