交—交变频低频电源的研发与应用

控制模块分析:

直流电流的电流控制是通过电流调节器实现的,由于PI调节器是触发电流的控制信号,因此只要存在电流误差,出发脉冲就会移相,直至电流误差消失.因为交交变频输出输出电流随正弦规律变换，因此电流调节始终处于动态，于是跟踪误差出现，输出的电流总比给定有所滞后，为克服该缺点,在设计中我们采用引入电压前馈补偿环节,该功能由加法器AUR实现.输入为电压给定- U0和电压调节器UAUR输出UAUR信号供触发移相用,如果忽略SCR的非线性影响,则UAUR与变频设备输出电压成正比.在无环流切换过程中,电流前馈可完成有准备的切换任务(指切换前后整流装置输出电压不变).正组和反组移相特性重合,因此只要UAUR的值恒定,U0就保持恒定.在设置了电压前馈环节后,UAUR大约为0,- U0和U0切换前后不变,自动满足了有准备切换的要求.

触发脉冲的产生:

这里采用集成函数发生器ICL8038构成扫频信号发生器,它主要用于直接测量各种频响特性,其输出信号频率在一定范围内反复变化,内部主要有矩形波,三角波和锯齿波发生电路和三角波变正弦波电路.该集成模块常用引脚如图所示.该电路具有结构简单,实用可靠的特点,采用单电源供电.Vcc=±5V---±15V.这里采用±15V输出频率1---600KHz,输出矩形波的占空比为避免2%----98%,在本次设计中,输出频率为9-10Hz,

触发电路:本触发器采用自主研发的SCR触发模块,它将相控电压转换为相应的大功率触发脉冲,用来跟踪SCR主电路工作.该模块具有下列特点:
1,方便与调节系统匹配,αmin,βmin 自动限制,脉冲可靠;
2,双脉冲输出,功放管耗散功耗低,损耗电流小;
3,同步网络滤波,不受电源中波畸变和换流缺口干扰;
4,各相脉冲均衡,无需调整;
5,该模块集成度高体积小巧,运行可靠,维护方便,可用于其他调压使用环境;

其原理图如下:

在经过脉冲变电等转换后同步电压经RC电路移相60°,送入模块与相控电压Uk进行电流比较后,输出六路双窄脉冲,依次间隔60°,脉宽20°左右,确保可靠触发.经过功放可输出300-800A的驱动电流.该模块触发极性为正,即移相控制电压Uk增大,输出导通也随之增大.其各项参数如下:
1功能:晶体管三相恒压整流输出控制
2三相同步输入信号: ±15V(DC) 电流<200mA
3触发脉冲宽度20°
4移相范围-6V---0V---+9V
5各相脉冲不均衡度<1°
6手动控制电位器 1K
7工作环境:
环境温度-15---70
相对湿度:<70% RH
外形尺寸:73mm×32mm×23mm
实验条件及结果波形

根据以上示波器图形我们可以看出，在正常实验条件下，该低频电源所转换的电压和电流图形非常令人满意。

总结:

采用交一交变频方法的加热电源，实现了真正的平滑起动，减小了起动冲击和起动电流。由于保留了传统电子式软起动器的硬件结构，只是改变了晶闸管触发脉冲的产生顺序和控制方法，因而不会增加成本支出;而在起动性能上却可大大优于传统的降压软起动器，可实现近似于变频器的软起动性能。采用分级交一交变频方法的软起动器还可以方便地实现短时低速运行和低速反转制动功能，以便实现准确停车。。经过该低频电源的研制,使我增长了许多系统设计方面的知识,从多方面获得了宝贵的经验.目前我国配套电源尚不齐全,应用于各工业领域的电源系统缺口很大,希望有实力和经验的单位和个人多多交流,共同促进经济发展.

参考书目:

1 模拟电子技术基础 童诗白 北京：高等教育出版社　1993。
2电力电子学 贾正营 北京：中国电力出版社
3通用变频器设计及应用 满永奎 韩安荣等 北京：机械工业出版社
4电气变频调速设计技术 杜金诚 北京：中国电力出版社
5 大功率交交变频调速及矢量控制技术 马小亮 北京：机械工业出版社
6 变频器设计及其应用 冯垛生 张淼 北京:机械工业出版社 2000
7 变频调速系统设计与应用 王树 北京:机械工业出版社 2005

作者简介: 肖英辉,男, (1974---),中级工程师,曾多年从事某上市企业技术及设备管理工作,现为山东科技大学测控专业研究生,研究方向为电力电子技术及应用.
通信地址: 肖英辉 山东科技大学 青岛 266510
任惠英 山东兖矿集团机厂 邹城 273500