一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统的制作方法

1.本发明涉及交流恒流源系统技术领域，具体来说，涉及一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统。


背景技术：

2.国内外对低压电器产品检测的研究集中在低压电器产品的可靠性、电力开关器件的应用、计算机数据控制和采集系统应用、可程式电子电源的应用以及网络化技术的应用。在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了广泛的应用，国内的相关技术处于理论研究分析和研究试验阶段。
3.为了应对低压电器产品质量参差不齐的状况，必须加强低压电器产品的检验检测工作，以保证配电设备的安全稳定运行。行业上的技术人员分别对温升试验恒流源设备、选相合闸开关设备、电器试验数据的采集与处理技术、电器试验的测控技术等相关试验技术与设备进行了研究。
[0004]“大功率交流恒流源自适应pwm策略研究及应用”运用数字信号处理技术和电力电子技术提出了智能化、小型化的大功率交流恒流源，为低压电器产品检测用电源提供了新的实现方法。“低压电器产品检测新技术”中对低压电器产品新技术进行了描述，并对相控合闸技术进行了介绍；“基于虚拟仪器的低压电器温升测试系统”阐述了低压电器温升测试中引入虚拟仪器的技术，尝试了使用智能化的手段来改变以前的电器产品性能测试方法；“基于plc的低压大电流温升在线测试系统”对传统温升设备的不足进行了改进和优化。
[0005]
然而随着低压电器行业的快速发展，低压电器产品设计能力不足、生产过程中缺乏先进的工艺装备和必备的检测设备，不能严格按技术规范进行生产，随意更改零部件材料，使用劣质材料，在产品结构和零部件选用上没有采取有效措施，影响低压电器产品性能的情况屡有发生，从而导致低压电器产品功能失效或发生故障，甚至造成重大事故和危害人身安全。此种现状严重影响我国低压电器产品的质量，制约低压电器行业的进步。
[0006]
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

[0007]
针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
[0008]
为此，本发明采用的具体技术方案如下：一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统，该系统包括：ad/dc整流模块、dc/ac逆变模块、增益放大模块、换能v/i模块、输出电流采样模块、多级调节控制模块、误差控制模块、spwm信号发生器、输出电压采样模块及频率相位跟踪器；其中，ad/dc整流模块的输出端连接dc/ac逆变模块的输入端，dc/ac逆变模块的输出端连接增益放大模块的输入端，增益放大模块的输出端连接换能v/i模块的输入端，换能v/i模块的输出端分别连接输出电流采样模块的输入端与输出电压采样模块的输入端，输
出电流采样模块的输出端连接多级调节控制模块的输入端，多级调节控制模块的输出端连接误差控制模块的输入端，误差控制模块的输出端连接spwm信号发生器的输入端，spwm信号发生器的输出端连接dc/ac逆变模块的输入端；输出电压采样模块的输出端连接误差控制模块的输入端，频率相位跟踪器的输出端连接多级控制调节模块的输入端。
[0009]
进一步的，增益放大模块包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、运算放大器a1、运算放大器a2及运算放大器a3；其中，运算放大器a1的同相输入端作为增益放大模块的输入端与dc/ac逆变模块的输出端保持连接，运算放大器a1的输出端分别与电阻r4的一端、电阻r2的一端连接，运算放大器a1的反相输入端分别与电阻r2的另一端、电阻r1的一端连接，电阻r4的另一端分别与电阻r5的一端、运算放大器a3的反相输入端连接，电阻r1的另一端分别与电阻r3的一端、运算放大器a2的反相输入端连接，电阻r3的另一端分别与运算放大器a2的输出端、电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端分别与运算放大器a3的同相输入端、电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端接地，运算放大器a3的输出端与电阻r5的另一端连接并作为增益放大电路模块的输出端与换能v/i模块的输入端保持连接，运算放大器a2的同相输入端与可调输入电压连接。
[0010]
进一步的，运算放大器a1、运算放大器a2及运算放大器a3均采用高速型低噪声运算放大器；增益放大模块的输入端输入的信号为正弦电压，增益放大模块的输出端输出的信号为标准正弦波电压。
[0011]
