一种高频直线发电机模拟电源系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高频直线发电机模拟电源系统及其控制方法，该系统包括变压部分、阻抗模拟部分、控制部分以及执行机构，变压部分采用裂解变压器组成直流母线隔离型H桥级联五电平电路，变压部分的输出端与阻抗模拟部分相连接，执行机构的控制端与变压部分及阻抗模拟部分相连接，执行机构还与控制部分相连接实现本地控制功能；该方法采用分段异步调制方法，对输出特性进行多工况测试，计算出其标幺值并进行曲线拟合；根据负载电流大小以及初始给定频率的分段区间选择不同分频条件下的曲线，对输出电压的精准控制。本发明专利技术能够有效降低输出电压波形的纹波，提高输出电压质量及输出频率精度；具有响应时间快、无需反馈量和无延时响应等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高频直线发电机模拟电源系统及其控制方法
本专利技术属于电力电子
，尤其是一种高频直线发电机模拟电源系统及其控制方法。
技术介绍
随着直线发电机在物流分拣、数控机床以及交通运输领域的广泛应用，直线发电机模拟电源装备的需求开始显现，高频直线发电机模拟电源根据直线发电机外特性进行设计，可模拟直线发电机的任意使用工况。直线发电机外特定主要表现在输出电压与输出频率成正比，自感为固定值以及内阻随频率成特定曲线变化。很显然，现有常规变频电源无法满足直线发电机外特性要求。高频电源的控制方法中，常规变频器的PWM方式一般分为同步调制和异步调制，同步调制方法保持载波比不变，主要应用在输出频率固定的逆变器当中，因为该调制模式在低频时，导致变频器输出谐波含量变大；异步调制方法保持载波频率不变，调制比根据输出频率而改变，该调制方式无法同时兼顾高频输出与低频输出的精度要求。宽频率范围的实时变频系统，不仅要求输出精度，并且要求高响应速度，当采用闭环控制时输出精度高，其调节过程不满足高实时性响应要求；当采用开环控制时，可在瞬间完成控制逻辑，但开环控制模式下如何提高输出电压精度尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种输出精度高、响应速度快的高频直线发电机模拟电源系统及其控制方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种高频直线发电机模拟电源系统，包括变压部分、阻抗模拟部分、控制部分以及执行机构，所述变压部分采用裂解变压器组成直流母线隔离型H桥级联五电平电路，变压部分的输出端与阻抗模拟部分相连接，所述执行机构的控制端与变压部分及阻抗模拟部分相连接，所述执行机构还与控制部分相连接实现本地控制功能。所述执行机构还与上位机相连接实现远程控制功能。所述变压半部分包括裂解式变压器T1、整流器FR1和整流器FR2、直流支撑电容C1和C2以及逆变H桥HB1和逆变H桥HB2，所述阻抗模拟部分包括电感L1、电感L2和可变电阻R1；所述裂解式变压器T1的输入端连接三相供电系统，裂解变压器T1的两组输出端分别连接整流器FR1和整流器FR2的输入端，整流器FR1和整流器FR2的直流输出端分别连接直流支撑电容C1和直流支撑电容C2，直流支撑电容C1和直流支撑电容C2的输出端分别连接到逆变H桥HB1和逆变H桥HB2的直流端，逆变H桥HB1中的桥臂BV11的中点连接于电感L1，电感L1的输出连接于可变电阻R1，可变电阻R1的输出作为高频直线发电机模拟电源的一个输出端；逆变H桥HB1中的桥臂BV12的中点连接于逆变H桥HB2中的桥臂BV21的中点，逆变H桥HB2中的桥臂BV22的中点连接于电感L2，电感L2的输出作为高频直线发电机模拟电源的另一个输出端，最终实现高频直线发电机模拟电源主回路的五电平输出；所述电感L1和电感L2用来模拟直线发电机的自感，可变电阻R1用来模拟直线发电机的内阻。所述控制部分包括CPU控制器，所述执行机构包括脉冲驱动模块、通讯辅助模块以及变阻操作单元；CPU控制器通过连接端子分别与脉冲驱动模块、通讯辅助模块以及变阻操作单元进行信号连接，脉冲驱动模块通过排线与功率开关管的驱动端连接，通讯辅助模块通过通讯线与上位机连接用于本地和远程控制，变阻操作单元通过功率线与电阻滑动抽头连接。所述通讯辅助模块包括RS232接口、RS485接口、高速光纤通讯接口以及RS232与RS485协议互转模块。一种高频直线发电机模拟电源系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1、CPU控制器根据输出电压或输出频率的具体指令，在线自动分频，进行分段异步调制；步骤2、根据分段异步调制并采用双极性PWM方法，在不同的频段下，对输出特性进行多工况测试，根据给定频率分别获得各分频段的实际输出电压值，计算出其标幺值并进行曲线拟合；步骤3、根据负载电流大小以及初始给定频率的分段区间选择不同分频条件下的拟合曲线，最终完成开环条件下，实现对输出电压的精准控制功能。所述步骤1的具体实现方法为：确定最高载波频率，以该频率作为1分频的基准频率，整个频率段采用多种分频系数切换，当变频电源输出低频时，载波频率N分频，当变频器输出中频时，载波频率N/2分频，当变频器输出高频时，载波频率1分频，控制电路根据输出电压或输出频率的具体指令，在线自动分频，实现分段异步调制功能；在调制过程中配合使用双极性PWM方法。所述步骤2的具体实现方法为：所述步骤2对输出特性进行多工况测试所需要的的数据包括：空载运行时1分频、N/2分频和N分频的实际输出电压数据，以及带载运行时1分频、N/2分频和N分频的实际输出电压数据。所述步骤2在进行曲线拟合时，根据获得的输出电压标幺值进行曲线拟合，根据实际要求选择曲线拟合的阶数，并将实际输出电压的拟合曲线与理想电压曲线进行比对，采用反拟合曲线修正方法修正给定电压，最终得到拟合曲线。所述步骤3的具体实现步骤为：⑴、判断采样电流模值|I|是否小于额定电流的2％，若采样电流模值|I|小于额定电流的2％，则采用空载综合修正曲线生成装置输出电压给定值，否则进行步骤⑵；⑵、判断初始给定频率F*是否在大于等于0，小于等于20％的区间，若在区间范围，则采用带载4分频修正曲线生成装置输出电压修正值U，否则进行步骤⑶；⑶、判断初始给定频率F*是否在大于20％，小于等于50％的区间，若在区间范围，则采用带载2分频修正曲线生成装置输出电压修正值U，否则进行步骤⑷；⑷、给定频率F*在50％至100％之间，采用带载1分频修正曲线生成装置输出电压给修正值U。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术采用裂解变压器组成直流母线隔离型H桥级联五电平电路拓扑，并且该拓扑与常规二极管中点钳位多电平变频电路相比具有结构模块化和不存在直流母线中点电压偏移等优点，采用双极性PWM调制方法与单极性调制方法相比能够提高一倍输出PWM频率，有效降低输出电压波形的纹波，提高输出电压质量。2、本专利技术采用的电路结构和控制电路能够完全模拟直线发电机的电压、自感以及内阻与输出频率的关系，保持其输出特性与直线发电机相同。3、本专利技术采用分段异步调制方法，使全频段都处于一个合理的调制比区间，当变频电源低频输出时，采用较低的载波频率，提高了低频输出精度，降低了低频输出时的谐波含量；当变频电源高频输出时，采用较高的载波频率，提高了高频输出精度。4、本专利技术采用多工况曲线拟合的方法，根据初始给定频率调整控制过程中的给定电压，解决了由于电气元器件以及PWM调制等造成的输出电压精度不高的问题。5、本专利技术采用的开环控制方法响应时间快，无需反馈量，达到无延时响应，解决了常规闭环调节不能对于特定实时变频系统的快速响应这一弱点。6、本专利技术设计合理，其采用直流母线隔离H桥级联型高频模拟电源，并提出分段异步调制和多工况曲线拟合的开环控制方法，可满足直线发电机任意工况模拟试验需求，具有广泛的应用前景。附图说明图1是本专利技术的系统连接示意图；...

