專利名稱：變頻電源的輸出頻率穩(wěn)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力變頻技術(shù)，特別涉及一種變頻電源的頻率輸出穩(wěn)定裝置。
背景技術(shù)：
變頻電源是將其輸入端的一種電壓和頻率交流電變換成輸出端的另一種電壓和 頻率交流電的電源變換裝置。主要應(yīng)用于不同電制的移動供電場合，以及對供電質(zhì)量要求 較高的場合。如港口對靠港船舶供電，船廠對進塢船舶供電、實驗室對電機傳動試驗臺供電寸。由交流電動機-發(fā)電機組成的旋轉(zhuǎn)式變頻電源，體積大、效率低。隨著電力電子技 術(shù)的發(fā)展，由大功率電力電子半導(dǎo)體器件組成的靜止式變頻電源逐漸替代了旋轉(zhuǎn)式變頻電 源。這種電力電子變頻電源根據(jù)工作原理不同，主要分為交_交直接變壓變頻和交_直-交 變壓變頻二種類型，但均采用VVVF(可變電壓可變頻率)方式。在變頻電源運行過程中，由 于輸入端電源的波動以及輸出端負(fù)荷的波動，不可避免造成變頻電源輸出頻率的波動。這 種頻率波動影響了變頻電源對負(fù)載的供電質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的實時檢 測并通過頻率線性補償，實現(xiàn)輸出頻率的穩(wěn)定控制的變頻電源的輸出頻率穩(wěn)定裝置。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置，包括交流變頻電源本體和頻率穩(wěn)定裝置，所述 交流變頻電源本體由輸入進線端、輸入變壓器、變頻單元、輸出變壓器以及輸出出線端依次 連接組成，所述變頻單元上設(shè)有輸出頻率設(shè)定端口，所述頻率穩(wěn)定裝置由電壓互感器、輸出 頻率檢測單元、頻率補償與設(shè)定單元依次連接組成，所述電壓互感器的輸入端與所述輸出 出線端連接，所述頻率補償與設(shè)定單元連接所述變頻單元的輸出頻率設(shè)定端口。所述輸出頻率檢測單元包括電壓波形成型器，所述電壓波形成型器連接電壓互感器的輸出端，由電壓互感器 獲得變頻電源的輸出電壓波形，經(jīng)電壓波形成型器得到純正的輸出基波正弦波形；半波整形器，與所述電壓波形成型器相連，將所述基波正弦波形整理成與所述基 波正弦波形同周期的半波方波；基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝置，可人工或自動設(shè)定變頻電源的基準(zhǔn)輸出頻率； 計數(shù)器，與所述半波整形器相連，在半波方波的有效期內(nèi)，計數(shù)器被打開，而在半 波方波的非有效期內(nèi)，計數(shù)器被屏蔽；脈沖發(fā)生器，與所述基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝置和所述計數(shù)器相連，根據(jù)所述基準(zhǔn)頻率設(shè) 定裝置所設(shè)定的基準(zhǔn)輸出頻率，向所述計數(shù)器發(fā)出倍頻脈沖。為了減少被測頻率的單邊檢測誤差，半波整形器和計數(shù)器構(gòu)造成正負(fù)半波互補的 對稱檢測結(jié)構(gòu)，半波整形器由正半波整形器和負(fù)半波整形器組成，與所述半波整形器相連的計數(shù)器，由正半波計數(shù)器、負(fù)半波計數(shù)器、加法器、除數(shù)器以及倒數(shù)器組成。在被測的基波 正弦波形正半周內(nèi)，由正半波整形器輸出的方波來控制正半波計數(shù)器，而在基波正弦波形 負(fù)半周內(nèi)，由負(fù)半波整形器輸出的方波來控制負(fù)半波計數(shù)器，正負(fù)半波計數(shù)器輸出的脈沖 數(shù)經(jīng)過加法器相加得到基波正弦波形一個周期內(nèi)的脈沖數(shù)，經(jīng)除法器和倒數(shù)器運算后，輸 出被測頻率。所述頻率補償與設(shè)定單元由減法器和加法器組成，給定的基準(zhǔn)頻率與頻率檢測單 元輸出的被測頻率經(jīng)減法器比較后，得到頻率差，通過加法器，將基準(zhǔn)頻率與頻率差相加， 得到頻率設(shè)定值，將此頻率設(shè)定值輸入到所述變頻單元的輸出頻率設(shè)定端口。