进一步的，换能v/i模块包括电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、运算放大器a4、运算放大器a5、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4及电容c1；其中，运算放大器a4的同相输入端作为换能v/i模块的输入端与增益放大模块的输出端保持连接，运算放大器a4的输出端分别与电容c1的一端、二极管d2阴极、二极管d3阳极连接，运算放大器a4的反相输入端分别与电容c1的另一端、电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端与运算放大器a5输出端连接，运算放大器a5的反相输入端分别与电阻r13一端、电阻r14的一端连接，电阻r14另一端接地，运算放大器a5的同相输入端分别与电阻r13的另一端、三极管q2的发射极、三极管q3的发射极连接，二极管d2的阳极与二极管d1的阴极连接，二极管d1的阳极与电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端分别与电阻r10的一端、三极管q1的基极连接，电阻r10的另一端、三极管q1的集电极及三极管q2的集电极相互连接且接入正向供电电压，三极管q1的发射极与三极管q2的基极连接，二极管d3的阴极与二极管d4的阳极连接，二极管d4的阴极与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端分别与电阻r12的一端、三极管q4的基极连接，三极管q4的发射极与三极管q3的基极连接，电阻r12另一端、三极管q4的集电极及三极管q3的集电极相互连接且接入负向供电电压。
[0012]
进一步的，电阻r13采用精度为1%的精密金属膜电阻，电容c1为补偿电容用于消除电路产生的过冲。
[0013]
进一步的，多级调节控制模块包括依次保持信号连接的输出pid控制电路、多级调节电路及正弦信号发生器。
[0014]
进一步的，多级调节电路包括电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、二极管d5、二极管d6、二极管d7、二极管d8、继电器n1、继电器n2、电压转换器n3、离散量k1及离散量k2；其中，继电器n1的第三输出端与二极管d5的阴极连接且接入离散量k1，二极管d5的阳极与继电器n1的第一输入端连接且接地，继电器n1的第一输出端与继电器n2的第二输入端、第三输入端连接，继电器n2的第一输入端与二极管d6阴极连接且接入离散量k2，二极管d6阳极与继电器n2的第一输出端连接且接地，继电器n的第二输出端、第三输出端相互连接且分别与电阻r15一端、电容c2一端、电容c3一端及电压转换器n3的输入端连接，电阻r15另一端分别与电容c4一端、二极管d7阴极连接，电容c2另一端、电容c3另一端、电容c4另一端及二极管d7阳极保持连接且接地，电压转换器n3输出端分别与电阻r16一端、电容c5一端及电阻r18一端连接，电压转换器n3的调节端口分别与电阻r16另一端、电阻r17一端连接，电阻r17另一端、电容c5另一端、电阻r18另一端及二极管d8阳极连接，二极管d8的阴极作为多级调节电路的输出端。
[0015]
进一步的，二极管d5对离散量k1起到反相抑制作用，二极管d6对离散量k2起到反向抑制作用。
[0016]
进一步的，ad/dc整流模块的输入端连接低压待检测信号，频率相位跟踪器的输入端连接参考信号。
[0017]
进一步的，spwm信号发生器的脉冲幅值为5v，频率为50hz。
[0018]
本发明的有益效果为：通过利用误差控制多级可调的方法，实现dc/ac逆变模块驱动信号的调节，使得dc/ac逆变模块获得高电压小电流的电源输出，配合增益放大电路及换能v/i模块，利用提升波形采样频率的方式，提高恒流源输出电流的输出精度，从而有效提高交流恒流源的正弦电流精度和稳定性，能较好的满足低压电器检测的实际需求；同时本系统运行周期短、控制精确、实时性强、可靠性好和效率高，交流恒流源多级可调，尤其适用于低压电器试验等各种交流恒流源供电的场合；解决传统恒流源输出稳定度不高、可靠性低和检测难度高的问题，采用多级控制输出带检测回路的恒流源设计方法，能够按照预定要求完成恒流源的稳定输出，大大降低了恒流源误触发输出风险，提高了系统的安全性，具有非常显著的实用效益。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]
图1是根据本发明实施例的一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统的系统框图；图2是根据本发明实施例的一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统中多级调节控制模块系统框图；图3是根据本发明实施例的一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统中增益放大模块的电路原理图；
图4是根据本发明实施例的一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统中换能v/i模块的电路原理图；图5是根据本发明实施例的一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统中多级调节电路的电路原理图。
[0021]
