一種諧波發(fā)生器及通過其對(duì)電網(wǎng)元件進(jìn)行檢測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及諧波發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三相大容量的諧波發(fā)生器及通過其對(duì)電網(wǎng)元件進(jìn)行檢測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電力電子器件已經(jīng)被運(yùn)用到自動(dòng)化行業(yè)的每一個(gè)角落，與我們的生活息息相關(guān)，雖然豐富了我們的生活，但是同樣也帶來了負(fù)面影響。過多的電力電子裝置使得電網(wǎng)中的諧波含量越來越多，嚴(yán)重降低了電網(wǎng)的質(zhì)量，同時(shí)諧波又會(huì)反過來影響電力設(shè)備，使電力設(shè)備發(fā)熱、振動(dòng)和產(chǎn)生噪聲，使電力電子器件擊穿，使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命，甚至引發(fā)更加嚴(yán)重的后果。所以諧波問題的解決迫在眉睫，因而就要測(cè)試各種設(shè)備所能承受的諧波的范圍。另外由于電抗器等電網(wǎng)元件在生產(chǎn)過程中無法準(zhǔn)確得出其在諧波下的電抗值及損耗值，因此研制諧波發(fā)生器裝置是必要的。
[0003]傳統(tǒng)諧波發(fā)生器利用模擬信號(hào)源產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，此種方法操作繁瑣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使經(jīng)過放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，功率仍相對(duì)較小，很難滿足大功率檢測(cè)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明為克服以上不足，提供了一種諧波發(fā)生器及通過其對(duì)電網(wǎng)元件進(jìn)行檢測(cè)的方法，其可有效模擬電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中的諧波情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電抗器或變壓器等電網(wǎng)元件的耐諧波測(cè)試，以及電抗器、變壓器等電網(wǎng)元件在不同諧波下的電抗值和損耗的測(cè)試。
[0005]本發(fā)明的諧波發(fā)生器，為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案在于:包括三相逆變單元和計(jì)算控制單元，所述三相逆變單元包括依次連接的升壓變壓器、整流電路、逆變電路和采樣電路，所述計(jì)算控制單元包括CPU和與其連接的顯示屏，所述采樣電路連接CPU，CPU通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路中的IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述采樣電路包括霍爾電流傳感器和霍爾電壓傳感器，通過霍爾電流傳感器采集設(shè)備輸出諧波電流，通過霍爾電壓傳感器采集設(shè)備的端電壓。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述霍爾電流傳感器和霍爾電壓傳感器分別經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接CPU，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)傳給CPU。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述霍爾電流傳感器和霍爾電壓傳感器分別經(jīng)過信號(hào)濾波放大電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通過信號(hào)濾波放大電路將采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波放大后傳給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，以提高信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述采樣電路包括RC濾波電路，通過RC濾波電路采集電容兩端的電壓ua、ub、U。，再反推測(cè)試產(chǎn)品的端電壓。
[0010]一種通過上述諧波發(fā)生器對(duì)電網(wǎng)元件進(jìn)行檢測(cè)的方法，采用的技術(shù)方案在于包括以下步驟:
[0011]第一步:在三相逆變單元中三相220V的供電電壓通過升壓變壓器升壓以達(dá)到測(cè)試的電壓值，再經(jīng)整流橋整流將交流電變成直流電，在計(jì)算控制單元中通過顯示屏輸入所需實(shí)驗(yàn)的諧波大小和次數(shù)傳給CPU ;