所述頻率補償與設(shè)定單元，由減法器和加法器組成，通過將給定的基準(zhǔn)頻率經(jīng)減 法器與所述頻率檢測單元輸出的檢測頻率比較后，得到頻率差。當(dāng)變頻電源的實際輸出頻 率值小于所設(shè)定的基準(zhǔn)頻率值時，頻率差為正，表示此時的變頻電源需要在所設(shè)定的基準(zhǔn) 頻率的基礎(chǔ)上加一個設(shè)定增量，以此來提高變頻電源的輸出頻率值。反之，當(dāng)變頻電源的實 際輸出頻率值大于所設(shè)定的基準(zhǔn)頻率值時，頻率差為負(fù)，表示此時的變頻電源需要在設(shè)定 基準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上減一個設(shè)定增量，以此來降低變頻電源的輸出頻率值。通過加法器，將基 準(zhǔn)頻率與頻率差相加，得到頻率設(shè)定值，此頻率設(shè)定值輸入到變頻單元的輸出頻率設(shè)定端上述變頻電源的輸出頻率穩(wěn)定裝置，頻率檢測誤差小，可以由數(shù)字電路構(gòu)成，實時 性強，結(jié)構(gòu)簡單可靠；通過頻率線性補償，實現(xiàn)變頻電源輸出頻率的穩(wěn)定控制；通過調(diào)節(jié)基 準(zhǔn)頻率設(shè)定環(huán)節(jié)的倍頻系數(shù)，可實現(xiàn)頻率精度控制。
圖1是本發(fā)明的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置組成結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置的輸出頻率檢測單元和頻率補償與 設(shè)定單元的工作原理框圖。圖3是本發(fā)明的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置的一個實施例中半波整形器和計數(shù) 器構(gòu)造成正負(fù)半波互補的對稱檢測結(jié)構(gòu)圖。圖4是半波整形器輸出的方波示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具 體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中，3為交流變 頻電源本體，由變頻單元4、輸入變壓器5、輸出變壓器6、以及輸入進線端1和輸出出線端2 組成，11為變頻單元4的輸出頻率設(shè)定端口，7為頻率穩(wěn)定裝置，由電壓互感器8、輸出頻率 檢測單元9、頻率補償與設(shè)定單元10組成，12為電壓互感器接地端。頻率穩(wěn)定裝置7構(gòu)成 了變頻電源3的頻率反饋，從而實現(xiàn)變頻電源的輸出頻率穩(wěn)定。輸出頻率檢測單元9的工作原理框圖如圖2中的虛線框9所示。圖2中，基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝置13，可人工或自動設(shè)定變頻電源的基準(zhǔn)輸出頻率fN。脈 沖發(fā)生器14，根據(jù)所設(shè)定的基準(zhǔn)輸出頻率fN，發(fā)出倍頻脈沖，其頻率是基準(zhǔn)頻率fN的κ倍。為了保證輸出頻率的檢測精度，倍頻系數(shù)κ，通常選擇工頻頻率的20倍以上。由 電壓互感器8獲得變頻電源的輸出電壓波形，經(jīng)電壓波形成型器15，得到純正的輸出基波 正弦波形，通過半波整形器16，輸出與基波正弦波形同步的同周期T的半波方波(基波正弦 波形的正半周或負(fù)半周)。此方波用于計數(shù)器17的計數(shù)控制。在方波的有效期T/2(正半 周或負(fù)半周)內(nèi)，計數(shù)器17被打開，自動清零后接受脈沖發(fā)生器14發(fā)出的計數(shù)脈沖，而在 方波的非有效期內(nèi)，計數(shù)器17被屏蔽。計數(shù)器17輸出變頻電源輸出頻率檢測量f2。為了減少被測頻率的單邊檢測誤差，半波整形器16和計數(shù)器17構(gòu)造成正負(fù)半波 互補的對稱檢測結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖3中，半波整形器16由正半波整形器21和負(fù)半波整 形器22組成，輸出方波如圖4所示。