图中：1、ad/dc整流模块；2、dc/ac逆变模块；3、增益放大模块；4、换能v/i模块；5、输出电流采样模块；6、多级调节控制模块；601、输出pid控制电路；602、多级调节电路；603、正弦信号发生器；7、误差控制模块；8、spwm信号发生器；9、输出电压采样模块；10、频率相位跟踪器。
具体实施方式
[0022]
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0023]
根据本发明的实施例，提供了一种基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统。
[0024]
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-图5所示，根据本发明实施例的基于误差控制的多级可调式交流恒流源系统，该系统包括：ad/dc整流模块1、dc/ac逆变模块2、增益放大模块3、换能v/i模块4、输出电流采样模块5、多级调节控制模块6、误差控制模块7、spwm信号发生器8、输出电压采样模块9及频率相位跟踪器10；其中，ad/dc整流模块1的输出端连接dc/ac逆变模块2的输入端，dc/ac逆变模块2的输出端连接增益放大模块3的输入端，增益放大模块3的输出端连接换能v/i模块4的输入端，换能v/i模块4的输出端分别连接输出电流采样模块5的输入端与输出电压采样模块9的输入端，输出电流采样模块5的输出端连接多级调节控制模块6的输入端，多级调节控制模块6的输出端连接误差控制模块7的输入端，误差控制模块7的输出端连接spwm信号发生器8的输入端，spwm信号发生器8的输出端连接dc/ac逆变模块2的输入端；输出电压采样模块9的输出端连接误差控制模块7的输入端，频率相位跟踪器10的输出端连接多级控制调节模块6的输入端。
[0025]
在一个实施例中，增益放大模块3包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、运算放大器a1、运算放大器a2及运算放大器a3；其中，运算放大器a1的同相输入端作为增益放大模块3的输入端与dc/ac逆变模块2的输出端保持连接，运算放大器a1的输出端分别与电阻r4的一端、电阻r2的一端连接，运算放大器a1的反相输入端分别与电阻r2的另一端、电阻r1的一端连接，电阻r4的另一端分别与电阻r5的一端、运算放大器a3的反相输入端连接，电阻r1的另一端分别与电阻r3的一端、运算放大器a2的反相输入端连接，电阻r3的另一端分别与运算放大器a2的输出端、电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端分别与运算放大器a3的同相输入端、电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端接地，运算放大器a3的输出端与电阻r5的另一端连接并作为增益放大电路模块3的输出端与换能v/i模块4的输入端保持连接，运算放大器a2的同相输入端与可调输入电压连接。
[0026]
在一个实施例中，运算放大器a1、运算放大器a2及运算放大器a3均采用高速型低噪声运算放大器；增益放大模块3的输入端输入的信号为正弦电压，增益放大模块3的输出端输出的信号为标准正弦波电压。
[0027]
在一个实施例中，换能v/i模块4包括电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、运算放大器a4、运算放大器a5、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4及电容c1；其中，运算放大器a4的同相输入端作为换能v/i模块4的输入端与增益放大模块3的输出端保持连接，运算放大器a4的输出端分别与电容c1的一端、二极管d2阴极、二极管d3阳极连接，运算放大器a4的反相输入端分别与电容c1的另一端、电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端与运算放大器a5输出端连接，运算放大器a5的反相输入端分别与电阻r13一端、电阻r14的一端连接，电阻r14另一端接地，运算放大器a5的同相输入端分别与电阻r13的另一端、三极管q2的发射极、三极管q3的发射极连接，二极管d2的阳极与二极管d1的阴极连接，二极管d1的阳极与电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端分别与电阻r10的一端、三极管q1的基极连接，电阻r10的另一端、三极管q1的集电极及三极管q2的集电极相互连接且接入正向供电电压，三极管q1的发射极与三极管q2的基极连接，二极管d3的阴极与二极管d4的阳极连接，二极管d4的阴极与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端分别与电阻r12的一端、三极管q4的基极连接，三极管q4的发射极与三极管q3的基极连接，电阻r12另一端、三极管q4的集电极及三极管q3的集电极相互连接且接入负向供电电压。
[0028]
在一个实施例中，电阻r13采用精度为1%的精密金属膜电阻，电容c1为补偿电容用于消除电路产生的过冲。
[0029]
