專利名稱：具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率車載電源技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種適用于移動式需要車載柴油機(jī)提供大功率電源的場合，尤其適用于軍用車載大功率電氣設(shè)備、港口移動吊裝機(jī)械設(shè)備等對于車載電源的重量與體積有嚴(yán)格要求的具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源。
背景技術(shù)：
目前，許多軍用特種車輛與港口吊裝機(jī)械由于其功能的日益復(fù)雜化，需要配備車載大功率電源。電源來源有兩種，車載蓄電池與車載發(fā)動機(jī)取力發(fā)電，車載蓄電池優(yōu)勢在于電壓穩(wěn)定，劣勢在于儲電量受限制，且重量與體積對于車載系統(tǒng)來說均是非常重的負(fù)擔(dān)。因此， 此類場合一般采用車載發(fā)動機(jī)取力發(fā)電的模式，即車載發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動的同時帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，將汽油或柴油中的能量轉(zhuǎn)化成電能。在實(shí)際應(yīng)用中，車載設(shè)備用電也分兩種等級，測量儀表及計算機(jī)之類負(fù)載對電壓穩(wěn)態(tài)精度及瞬間恢復(fù)特性要求比較高，這種電壓可簡稱之為精電。各種車載電動機(jī)等阻感性負(fù)載及空調(diào)等整流性負(fù)載設(shè)備，對電壓穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)指標(biāo)要求不高，這種電壓可簡稱之為粗電。一般車載電氣系統(tǒng)設(shè)計時，如圖I所示，僅為車載精電負(fù)載3提供獨(dú)立的穩(wěn)壓電源，但是當(dāng)車載發(fā)電機(jī)I突加粗電負(fù)載2時，尤其阻感性負(fù)載的突加，輸出電壓無可避免地出現(xiàn)相應(yīng)的波動，這種大范圍波動的電壓不能滿足所有車載設(shè)備要求的。同時，這種阻感性負(fù)載要求發(fā)電機(jī)大量的無功功率輸出，因此發(fā)電機(jī)的容量必須相應(yīng)地增加，以致增加了發(fā)電機(jī)的重量與體積。傳統(tǒng)上對于此類發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓一般在主電路中串聯(lián)大功率AC/AC穩(wěn)壓電源5 來產(chǎn)生所需要的幅值與頻率穩(wěn)定的電源，如圖2所示，這類穩(wěn)壓電源通過相應(yīng)的整流環(huán)節(jié) 51可以使輸入端的功率因數(shù)接近于1，可以減小發(fā)電機(jī)的容量。此種方法的不足之處在于穩(wěn)壓電源5存在整流51與逆變52兩個環(huán)節(jié)之間，穩(wěn)壓電源5的容量必須大于車載粗電負(fù)荷2與車載精電負(fù)荷3之和，這樣大容量的穩(wěn)壓電源必然會引起的車輛整體重量與體積增加，抵消了發(fā)電機(jī)容量降低而帶來的重量節(jié)省，這是一個無法解決的矛盾之處。電源的體積與重量的超標(biāo)，會影響車輛的速度靈活度以及油耗，最后必然極大增加設(shè)備的成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)新穎、電壓穩(wěn)定、重量輕、體積小、設(shè)備成本低的具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是[0011]一種具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源，設(shè)有發(fā)電機(jī)輸出的三相電源和主電路，其特征在于主電路上設(shè)有源濾波模塊、無功補(bǔ)償模塊、變頻逆變輸出模塊、功率驅(qū)動模塊、AD采樣模塊和電源控制器，有源濾波模塊具有有源濾波器的功能，對車載發(fā)電機(jī)供電進(jìn)行波形質(zhì)量改造，發(fā)出相應(yīng)頻率的諧波電流，對粗電通過相應(yīng)諧波補(bǔ)償?shù)姆绞絹硐渲C波成分，以消除接入點(diǎn)的電壓畸變，無功補(bǔ)償模塊具有無功補(bǔ)償功能，可以準(zhǔn)確實(shí)時地對阻感性負(fù)載所需要的無功進(jìn)行補(bǔ)償，可以有效地抑制車載發(fā)電機(jī)的無功電流，有源濾波模塊與無功補(bǔ)償模塊可以根據(jù)工況來選擇是否工作在相應(yīng)模式，向直流母線提供能量，以保持直流母線電壓的穩(wěn)定，有源濾波模塊和無功補(bǔ)償模塊并聯(lián)在直流母線上，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大功率AC/AC穩(wěn)壓電源，通過無功補(bǔ)償，有效的減小了車載電源的容量，直流母線上設(shè)有變頻逆變輸出模塊，變頻逆變輸出模塊作為變頻逆變輸出單元，從直流母線取電，產(chǎn)生外部電路所需要的可靠的特定頻率與幅值的電壓，對直流母線的電壓進(jìn)行逆變輸出，轉(zhuǎn)化成幅值與頻率穩(wěn)定的精電供給，以利于用共享直流母線的變頻逆變輸出單元來代替精電電源，節(jié)省了精電電源中的整流環(huán)節(jié)，極大降低了車載電源的體積和重量，電源控制器輸入端經(jīng)AD 采樣模塊分別與發(fā)電機(jī)輸出的三相電源和直流母線電壓相連，電源控制器輸出端一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制有源濾波模塊的輸出，一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制無功補(bǔ)償模塊輸出粗電負(fù)載，另一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制變頻逆變輸出模塊的輸出，使之輸出頻率幅值穩(wěn)定的靜電負(fù)載，使電源控制器負(fù)責(zé)總體的管理功能，集成多路輸入輸出到控制器中，以利于對每一個模塊根據(jù)其功能進(jìn)行模擬量采樣與功率模塊驅(qū)動輸出。本發(fā)明中的電源控制器可采用內(nèi)核為DSP的電源控制器，以利于進(jìn)行模擬量采樣與功率模塊驅(qū)動輸出。本發(fā)明中的有源濾波模塊、無功補(bǔ)償模塊和變頻逆變輸出模塊分別為三相全橋電路，三相全橋電路是由六只IGBT絕緣柵雙極性功率管組成三組橋臂，電源控制器發(fā)出的三路PWM觸發(fā)信號，經(jīng)功率驅(qū)動模塊后分成六路，分別來驅(qū)動6只IGBT的開關(guān)通斷，以輸出三相電壓。本發(fā)明可在有源濾波模塊、無功補(bǔ)償模塊或變頻逆變輸出模塊上設(shè)有LC濾波電路，以適用不同的功率等級和不同的工況要求。本發(fā)明還可在主電路上設(shè)有電感、電容、電阻或變壓器，以根據(jù)有源濾波模塊、無功補(bǔ)償模塊或變頻逆變輸出模塊的功率不同而增加。本發(fā)明的有益效果是由于采用了一種直流母線并聯(lián)式的模塊化電源，集有源濾波、無功補(bǔ)償、變頻逆變功能于一體，通過并聯(lián)的方式對車載發(fā)電機(jī)供電進(jìn)行波形質(zhì)量改造，有效地補(bǔ)償車載發(fā)電機(jī)的無功電流，同時產(chǎn)生特定設(shè)備所需要的可靠的特定頻率與幅值的電壓，在保障電氣系統(tǒng)性能的前提下，極大的減輕了車載電源系統(tǒng)的重量與體積，具有結(jié)構(gòu)新穎、電壓穩(wěn)定、重量輕、體積小、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)。
圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的粗電直接供電模式示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的由穩(wěn)壓電源供電模式示意圖。圖3是本發(fā)明采用的供電模式示意圖。圖4是本發(fā)明中總體結(jié)構(gòu)原理框圖。圖5是本發(fā)明中功能模塊的電氣原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明一種具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源，設(shè)有發(fā)電機(jī)輸出的三相電源I和主電路，其特征在于主電路上設(shè)有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62、變頻逆變輸出模塊63、 功率驅(qū)動模塊(66、68、610)、AD采樣模塊(65、67、69)和電源控制器64，有源濾波模塊61 具有有源濾波器的功能，對車載發(fā)電機(jī)供電進(jìn)行波形質(zhì)量改造，發(fā)出相應(yīng)頻率的諧波電流， 