計數(shù)器17由正半波計數(shù)器23、半波計數(shù)器24、加法器 25、除法器26和倒數(shù)器27組成。在被測的基波正弦波形正半周期內(nèi)，由正半波整形器21輸出的方波來控制正半 波計數(shù)器23，而在基波正弦波形負(fù)半周期內(nèi)，由負(fù)半波整形器22輸出的方波來控制負(fù)半波 計數(shù)器24。正負(fù)半波計數(shù)器23和24的輸出脈沖數(shù)N21和N22經(jīng)過加法器25得到的被基波 正弦波形一個周期內(nèi)的脈沖數(shù)N2為N2 = Ν21+Ν22 = κ Ν(τ21+τ22) = κ fΝ τ 22經(jīng)除數(shù)為κ fN的除法器26和倒數(shù)器27后，輸出的檢測頻率量f2為f2 = 1/ τ 2 = f式中，f為被測頻率。頻率補償與設(shè)定單元的工作原理框圖如圖2中的虛線框10所示，由減法器18和 加法器19組成。通過將給定的基準(zhǔn)頻率fN與頻率檢測單元9輸出的檢測頻率量f2經(jīng)減法 器18比較后，得到頻率差Δ ·:Af= fN-f2 = fN-f這是實際頻率所需要的補償量。當(dāng)變頻電源的實際輸出頻率值f小于所設(shè)定的基 準(zhǔn)頻率值fN時，Δι為正，表示此時的變頻電源需要在設(shè)定基準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上加一個設(shè)定增 量，以此來提高變頻電源的輸出頻率值。反之，當(dāng)變頻電源的實際輸出頻率值f大于所設(shè)定 的基準(zhǔn)頻率值fN時，Δι為負(fù)，表示此時的變頻電源需要在設(shè)定基準(zhǔn)頻率的基礎(chǔ)上減一個設(shè) 定增量，以此來降低變頻電源的輸出頻率值。因此，這種頻率補償是一種線性補償，不產(chǎn)生 補償誤差。具體的頻率補償增量的設(shè)定由加法器19來實現(xiàn)。通過加法器19，將基準(zhǔn)頻率fN 與頻率差Δ f相加，得到頻率設(shè)定值Fs = fN+ Δ f = 2fN-f將此頻率設(shè)定值輸入到變頻單元4的輸出頻率設(shè)定端口。由上述過程實現(xiàn)的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定方法，由于正負(fù)半波互補檢測，因此減 少了頻率檢測誤差。上述過程實現(xiàn)的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定電路，可以由數(shù)字電路構(gòu)成，實 時性強，結(jié)構(gòu)簡單可靠，通過頻率線性補償，實現(xiàn)變頻電源輸出頻率的穩(wěn)定控制。調(diào)節(jié)基準(zhǔn) 頻率設(shè)定環(huán)節(jié)的倍頻系數(shù)κ，可實現(xiàn)頻率精度控制。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等同物界定。
權(quán)利要求
一種變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置，包括交流變頻電源本體和頻率穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述交流變頻電源本體由輸入進線端、輸入變壓器、變頻單元、輸出變壓器以及輸出出線端依次連接組成，所述變頻單元上設(shè)有輸出頻率設(shè)定端口，所述頻率穩(wěn)定裝置由電壓互感器、輸出頻率檢測單元、頻率補償與設(shè)定單元依次連接組成，所述電壓互感器的輸入端與所述輸出出線端連接，所述頻率補償與設(shè)定單元連接所述變頻單元的輸出頻率設(shè)定端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述輸出頻率檢 測單元包括與所述電壓互感器的輸出端連接的電壓波形成型器，由電壓互感器獲得變頻電源的輸 出電壓波形，經(jīng)電壓波形成型器得到純正的輸出基波正弦波形；與所述電壓波形成型器相連的半波整形器，將所述基波正弦波形整理成與所述基波正 