v/i转换模块4是将输入的电压信号转换成满足一定关系的保持稳定电流信号，可看做一个输出可调的恒流源。本发明中使用的电压控制恒流源，由运算放大器、无输出电容的功率放大电路（ocl），采样电阻和反馈电路组成。因运放的输出电流较小，所以采用ocl电路对运放的输出电流进行放大。由复合管tip122、tip127组成的ocl电路，电路工作时，两管轮流导通。为了消除ocl电路的交越失真现象，静态时，利用电阻与二极管搭建的分压电路，使三极管q1、q2、q3及q4的基极有一个微小的基极电流，从而使两只复合管处于微导通状态。
[0030]
在一个实施例中，多级调节控制模块6包括依次保持信号连接的输出pid控制电路601、多级调节电路602及正弦信号发生器603。
[0031]
在一个实施例中，多级调节电路602包括电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、二极管d5、二极管d6、二极管d7、二极管d8、继电器n1、继电器n2、电压转换器n3、离散量k1及离散量k2；其中，继电器n1的第三输出端与二极管d5的阴极连接且接入离散量k1，二极管d5的阳极与继电器n1的第一输入端连接且接地，继电器n1的第一输出端与继电器n2的第二输入端、第三输入端连接，继电器n2的第一输入端与二极管d6阴极连接且接入离散量k2，二极管d6阳极与继电器n2的第一输出端连接且接地，继电器n的第二输出端、第三输出端相互连接且分别与电阻r15一端、电容c2一端、电容c3一端及电压转换器n3的输入端连接，电阻r15另一端分别与电容c4一端、二极管d7阴极连接，电容c2另一端、电容c3另一端、电容c4另一
端及二极管d7阳极保持连接且接地，电压转换器n3输出端分别与电阻r16一端、电容c5一端及电阻r18一端连接，电压转换器n3的调节端口分别与电阻r16另一端、电阻r17一端连接，电阻r17另一端、电容c5另一端、电阻r18另一端及二极管d8阳极连接，二极管d8的阴极作为多级调节电路602的输出端。
[0032]
在一个实施例中，二极管d5对离散量k1起到反相抑制作用，二极管d6对离散量k2起到反向抑制作用。
[0033]
在一个实施例中，ad/dc整流模块1的输入端连接低压待检测信号，频率相位跟踪器10的输入端连接参考信号。
[0034]
在一个实施例中，spwm信号发生器8的脉冲幅值为5v，频率为50hz。
[0035]
本系统通过人机接口界面对电流值、频率进行预置，ad/dc整流模块1将来自待检测的交流电通过整流变成300v的直流电为后续的dc/ac逆变模块2提供能量，同时也为系统的其它电路提供辅助电源；dc/ac逆变模块2通过spwm控制igbt功率器件将直流信号变换成可控制幅度与相位的正弦交流信号提供给后级电压——换能v/i模块4。通过增益放大与电压电流转化将逆变电路输出的高压小电流信号变换成低压大电流信号提供给后级被测元件；频率相位跟踪器10对参考信号的频率及相位进行精确采样，为后面的正弦信号发生器603提供参考频率和初始相位，确保逆变后的电流信号与参考信号一致，此处为恒流源能任意并联使用的关键所在；输出电压采样模块9实时采集dc/ac逆变模块2输出的电压信号，处理后反馈给后续的误差控制模块7；输出电流采样模块5通过精密电流互感器，实时采集实际输出电流，处理后送后续电路进行显示、反馈处理；正弦信号发生器603根据频率相位跟踪器10提供的信号产生与参考信号完全同频率同相位的正弦信号提供给误差控制模块7，同时正弦信号的幅度受输出设定和输出pid控制电路601控制，通过pid算法运算及多级调节电路602的调节后，实时控制正弦号发生器产生的正弦信号幅度，从而使输出电流与设定一致并恒流；误差控制模块7将正弦信号发生器603产生的正弦信号与逆变输出采样的正弦信号进行误差运算后，输出给spwm信号发生器8，使逆变后的信号与设定信号相位频率相同；来自误差控制模块7的正弦信号与本模块内的三角波载率信号进行比较，产生spwm波形，驱动igbt功率器件，从而完成逆变过程。多个模块形成多个环路，配合微处理器，并结合一定的控制策略对输出电流进行动态调整，从而构成输出电流的闭环控制，实现输出电流值的恒定。
[0036]
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过利用误差控制多级可调的方法，实现dc/ac逆变模块驱动信号的调节，使得dc/ac逆变模块获得高电压小电流的电源输出，配合增益放大电路及换能v/i模块，利用提升波形采样频率的方式，提高恒流源输出电流的输出精度，从而有效提高交流恒流源的正弦电流精度和稳定性，能较好的满足低压电器检测的实际需求；同时本系统运行周期短、控制精确、实时性强、可靠性好和效率高，交流恒流源多级可调，尤其适用于低压电器试验等各种交流恒流源供电的场合；解决传统恒流源输出稳定度不高、可靠性低和检测难度高的问题，采用多级控制输出带检测回路的恒流源设计方法，能够按照预定要求完成恒流源的稳定输出，大大降低了恒流源误触发输出风险，提高了系统的安全性，具有非常显著的实用效益。
[0037]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。