[0012]第二步:CPU根據(jù)顯示屏傳輸過來的諧波大小和次數(shù)，在CPU中作出其指令電流波形，同時(shí)通過載波移相理論做出一個(gè)高幅值PffM控制指令和一個(gè)低幅值PWM控制指令；
[0013]第三步:CPU通過霍爾電流傳感器采集系統(tǒng)輸出的實(shí)際電流和指令電流做比較，當(dāng)指令電流大于實(shí)際輸出電流，則CPU選擇低幅值的PffM控制指令輸出給驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路中IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷；當(dāng)指令電流小于實(shí)際輸出電流，則CPU選擇高幅值的PWM控制指令輸出給驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路中IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)高電壓大電流諧波的準(zhǔn)確快速輸出；
[0014]第四步:由于是通過控制IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)輸出諧波的，所以測(cè)試產(chǎn)品的端電壓為方波，而測(cè)試產(chǎn)品的損耗和電抗值需得到的電壓為正旋電壓，故需要將方波電壓轉(zhuǎn)換為等效的正旋電壓，CPU通過霍爾電壓傳感器采集測(cè)試產(chǎn)品的端電壓，經(jīng)RC濾波電路之后，濾波電容兩端的電壓為正弦電壓，將濾波電容兩端的電壓依次經(jīng)信號(hào)濾波放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理后傳給CPU，根據(jù)圖4，在CPU中通過公式u = (j ω CR+l)uc進(jìn)行端電壓的反推得出等效的正弦端電壓，從而再根據(jù)輸出的實(shí)際電流算出測(cè)試產(chǎn)品在不同諧波下的損耗和電抗值，并通過顯示屏進(jìn)行顯示，式中，u為傳感器采集的端電壓，ue為濾波電容兩端電壓，ω為逆變電路輸出頻率。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，第二步中所述的載波移相的方式是為各逆變模塊公用一個(gè)調(diào)制波，每個(gè)逆變模塊擁有自己的載波，并且各逆變器載波相差一定角度，當(dāng)調(diào)制波分配到每個(gè)逆變模塊時(shí)，各自進(jìn)行調(diào)制波與載波的比較，產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將自動(dòng)控制技術(shù)與IGBT的驅(qū)動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套大容量的諧波發(fā)生器，可實(shí)現(xiàn)通過顯示屏輸入20次以內(nèi)諧波和基波的任意疊加，能夠使CPU通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路中的IGBT的通斷以輸出不同的諧波，同時(shí)本發(fā)明通過多個(gè)逆變H橋串聯(lián)來達(dá)到耐壓要求，具體數(shù)量由所需電壓和IGBT的耐壓值決定，從而可產(chǎn)生高電壓大電流，由于要實(shí)現(xiàn)高電壓大電流的諧波輸出，計(jì)算控制單元采用的主要控制策略為載波移相和電力跟蹤相結(jié)合，具體是CPU先根據(jù)顯示屏輸入的指令電流利用載波移相的方法做出兩個(gè)預(yù)期的輸出指令的PWM驅(qū)動(dòng)程序，一個(gè)比輸入的指令電流的幅值大，一個(gè)比輸入的指令電流的幅值小，再通過電流跟蹤的方式采集輸出的實(shí)際電流和指令電流做比較，如果輸出的實(shí)際電流比輸入的指令電流小就選擇通過載波移相做出的高指令電流，如果輸出的實(shí)際電流比輸入的指令電流大，就選擇根據(jù)載波移相做出的低指令電流，從而達(dá)到高電壓大電流的諧波輸出，有效地模擬了電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中的諧波情況。之后CPU通過霍爾電流傳感器采集設(shè)備輸出諧波電流iA、iB、i。，通過霍爾電壓傳感器采集設(shè)備的端電壓，之后經(jīng)濾波電路采集電容兩端的電壓ua、ub、u。，再反推測(cè)試產(chǎn)品的端電壓，從而算出被測(cè)產(chǎn)品在不同諧波下的損耗和電抗值，進(jìn)而了解待測(cè)電網(wǎng)元件所能承受的諧波的范圍。
【附圖說明】
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[0017]圖1為諧波發(fā)生器與待測(cè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為三相逆變單元電路圖；
[0019]圖3為計(jì)算控制單元電路圖；
[0020]圖4是單項(xiàng)逆變輸出電路等效圖，其中AC為霍爾電壓傳感器感應(yīng)過來的等效電源，R，C為濾波電路，其值已知，u為霍爾電壓傳感器感應(yīng)過來的端電壓。
【具體實(shí)施方式】
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[0021]參照?qǐng)D1至圖3，該諧波發(fā)生器，包括三相