弦波形同周期的半波方波；基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝置，可人工或自動設(shè)定變頻電源的基準(zhǔn)輸出頻率； 與所述半波整形器相連的計數(shù)器，在半波方波的有效期內(nèi)，計數(shù)器被打開，而在半波方 波的非有效期內(nèi)，計數(shù)器被屏蔽；與所述基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝置和所述計數(shù)器相連的脈沖發(fā)生器，根據(jù)所述基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝 置所設(shè)定的基準(zhǔn)輸出頻率，向所述計數(shù)器發(fā)出倍頻脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述輸出頻率檢 測單元包括與所述電壓互感器的輸出端連接的電壓波形成型器，由電壓互感器獲得的變頻電源的 輸出電壓波形，經(jīng)電壓波形成型器得到純正的輸出基波正弦波形；與所述電壓波形成型器相連的半波整形器，由正半波整形器和負(fù)半波整形器組成，將 所述基波正弦波形整理成與所述基波正弦波形同周期的半波方波； 基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝置，可人工或自動設(shè)定變頻電源的基準(zhǔn)輸出頻率； 與所述半波整形器相連的計數(shù)器，由正半波計數(shù)器、負(fù)半波計數(shù)器、加法器、除數(shù)器以 及倒數(shù)器細(xì)成；與所述基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝置和所述計數(shù)器相連的脈沖發(fā)生器，根據(jù)所述基準(zhǔn)頻率設(shè)定裝 置所設(shè)定的基準(zhǔn)輸出頻率，向所述計數(shù)器發(fā)出倍頻脈沖；在被測的基波正弦波形正半周內(nèi)，由正半波整形器輸出的方波來控制正半波計數(shù)器， 而在基波正弦波形負(fù)半周內(nèi)，由負(fù)半波整形器輸出的方波來控制負(fù)半波計數(shù)器，正負(fù)半波 計數(shù)器輸出的脈沖數(shù)經(jīng)過加法器相加得到基波正弦波形一個周期內(nèi)的脈沖數(shù)，經(jīng)除法器和 倒數(shù)器運算后，輸出被測頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻電源輸出頻率穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述頻率補償與 設(shè)定單元由減法器和加法器組成，將給定的基準(zhǔn)頻率與頻率檢測單元輸出的被測頻率輸入 減法器比較，得到給定的基準(zhǔn)頻率與頻率檢測單元輸出的被測頻率的頻率差，通過加法器， 將基準(zhǔn)頻率與所得頻率差相加，得到頻率設(shè)定值，將此頻率設(shè)定值輸入到所述變頻單元的 輸出頻率設(shè)定端口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變頻電源的輸出頻率穩(wěn)定裝置，由正負(fù)半波互補的對稱電路構(gòu)成的頻率檢測單元、以及頻率補償與設(shè)定單元組成了變頻電源的頻率反饋回路。通過基準(zhǔn)頻率所設(shè)定的κ倍頻脈沖計數(shù)，實現(xiàn)頻率的實時檢測；通過頻率線性補償，實現(xiàn)輸出頻率的穩(wěn)定控制。本發(fā)明的變頻電源的輸出頻率穩(wěn)定裝置，頻率檢測誤差小，可以由數(shù)字電路構(gòu)成，實時性強，結(jié)構(gòu)簡單可靠；通過頻率線性補償，實現(xiàn)變頻電源輸出頻率的穩(wěn)定控制；通過調(diào)節(jié)基準(zhǔn)頻率設(shè)定環(huán)節(jié)的倍頻系數(shù)，可實現(xiàn)頻率精度控制。
文檔編號H02M5/458GK101951169SQ201010297218
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者康偉, 漸開旺, 葛中雄, 袁敏, 顧偉, 黃細(xì)霞 申請人:上海海事大學(xué)