潜水器高压高频AC-AC直接变频器装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于水下机器人供电领域，具体说是潜水器高压高频AC

【技术实现步骤摘要】
潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置及控制方法


[0001]本专利技术属于水下机器人供电领域，具体说是潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置及控制方法。

技术介绍

[0002]潜水器包括载人潜水器和无人潜水器，其中无人潜水器包括有缆和无缆型。缆控潜水器在水下作业时，其动力来源及通信都通过与母船连接的铠缆或中性缆实现，由于缆控潜水器普遍配备有动力和推进单元、控制系统水下单元及观测和科考设备等，所以对供电功率有一定要求，目前大多采用高压传输的方案，在潜水器的水下端完成降压处理后，为各单元及设备提供供电。
[0003]传统输电模式存在以下几个问题，其中高压工频输电方案，水下变压器存在体积重量过大的问题，极大的增加了潜水器的设计难度；高压高频输电方案会大大缩小水下变压器的体积和重量，但由于输电距离较长，高频供电会使得线缆的容性负载变大，从而导致缆端的无功功率增加，严重的可导致线缆发热损坏。因此，需要研发一种变频器装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置及控制方法，能够实现将高压工频转换成高压高频电源的功能，从而减小后端降压变压器的体积重量，实现水下潜水器小型化等目标。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置，包括：三相交流电电源、降压单元、主控模块、驱动模块、检测单元、变频模块、高频变压器以及整流滤波模块；
[0006]三相交流电电源，用于接入三相交流电，并将三相交流电分别输出至降压单元、检测单元以及变频模块；
[0007]降压单元，用于接收到的三相交流电进行降压处理，并将降压后的三相交流电分别为主控模块、驱动模块提供工作电压；
[0008]主控模块，用于根据检测单元发送的检测数据，通过驱动模块实时控制变频模块实现不同的通断方式；
[0009]检测单元，用于采集三相交流电的检测数据，并将数据传输至主控模块，通过主控模块控制对变频模块的输出时序，从而达到控制变频模块输出高频电的控制；
[0010]变频模块，用于接收驱动模块的控制指令，通过不同的通断方式将工频电的三相交流电转换为高频电输出至高频变压器；
[0011]高频变压器，用于对高频电的降压处理，降压后的高频电通过低压侧输出至整流滤波模块；
[0012]整流滤波模块，用于对降压后的交流高频电转换为直流电输出至水下潜水器的各个驱动单元。
[0013]所述降压单元，包括：顺次连接的降压变压器、低压整流模块以及隔离电源；
[0014]所述降压变压器的高压侧接收的三相交流电压进行降压；降压变压器的低压侧输出降压后的三相交流电输出至低压整流模块；
[0015]所述低压整流模块，用于将降压变压器降压后的三相交流电进行整流后得到24V直流电，并输出至隔离电源；
[0016]所述隔离电源为线性隔离电源，用于主控模块和驱动模块提供工作电压。
[0017]所述检测单元，包括：分别与主控模块连接的过零检测模块、输入电压检测模块以及输入电流检测模块；
[0018]过零检测模块，用于将三相交流电输出为幅值为5V的方波，并输出至主控模块，主控模块根据接收到的方波确定过零点位置，并在零点处重新进行波形分割，进而控制变频模块的通断时序；
[0019]输入电压检测模块，用于将三相交流电输出为0
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5V的直流电压值，并输出至主控模块；
[0020]输入电流检测模块，用于将三相交流电输出为0
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4V的直流电压值，并输出至主控模块。
[0021]所述过零检测模块，包括：三个单相过零检测模块；
[0022]所述单相过零检测模块输入端接入三相电源中的AN相、BN相、CN相某一相；
[0023]每个所述单相过零检测模块，包括：用于连接三相交流电某一相的串联分压电路，以及用于输出过零检测结果输出的检测输出电路；
[0024]所述检测输出电路的输入端与串联分压电路连接，所述检测输出电路的输出端与主控模块连接；
[0025]所述串联分压电路，包括：电阻R1和电阻R2，以及电阻R3、电阻R4以及比较器；
[0026]所述电阻R1和电阻R2串联后，两端与三相交流电的AN相、BN相、CN相某一相连接，电阻R2两端分别经电阻R3、电阻R4，与比较器的正向输入端、反向输入端连接；
[0027]比较器的正向输入端、反向输入端分别通过电阻R5、电阻R6接地，比较器的正向输入端、反向输入端之间还连有并联的两个导通二极管；所述比较器的输出端通过检测输出电路与主控模块连接；
[0028]所述检测输出电路包括：隔离放大器、电阻R7和电阻R8；
[0029]所述比较器的输出端经隔离放大器输出隔离电压后，通过依次串联的电阻R7和电阻R8接地，所述电阻R7和电阻R8之间的节点与主控模块连接。
[0030]所述变频模块，包括：三个单相变频模块；
[0031]三个所述单相变频模块的输入端接入三相交流电的AN相、BN相、CN相中的某一项；输出端与高频变压器高压侧绕组两端连接；
[0032]所述单相变频模块包括4个单相变频单元；
[0033]所述单相变频单元包括晶体管S1、续流二极管D1、续流二极管D2、晶体管S4；
[0034]所述晶体管S1的漏极、源极之间并联有续流二极管D1，所述晶体管S4的漏极、源极之间并联有续流二极管D4；所述晶体管S1的栅极、晶体管S4的栅极与驱动模块连接；所述晶体管S1的漏极与AN相、BN相、CN相中某一项的A、B、C端相连；晶体管S1的源极与AN相、BN相、CN相中某一项的N端相连；
