專利名稱：一種400Hz動態電壓補償裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種動態電壓補償裝置，尤其涉及一種400Hz動態電壓補償裝置。
背景技術：
現代機場的直線加電系統采用固定式的400Hz電源提供飛機維護和發動機起動所需的 115V/400Hz三相四線交流電。固定的400Hz電源可以是400Hz發電機組或三相380V/50Hz 市電變換為115V/400Hz三相四線交流電的靜止式功率電子變換器。在直線加電供電方式中， 由于機場的特殊性和一臺電源保障多架飛機的需要，變換器的輸出電纜長度一般較長。在 大負載時，由于受電纜壓降影響，電纜末端的穩態電壓會超出指標要求；在突加或突卸負 載時，電纜末端的瞬態電壓也會超出設備的允許承受電壓范圍。該問題的傳統解決方案有
(1) 選用專用的中頻電纜，減小電纜的單位長度阻抗，達到降低電纜壓降的目的；
(2) 使中頻機組輸出較高幅值的電壓，減少線纜損耗，再從負荷側通過變壓器降壓獲得 飛機負載需要的合格電源；
(3) 可以通過在負載側加裝一個UPS來實現供電冗余，如果供電電壓超出飛機負載用電指 標，就切斷輸入電壓，轉由UPS供給電能；
(4) 通過辨認電纜參數、檢測瞬態負載大小和性質，實時調節50Hz/400Hz變換器的參考 電壓的方式來滿足負載供電要求。
前兩種方案不能徹底消除電纜壓降，而且成本較高；第三種方案采用全功率變換， 成本太高。第四種方案需要進行復雜的計算，工程實用困難，且不適應一臺電源向多架 飛機供電的需求。
動態電壓補償器(Dynamic voltage Restorer, DVR)是一種串聯于電源與敏感負載之間 的電能質量控制器。當電網電壓發生暫降或暫升時，動態電壓補償器能夠快速輸出補償電 壓，將敏感負載側電壓恢復到正常電壓值。動態電壓補償器只需要補償電網電壓與額定負 載電壓的偏差量，而且動態響應較快，因此被認為是解決電壓暫降問題最經濟、最有效的 一種電力電子裝置。但是，目甜對DVR的研究與應用還主要集中在50Hz場合，未有4 OOHz 動態電壓補償器的應用。發明內容
本實用新型要解決的技術問題是針對現有技術存在的缺陷提出一種400Hz動態電壓補 償裝置。
本實用新型一種400Hz動態電壓補償裝置，其特征在于包括隔離降壓變壓器、串聯 變壓器、負載、LC濾波模塊、18脈沖整流器、三單相逆變模塊和檢測模塊，其中隔離降壓 變壓器的原邊接電網的三相交流輸出端，隔離降壓變壓器的副邊分別接18脈沖整流器的輸 入端、檢測模塊的輸入端和串聯變壓器副邊的一端，串聯變壓器副邊的另一端串接負載后 分別接隔離降壓變壓器副邊的零點N和檢測模塊的輸入端，串聯變壓器原邊串接LC濾波 模塊后接三單相逆變模塊的輸出端，18脈沖整流器的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端， 檢測模塊的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端。
本實用新型解決了直線加電系統中的電纜壓降問題，可補償三相不平衡電壓，成本低 廉，控制簡單，易于工程實現。
圖1是本實用新型的電路原理圖2是本實用新型中A相逆變模塊的控制示意圖； 圖3是本實用新型主程序流程圖； 圖4是本實用新型T2比較中斷子程序流程圖； 圖5是本實用新型CAP5捕獲中斷子程序。
具體實施方式
由圖l可見 一種400Hz動態電壓補償裝置，其特征在于包括隔離降壓變壓器、串 聯變壓器、負載、LC濾波模塊、18脈沖整流器、三單相逆變模塊和檢測模塊，其中隔離降 壓變壓器的原邊接電網的三相交流輸出端，隔離降壓變壓器的副邊分別接18脈沖整流器的 輸入端、檢測模塊的輸入端和串聯變壓器副邊的一端，串聯變壓器副邊的另一端串接負載 后分別接隔離降壓變壓器副邊的零點N和檢測模塊的輸入端，串聯變壓器原邊串接LC濾 波模塊后接三單相逆變模塊的輸出端，18脈沖整流器的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端， 檢測模塊的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端。
