单相程控交流电源

权利要求书

1．关于单相程控交流电源的设计方法，其主要构成为：不控整流电路（2），逆变电路（3），交流LC滤波电路（4），按键（6），LCD（7），人机界面，隔离驱动电路（9），主控单元（10）；保护电路（11）；隔离反馈电路（12）。

2．根据权利要求1所述的不控整流电路，其特征是无控制功能的整流二极管组成的整流电路。

3. 根据权利要求1所述的交流LC滤波电路，其特征是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，起滤波作用。

4. 根据权利要求1所述按键为4×4共16键。

5. 根据权利要求1所述LCD显示为128×64液晶显示。

6. 根据权利要求1所述隔离驱动电路芯片采用IR21844S驱动IGBT工作。

7. 根据权利要求1所述主控单元采用DSP2812来控制整个控制回路。

8. 根据权利要求1所述保护电路是欠压保护，过流保护和IGBTD的温度保护。

9. 根据权利要求1所述隔离反馈电路主要采集输出信号的电压和频率反馈后与输入值是否相等。

说明书

单相程控交流电源装置

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，涉及一种单相程控交流电源装置，此单相程控交流电源是一种模拟电网的电源，主要用于检测逆变器时，逆变器并网的环境电源

背景技术

从能源供应的角度来考虑，太阳能无疑是符合可持续发展战略的理想绿色能源之一。全球能源专家们认为，太阳能将成为本世纪最重要的能源之一。太阳能发电系统就成为了热门话题，太阳能电池板，光伏逆变器等成为个企业研究的对象，当光伏逆变器的检测无疑也备受关注。本文就是设计一个单相交流程控电源来模拟电网来检测逆变器是否能达到并网要求。在电力设备参数的高电压测试中，经常需要一种在一定范围内电压连续可调、波形失真小、频率稳定的高压交流电源作为测量的激励源。以前多直接采用升压变压器获得高电压，再通过继电器改变变压器变化实现电压的调整。因其只有有限个离散点，所以电压不能连续调节。另一方面，由于输出波形与市电波形不相同，所以失真严重。用它作为基准激励源，常常造成测量误差。因此传统的模拟变频电源已远远不能满足现代应用的要求。另外市场上常见的程控电源还有采用模拟闭环方式来保证输出信号的准确度，即在反馈环节上通过输出采样、精密整流和比较积分等模拟环节实现，其硬件设计复杂，体积大、笨，并且由于模拟电路的温漂、时漂的影响，难以达到较高的精度。

为此，研制出高可靠性、高稳定性、功能丰富、操作简单的单相交流程控电源已成为亟待解决的问题，并对其他三相交流设备也有普遍的意义。发明内容

本实用新型的目的是提供一种单相程控交流电源装置。单相程控交流电源测控系统实际上为一大功率变频、调压电源的测控系统，控制输出幅度、频率可调的正弦功率信号，并对输出的大功率信号进行实时监测。在认真学习、研究和总结现有变频电源测控系统的基础上，从软、硬件两方面了实现了系统功能。解决了现有技术中存在的波形输出失真，测量误差多，程控反应慢等问题。

本实用新型的技术方案是使用数字信号处理器DSP进行数字程控交流电源的研究与设计，同时进行实际电源系统的制作将DSP应用于实际的电源系统设计，利用DSP高速的运算能力和丰富的片内资源实现了交流电源与正弦信号发生器的结合得到了正弦波形理想参数可调且稳定性好的正弦功率信号。根据DSP生成SPWM波机理，正弦调制波以表格的形式储存，利用霍尔交流电压、电流采样元件分别获得单相程控交流电源电压和电流信号，将两路采样信号送入DSP的捕获单元，根据两者的差值产生控制信号，通过对正弦表指针及三角波频率的调整，改变SPWM波输出使并网变流与电网电压保持同频同相。

本实用新型的有益效果是为了使系统输出的电压幅值、频率及其它参数的精度达到一定的精度等级，本设计选用高精度波形发生器和采用闭环调节系统以达到上述要求。其中反馈调节环节是整个系统输出大功率正弦信号的稳压精度控制的核心。在该设计中，反馈回路实现电压幅值、频率的闭环调

节。人机接口模块由键盘和显示部分构成，用来输入和显示系统工作的参数，实现可视化。

附图说明

图1是单相程控交流电源整体控制框图；

图2是频率调整图。

图中，1.输入市电220V，50Hz，2.不控整流电路，3.逆变电路，4.交流LC滤波电路，5.被测逆变器，6.按键，7.LCD，8.人机界面，9.隔离驱动电路，10.主控单元；11，保护电路；12.隔离反馈电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型研究的对象是一个单相程控变频变压的交流电源系统，系统基本结构框图如图1所示。系统输入为市电220V，50Hz 1，主电路由不控整流电路2、逆变电路3和交流LC滤波电路4构成，控制部分由人机界面8、主控单元10、隔离驱动电路9、隔离反馈电路12和保护电路11构成。在开始检测逆变器时，先给控制部分上电，通过人机界面8上的按键6输入测试逆变器所需要的电压和频率并可以在LCD 7上显示，通过RS232通讯传输到主控单元10，在接通市电220V，50Hz 1通过不控整流电路2、逆变电路3和交流LC滤波电路4后输出到被测逆变器5，同时通过隔离反馈电路12监测输入到被测逆变器5的电压和频率到主控单元10，通过主控单元10里的比较单元判断从人机界面8的按键6输入的电压和频率是否与输入被测逆变器5输入的电压和频率是否相等，如果相等主控单元10不需要调整PWM控制信号，如果不相等主控单元10则需要调整PWM控制信号驱动逆变电路3产生所需要的电压和频率信号。保护电路11主要检测市电220V，50Hz 1输入是否满足单相程控交流电源输入要

求，如果不满足则跳闸切断电源。同时保护电路11还要检测IGBT的温度，当IGBT的温度过高时隔离驱动电路9断电停止工作。

电压调节

DSP需要实时计算更新SPWM波的占空比，从而控制输出电压幅值。

频率调节

先设计一种由DSP产生50Hz的SPWM波，但是当输入频率发生变化，那么主控制器DSP应该够立刻检测到频率的变化，并通过调频算法改变SPWM波的频率，使之与输入电压同频。设计思路：同样根据DSP生成SPWM波机理，利用霍尔电流采样元件获取逆变输出的电流信号结合给定的电压信号，将采样信号送入DSP捕获单元，捕获两路信号各自上升沿相邻两次过零点时间是否相同，若不同说明两者频率不同步需要调整，则根据调频算法调整SPWM波的周期，达到控制电网电流频率的目的。

电网频率的变化主要包括两种情况。

①电网频率变大

当电网频率波动时，比如频率由50Hz增加到51Hz，DSP的CAP单元捕捉到变化后的电网频率，计时器记录相应的时间为1/51秒，则根据此时间调整控制SPWM波的周期控制寄存器CMPR，相应的减少周期寄存器的值，相当于对正弦调制波进行横向压缩，减小其相邻两点时间间隔，与此同时，为了确保输出电压值不发生变化，同时需要调整三角波的频率，使之与调制波保持一致，改变了输出的SPWM波，即可使其频率跟随电网电压变化并与之同频率。

②电网频率变小

电网频率变小超出并网标准时，相应的调解过程正好相反。相当于对正弦调