[0035]第一单相变频单元的输入端、第二单相变频单元的输入端均与三相交流电的AN相、BN相、CN相中某一相的A、B、C端连接，第一单相变频单元的输出端、第二单相变频单元的输出端分别与第三单相变频单元的输入端、第四单相变频单元的输入端连接；第三单相变频单元的输出端、第四单相变频单元的输出端均与三相交流电的AN相、BN相、CN相中某一项的N端连接；所述第一单相变频单元的输出端与高频变压器的高压侧绕组一端连接，第二单相变频单元的输出端与高频变压器的高压侧绕组另一端连接。
[0036]所述整流滤波模块，包括：全桥整流模块、滤波模块；
[0037]所述全桥整流模块，用于将接收到的降压后的三相交流电压进行整流处理，以将三相交流电转换为直流电，并发送至滤波模块进行滤波处理；
[0038]所述滤波模块，包括三组单相滤波模块，所述单相滤波模块为6个并联的600VDC的电容构成的电容滤除电路；降压整流后的直流电经电容滤除电路中的去除纹波后，输出至水下潜水器的各个驱动单元。
[0039]潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置的控制方法，包括以下步骤：
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置，其特征在于，包括：三相交流电电源、降压单元、主控模块、驱动模块、检测单元、变频模块、高频变压器以及整流滤波模块；三相交流电电源，用于接入三相交流电，并将三相交流电分别输出至降压单元、检测单元以及变频模块；降压单元，用于接收到的三相交流电进行降压处理，并将降压后的三相交流电分别为主控模块、驱动模块提供工作电压；主控模块，用于根据检测单元发送的检测数据，通过驱动模块实时控制变频模块实现不同的通断方式；检测单元，用于采集三相交流电的检测数据，并将数据传输至主控模块，通过主控模块控制对变频模块的输出时序，从而达到控制变频模块输出高频电的控制；变频模块，用于接收驱动模块的控制指令，通过不同的通断方式将工频电的三相交流电转换为高频电输出至高频变压器；高频变压器，用于对高频电的降压处理，降压后的高频电通过低压侧输出至整流滤波模块；整流滤波模块，用于对降压后的交流高频电转换为直流电输出至水下潜水器的各个驱动单元。2.根据权利要求1所述的潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置，其特征在于，所述降压单元，包括：顺次连接的降压变压器、低压整流模块以及隔离电源；所述降压变压器的高压侧接收的三相交流电压进行降压；降压变压器的低压侧输出降压后的三相交流电输出至低压整流模块；所述低压整流模块，用于将降压变压器降压后的三相交流电进行整流后得到24V直流电，并输出至隔离电源；所述隔离电源为线性隔离电源，用于主控模块和驱动模块提供工作电压。3.根据权利要求1所述的潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置，其特征在于，所述检测单元，包括：分别与主控模块连接的过零检测模块、输入电压检测模块以及输入电流检测模块；过零检测模块，用于将三相交流电输出为幅值为5V的方波，并输出至主控模块，主控模块根据接收到的方波确定过零点位置，并在零点处重新进行波形分割，进而控制变频模块的通断时序；输入电压检测模块，用于将三相交流电输出为0
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5V的直流电压值，并输出至主控模块；输入电流检测模块，用于将三相交流电输出为0
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4V的直流电压值，并输出至主控模块。4.根据权利要求3所述的潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置，其特征在于，所述过零检测模块，包括：三个单相过零检测模块；所述单相过零检测模块输入端接入三相电源中的AN相、BN相、CN相某一相；每个所述单相过零检测模块，包括：用于连接三相交流电某一相的串联分压电路，以及用于输出过零检测结果输出的检测输出电路；所述检测输出电路的输入端与串联分压电路连接，所述检测输出电路的输出端与主控模块连接；所述串联分压电路，包括：电阻R1和电阻R2，以及电阻R3、电阻R4以及比较器；
所述电阻R1和电阻R2串联后，两端与三相交流电的AN相、BN相、CN相某一相连接，电阻R2两端分别经电阻R3、电阻R4，与比较器的正向输入端、反向输入端连接；比较器的正向输入端、反向输入端分别通过电阻R5、电阻R6接地，比较器的正向输入端、反向输入端之间还连有并联的两个导通二极管；所述比较器的输出端通过检测输出电路与主控模块连接；所述检测输出电路包括：隔离放大器、电阻R7和电阻R8；所述比较器的输出端经隔离放大器输出隔离电压后，通过依次串联的电阻R7和电阻R8接地，所述电阻R7和电阻R8之间的节点与主控模块连接。5.根据权利要求1所述的潜水器高压高频AC
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AC直接变频器装置，其特征在于，所述变频模块，包括：三个单相变频模块；三个所述单相变频模块的输入端接入三相交流电的AN相、BN相、CN相中的某一项；输出端与高频变压器高压侧绕组两端连接；所述单相变频模块包括4个单相变频单元；所述单相变频单元包括晶体管S1、续流二极管D1、续流二极管D2、晶体管S4；所述晶体管S1的漏极、源极之间并联有续流二极管D1，所述晶体管S4的漏极、源极之间并联有续流二极管D4；所述晶体管S1的栅极、晶体管S4的栅极与驱动模块连接；所述晶体管S1的漏极与AN相、BN相、CN相中某一项的A、B、C端相连；晶体管S1的源极与AN相、BN相、CN相中某一项的N端相连；第一单相变频单元的输入端、第二单相变频单元的输入端均与三相交流电的AN相、BN...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢广宇，赵洋，杨鸣宇，赵诗雨，赵兵，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：