電網的三相交流電壓首先輸入到隔離降壓變壓器原邊；隔離降壓變壓器的副邊電壓同 時輸出到18脈沖整流器與串聯變壓器；所述的18脈沖整流器包括三個濾波電感L1、 L2、L3， 一個自耦變壓器和三個二極管整流模塊主橋、輔橋1和輔橋2; 18脈沖整流器的直流 輸出到三單相逆變模塊；所述的逆變模塊包括直流側電容，以及全橋電路；逆變模塊輸出 到LC濾波器，再與串聯變壓器的原邊相連；串聯變壓器的副邊串入隔離變壓器的副邊，與 負載相連；檢測模塊檢測隔離降壓變壓器副邊的電壓以及負載側的電壓，進行處理，得到 逆變模塊所需要的開關控制信號。檢測控制模塊采樣隔離降壓變壓器副邊電壓以及負載側 電壓，檢測控制模塊中鎖相環對隔離降壓變壓器副邊電壓鎖相，輸出一個與隔離降壓變壓 器副邊電壓同相位的單位正弦波；檢測控制模塊中控制系統計算得到負載側電壓有效值， 被參考電壓有效值相減，偏差值送入PI調節器，輸出的信號與鎖相環得到的單位正弦相乘， 結果送入SPWM驅動信號發生器。
所述的隔離降壓變壓器原邊為A型，連接的是三相三線制的輸入電壓，隔離降壓變壓 器的副邊為Y型，輸出的是三相四線制的交流電壓；隔離降壓變壓器的副邊繞組電壓以一 定比例小于原邊繞組電壓，將輸入電壓值上下波動轉換為向下波動。
所述的18脈沖整流器包括隔離降壓變壓器的副邊電壓經過濾波電感L1、 L2、 L3輸 入到自耦變壓器原邊，自耦變壓器的原邊同時連接到主二極管整流模塊l;隔離降壓變壓器 的另外兩組副邊輸出到兩個輔二極管整流模塊1、 2;
所述的三單相逆變模塊包括三個相互獨立的單相逆變模塊，所述的三單相逆變模塊由 三個結構相同的單相逆變模塊并聯組成，所述三個結構相同的單相逆變模塊分別為A相 逆變模塊、B相逆變模塊和C相逆變模塊，其中A相逆變模塊包括第三電容C3，第五十一 開關管51、第五十二開關管52、第五十三開關管53和第五十四開關管54，其中整流器輸 出的直流輸入到直流側電容C3，第三電容C3的輸入端分別接第五十一開關管51的漏極和 第五十三開關管53的漏極，第三電容C3的輸出端分別接第五十二開關管52的源極和第五 十四開關管54的源極，第五十一開關管51的源極分別接第五十二開關管52的漏極和LC 濾波模塊的輸出端，第五十三開關管53的源極分別接第五十四開關管54的漏極和LC濾波 模塊的輸出端；
B相逆變模塊包括第二電容C2，第四十一丌關管41、第四十二開關管42、第四十三開 關管43和第四十四開關管44，其中第二電容C2的輸入端分別接第四十一開關管41的漏 極和第四十三開關管43的漏極，第二電容C2的輸出端分別接第四十二開關管42的源極和 第四十四開關管44的源極，第四十一開關管41的源極分別接第四十二開關管42的漏極和 LC濾波模塊的輸出端，第四十三丌關管43的源極分別接第四十四丌關管44的漏極和LC 濾波模塊的輸出端；
C相逆變模塊包括第一電容C1，第三十一開關管3K第三十二開關管32、第三十三開 關管33和第三十四開關管34，其中第一電容Cl的輸入端分別接第三十一開關管31的漏極和第三十三開關管33的漏極，第一電容Cl的輸出端分別接第三十二開關管32的源極和 第三十四開關管34的源極，第三十一開關管31的源極分別接第三十二開關管32的漏極和 LC濾波模塊的輸出端，第三十三開關管33的源極分別接第三十四開關管34的漏極和LC 濾波模塊的輸出端。
逆變模塊輸出與LC濾波模塊相連，分別為A相，從兩橋臂中點輸出，連接到電感 La，電容Ca; B相，從兩橋臂中點輸出，連接到電感Lb，電容Cb; C相，從兩橋臂中點 輸出，連接到電感Lc，電容Cc。 LC濾波模塊的輸出與串聯變壓器原邊相連，分別為A 相，電容Ca與串聯變壓器Ta并聯；B相，電容Cb與串聯變壓器Tb并聯；C相，電容Cc 與串聯變壓器Tc并聯。串聯變壓器Ta、 Tb、 Tc分別串聯接入A、 B、 C三相主電路。
所述的開關管采用IGBT模塊。
本實用新型中18脈沖整流器采用多脈沖整流技術，不需要外加整流控制器，輸入電流 諧波較小。
本實用新型中逆變模塊采用PWM全橋逆變，三相輸出相互獨立，可以補償三相不平 衡電壓。
由圖2可見檢測控制模塊需要采樣隔離降壓變壓器副邊電壓以及負載側電壓。控制 系統包括鎖相環，以及負載側電壓有效值閉環控制，鎖相環實現對隔離降壓變壓器副邊電 壓鎖相，輸出一個與隔離降壓變壓器副邊電壓同相位的單位正弦波；控制系統計算得到負 載側電壓有效值，被參考電壓有效值相減，偏差值送入PI調節器，輸出的信號與鎖相環得 到的單位TH弦相乘，結果送入SPWM驅動信號發生器。驅動信號發生器的輸出逆變模塊中 全橋電路的驅動信號。
本實用新型中控制系統控制逆變模塊輸出與隔離降壓變壓器副邊電壓同相位的電壓， 使負載側電壓有效值穩定在參考電壓有效值。
由圖3、 4、 5可見本實用新型控制系統中的軟件流程包括初始化子程序、中斷服務 子程序。其中初始化子程序包括系統參數初始化子程序系統初始化，EVA化VB模塊初始 化，ADC模塊初始化，以及變量初始化子程序；中斷服務子程序包括T2比較中斷以及CAP5 捕獲中斷。