對粗電通過相應(yīng)諧波補(bǔ)償?shù)姆绞絹硐渲C波成分，以消除接入點(diǎn)的電壓畸變，無功補(bǔ)償模塊62具有無功補(bǔ)償功能，可以準(zhǔn)確實(shí)時地對阻感性負(fù)載所需要的無功進(jìn)行補(bǔ)償，可以有效地抑制車載發(fā)電機(jī)的無功電流，有源濾波模塊61與無功補(bǔ)償模塊62可以根據(jù)工況來選擇是否工作在相應(yīng)模式，向直流母線提供能量，以保持直流母線電壓(653、673、693)的穩(wěn)定，有源濾波模塊61和無功補(bǔ)償模塊62并聯(lián)在直流母線上，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大功率AC/AC穩(wěn)壓電源，通過無功補(bǔ)償，有效的減小了車載電源的容量，直流母線上設(shè)有變頻逆變輸出模塊 63,變頻逆變輸出模塊63作為變頻逆變輸出單元，從直流母線取電，產(chǎn)生外部電路所需要的可靠的特定頻率與幅值的電壓，對直流母線的電壓進(jìn)行逆變輸出，轉(zhuǎn)化成幅值與頻率穩(wěn)定的精電供給，以利于用共享直流母線的變頻逆變輸出單元來代替精電電源，節(jié)省了精電電源中的整流環(huán)節(jié)，極大降低了車載電源的體積和重量，電源控制器64輸入端經(jīng)AD采樣模塊(65、67、69)分別與發(fā)電機(jī)輸出的三相電源I和直流母線電壓(653、673、693)相連，電源控制器64輸出端一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊66控制有源濾波模塊61的輸出，一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊68控制無功補(bǔ)償模塊62輸出粗電負(fù)載，另一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊610控制變頻逆變輸出模塊63的輸出，使之輸出頻率幅值穩(wěn)定的靜電負(fù)載，電源控制器64負(fù)責(zé)總體的管理功能, 集成多路輸入輸出到控制器64中，以利于對每一個模塊根據(jù)其功能進(jìn)行模擬量采樣與功率模塊驅(qū)動輸出。本發(fā)明中的電源控制器64可采用內(nèi)核為DSP的電源控制器64，以利于進(jìn)行模擬量采樣與功率模塊驅(qū)動輸出。本發(fā)明中的有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62和變頻逆變輸出模塊63分別為三相全橋電路，三相全橋電路是由六只IGBT絕緣柵雙極性功率管(74、75、76 )組成三組橋臂， 電源控制器64發(fā)出的三路PWM觸發(fā)信號，經(jīng)功率驅(qū)動模塊(66、68、610)后分成六路，分別來驅(qū)動6只IGBT (74、75、76)的開關(guān)通斷，以輸出穩(wěn)定的三相電壓。本發(fā)明可在有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62或變頻逆變輸出模塊63上設(shè)有LC 濾波電路71，以適用不同的功率等級和不同的工況要求。本發(fā)明還可在主電路外圍設(shè)有電感器、電容72、電阻73或變壓器，以根據(jù)有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62或變頻逆變輸出模塊63的功率不同而增加。如圖4所示，本發(fā)明包括了有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62、變頻逆變模塊63、 電源控制器64、AD采樣模塊65，67，69、功率驅(qū)動模塊66，68，610。電源控制器64從AD米樣模塊65得到發(fā)電機(jī)三相電壓651、發(fā)電機(jī)輸出的三相電流652、直流母線電壓653 —共七路信號，由DSP (數(shù)字信號處理器)進(jìn)行計算后，得到發(fā)電機(jī)三相輸出電壓中所含有的諧波畸變，然后根據(jù)相應(yīng)的諧波抑制算法計算出三路PWM觸發(fā)信號，然后經(jīng)功率驅(qū)動模塊66來控制有源濾波模塊61的輸出。[0031]電源控制器64從AD采樣模塊67得到粗電負(fù)載三相電壓671、粗電負(fù)載輸出的三相電流672、直流母線電壓673 —共七路信號，由DSP (數(shù)字信號處理器)進(jìn)行計算，算出粗電負(fù)載所需要的無功功率，根據(jù)此無功補(bǔ)償量得到三路PWM觸發(fā)信號，然后經(jīng)功率驅(qū)動模塊68來控制無功補(bǔ)償模塊62的輸出。電源控制器64從AD米樣模塊69得到精電負(fù)載三相電壓691、精電負(fù)載輸出的三相電流692、直流母線電壓693 —共七路信號，根據(jù)精電負(fù)載的電壓反饋量進(jìn)行負(fù)反饋閉環(huán)計算，得到三路PWM觸發(fā)信號，然后經(jīng)功率驅(qū)動模塊610來控制變頻逆變模塊63的輸出，使之輸出相應(yīng)頻率幅值的電壓。