【技术保护点】
1.一种高频直线发电机模拟电源系统，其特征在于：包括变压部分、阻抗模拟部分、控制部分以及执行机构，所述变压部分采用裂解变压器组成直流母线隔离型H桥级联五电平电路，变压部分的输出端与阻抗模拟部分相连接，所述执行机构的控制端与变压部分及阻抗模拟部分相连接，所述执行机构还与控制部分相连接实现本地控制功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种高频直线发电机模拟电源系统，其特征在于：包括变压部分、阻抗模拟部分、控制部分以及执行机构，所述变压部分采用裂解变压器组成直流母线隔离型H桥级联五电平电路，变压部分的输出端与阻抗模拟部分相连接，所述执行机构的控制端与变压部分及阻抗模拟部分相连接，所述执行机构还与控制部分相连接实现本地控制功能。


2.根据权利要求1所述的一种高频直线发电机模拟电源系统，其特征在于：所述执行机构还与上位机相连接实现远程控制功能。


3.根据权利要求1或2所述的一种高频直线发电机模拟电源系统，其特征在于：所述变压半部分包括裂解式变压器T1、整流器FR1和整流器FR2、直流支撑电容C1和C2以及逆变H桥HB1和逆变H桥HB2，所述阻抗模拟部分包括电感L1、电感L2和可变电阻R1；所述裂解式变压器T1的输入端连接三相供电系统，裂解变压器T1的两组输出端分别连接整流器FR1和整流器FR2的输入端，整流器FR1和整流器FR2的直流输出端分别连接直流支撑电容C1和直流支撑电容C2，直流支撑电容C1和直流支撑电容C2的输出端分别连接到逆变H桥HB1和逆变H桥HB2的直流端，逆变H桥HB1中的桥臂BV11的中点连接于电感L1，电感L1的输出连接于可变电阻R1，可变电阻R1的输出作为高频直线发电机模拟电源的一个输出端；逆变H桥HB1中的桥臂BV12的中点连接于逆变H桥HB2中的桥臂BV21的中点，逆变H桥HB2中的桥臂BV22的中点连接于电感L2，电感L2的输出作为高频直线发电机模拟电源的另一个输出端，最终实现高频直线发电机模拟电源主回路的五电平输出；所述电感L1和电感L2用来模拟直线发电机的自感，可变电阻R1用来模拟直线发电机的内阻。


4.根据权利要求1或2所述的一种高频直线发电机模拟电源系统，其特征在于：所述控制部分包括CPU控制器，所述执行机构包括脉冲驱动模块、通讯辅助模块以及变阻操作单元；CPU控制器通过连接端子分别与脉冲驱动模块、通讯辅助模块以及变阻操作单元进行信号连接，脉冲驱动模块通过排线与功率开关管的驱动端连接，通讯辅助模块通过通讯线与上位机连接用于本地和远程控制，变阻操作单元通过功率线与电阻滑动抽头连接。


5.根据权利要求4所述的一种高频直线发电机模拟电源系统，其特征在于：所述通讯辅助模块包括RS232接口、RS485接口、高速光纤通讯接口以及RS232与RS485协议互转模块。


6.一种如权利要求1至5任一项所述高频直线发电机模拟电源系统的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙传杰，田凯，杨敬然，贺永鹏，徐莉，
申请(专利权)人：天津电气科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12