系統進入T2比較中斷服務子程序，首先進行ADC轉換，將三相負載電壓的采樣值由 模擬量轉換為數字量；通過ADC的輸出量計算出三相負載側電壓的有效值；將有效值與參 考量比較，進行PI調節；PI調節的直流輸出量再與單位正弦波相乘，得到調制波；調制波 與三角波交截便得到開關管的驅動信號，并退出T2比較中斷服務子程序，等待下一次中斷 事件發生。
所述的CAP5捕獲中斷子程序實現鎖相功能。本程序通過比較輸入電壓與逆變模塊輸出電壓的相位差，調節T1、 T3周期寄存器T1PR、 T3PR來改變逆變模塊輸出電壓的頻率， 從而實現鎖相。
權利要求1.一種400Hz動態電壓補償裝置，其特征在于包括隔離降壓變壓器、串聯變壓器、負載、LC濾波模塊、18脈沖整流器、三單相逆變模塊和檢測模塊，其中隔離降壓變壓器的原邊接電網的三相交流輸出端，隔離降壓變壓器的副邊分別接18脈沖整流器的輸入端、檢測模塊的輸入端和串聯變壓器副邊的一端，串聯變壓器副邊的另一端串接負載后分別接隔離降壓變壓器副邊的零點N和檢測模塊的輸入端，串聯變壓器原邊串接LC濾波模塊后接三單相逆變模塊的輸出端，18脈沖整流器的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端，檢測模塊的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端。
2. 根據權利要求l所述的一種400Hz動態電壓補償裝置，其特征在于所述的三單相逆變模塊由三個結構相同的單相逆變模塊并聯組成，所述三個結構相同的單相逆變模塊分別為:A相逆變模塊、B相逆變模塊和C相逆變模塊，其中A相逆變模塊包括第三電容(C3 )，第五十一開關管(51)、第五十二開關管(52)、第五十三開關管(53)和第五十四開關管(54)，其中第三電容(C3)的輸入端分別接第五十一開關管(51)的漏極和第五十三開關管(53)的漏極，第三電容(C3)的輸出端分別接第五十二開關管(52)的源極和第五十四開關管(54)的源極，第五十一開關管(51)的源極分別接第五十二開關管(52)的漏極和LC濾波模塊的輸出端，第五十三開關管(53)的源極分別接第五十四開關管(54)的漏極和LC濾波模塊的輸出端；B相逆變模塊包括第二電容(C2)，第四十一開關管(41)、第四十二開關管(42)、第四十三開關管(43)和第四十四開關管(44)，其中第二電容(C2)的輸入端分別接第四十一丌關管(41)的漏極和第四十三開關管(43)的漏極，第二電容(C2)的輸出端分別接第四十二丌關管(42)的源極和第四十四開關管(44)的源極，第四十一開關管(41)的源極分別接第四十二開關管(42)的漏極和LC濾波模塊的輸出端，第四十三開關管(43)的源極分別接第四十四開關管(44)的漏極和LC濾波模塊的輸出端；C相逆變模塊包括第一電容(Cl)，第三十一開關管(31)、第三十二開關管(32)、第三十三丌關管(33)和第三十四開關管(34)，其中第一電容(Cl)的輸入端分別接第三十一開關管(31)的漏極和第三十三開關管(33)的漏極，第一電容(Cl)的輸出端分別接第三十二開關管(32)的源極和第三十四開關管(34)的源極，第三十一開關管(31)的源極分別接第三十二丌關管(32)的漏極和LC濾波模塊的輸出端，第三十三開關管(33)的源極分別接第三十四開關管(34)的漏極和LC濾波模塊的輸出端。
專利摘要本實用新型公布了一種400Hz動態電壓補償裝置，包括隔離降壓變壓器、串聯變壓器、負載、LC濾波模塊、18脈沖整流器、三單相逆變模塊和檢測模塊，其中隔離降壓變壓器的原邊接電網的三相交流輸出端，隔離降壓變壓器的副邊分別接18脈沖整流器的輸入端、檢測模塊的輸入端和串聯變壓器副邊的一端，串聯變壓器副邊的另一端串接負載后分別接隔離降壓變壓器副邊的零點N和檢測模塊的輸入端，串聯變壓器原邊串接LC濾波模塊后接三單相逆變模塊的輸出端，18脈沖整流器的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端，檢測模塊的輸出端接三單相逆變模塊的輸入端。本實用新型解決了直線加電系統中的電纜壓降問題，成本低廉，控制簡單，易于工程實現。
文檔編號H02M7/44GK201365126SQ20092003694
公開日2009年12月16日 申請日期2009年3月2日 優先權日2009年3月2日
發明者徐立智, 謝少軍 申請人:南京航空航天大學