其中，有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62、變頻逆變模塊63主體結(jié)構(gòu)均為三相全橋電路，如圖5所示，圖中74，75，76為六只IGBT (絕緣柵雙極性功率管)組成三組橋臂，電源控制器發(fā)出的三路PWM觸發(fā)信號，經(jīng)功率驅(qū)動模塊后分成6路，然后分別來驅(qū)動6只IGBT 的開通關(guān)斷，輸出三相電壓。本發(fā)明上述三種模塊根據(jù)實(shí)際工況的需要來設(shè)計LC濾波電路71。本發(fā)明上述三種模塊共享相同的直流母線電容73與直流母線分壓電阻72。本發(fā)明上述三種模塊的功能實(shí)現(xiàn)由電源控制器64來配置，當(dāng)電源控制器64配置有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62具有直流母線60穩(wěn)壓功能的時候，有源濾波模塊61、無功補(bǔ)償模塊62中任意一個模塊均可具有PWM整流器的功能，使直流母線60電壓穩(wěn)定，為變頻逆變模塊63的輸出提供有功功率。本發(fā)明由于采用直流母線并聯(lián)式的模塊化電源，集有源濾波、無功補(bǔ)償、變頻逆變功能于一體，通過并聯(lián)的方式對車載發(fā)電機(jī)供電進(jìn)行波形質(zhì)量改造，有效地補(bǔ)償車載發(fā)電機(jī)的無功電流，同時產(chǎn)生特定設(shè)備所需要的可靠的特定頻率與幅值的電壓，在保障電氣系統(tǒng)性能的前提下，極大的減輕了車載電源系統(tǒng)的重量與體積，具有結(jié)構(gòu)新穎、電壓穩(wěn)定、重量輕、體積小、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源，設(shè)有發(fā)電機(jī)輸出的三相電源和主電路，其特征在于主電路上設(shè)有源濾波模塊、無功補(bǔ)償模塊、變頻逆變輸出模塊、功率驅(qū)動模塊、AD采樣模塊和電源控制器，有源濾波模塊和無功補(bǔ)償模塊并聯(lián)在直流母線上，直流母線上設(shè)有變頻逆變輸出模塊，電源控制器輸入端經(jīng)AD采樣模塊分別與發(fā)電機(jī)輸出的三相電源和直流母線電壓相連，電源控制器輸出端一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制有源濾波模塊的輸出，一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制無功補(bǔ)償模塊輸出粗電負(fù)載，另一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制變頻逆變輸出模塊的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源，其特征在于電源控制器采用內(nèi)核為DSP的電源控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源，其特征在于有源濾波模塊、無功補(bǔ)償模塊和變頻逆變輸出模塊分別為三相全橋電路，三相全橋電路是由六只IGBT絕緣柵雙極性功率管組成三組橋臂，電源控制器發(fā)出的三路PWM觸發(fā)信號，經(jīng)功率驅(qū)動模塊后分成六路，分別來驅(qū)動6只IGBT的開關(guān)通斷。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有電能質(zhì)量分級管理功能的模塊化電源，設(shè)有發(fā)電機(jī)輸出的三相電源和主電路，其特征在于主電路上設(shè)有源濾波模塊、無功補(bǔ)償模塊、變頻逆變輸出模塊、功率驅(qū)動模塊、AD采樣模塊和電源控制器，有源濾波模塊和無功補(bǔ)償模塊并聯(lián)在直流母線上，直流母線上設(shè)有變頻逆變輸出模塊，電源控制器輸入端經(jīng)AD采樣模塊分別與發(fā)電機(jī)輸出的三相電源和直流母線電壓相連，電源控制器輸出端一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制有源濾波模塊的輸出，一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制無功補(bǔ)償模塊輸出粗電負(fù)載，另一路經(jīng)功率驅(qū)動模塊控制變頻逆變輸出模塊的輸出。具有結(jié)構(gòu)新穎、電壓穩(wěn)定、重量輕、體積小、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M7/5387GK202353487SQ20112043870
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者姚有剛, 常國潔, 彭海強(qiáng), 陳江岸, 雷小明 申請人:威海廣泰空港電源設(shè)備有限公司