交流恒流源系统分析

交流恒流源系统分析

交流恒流源主要是通过电力电子元器件及升流器产生可调大电流的装置，主要应用在断路器、开关等检测行业，本文对其原理及硬件进行分析计算。

标签：整流回路，逆变回路，升流器

1.概述

交流恒流源是采用电力电子装置对电网电源进行变换，并且能够抑制电网电源产生的波动，对输出电流采取闭环控制，使其不随负载阻抗的变化而变化。 当前，交流恒流源主要应用于检测断路器、塑壳断路器、小型断路器继电器、开关、交流接触器、机械开关等工业产品，在电流互感器测试中应用较少，本文对其原理及主要硬件设备配置进行分析。

2.系统组成

系统由电容滤波的三相不可控整流桥、电压型全桥逆变桥、大电流发生器三大部分构成，通过对电网电源整流后经电压型全桥逆变输出至升流变压器，升流变压器输出接负载，对负载进行测试。系统图见下图。

恒流源系统原理及主要硬件分析

2.1电容滤波的三相不可控整流原理

2.2逆变回路原理

电压型全桥逆变电路的原理图见图二，它共有四个桥臂，可以看成是由两个半桥电路组成。把桥臂1和4作为一对，2和3作为另一对

2.2.1 PWM逆变原理

PWM的主要控制方式有计算法和调制法，目前实际应用的主要是调制法，以下主要对调制法进行说明，图二是采用IGBT作为开关器件的单相PWM逆变电路，其控制方式为：在输出电压U0的正半周，V1保持通态，V2保持断态，V3和V4交替通断，因输出串接有滤波电感，所以，一般情况下负载呈阻感状态 ，此时，负载电流滞后于负载电压，因此在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。在负载电流为正的区间，V1和V4导通时，负载电压U0等于直流电压Ud;V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，U0=0。在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时，因i0为负，故i0时间上从VD1和VD4流过，仍有U0=Ud，V4关断，V3开通后，i0从V3和VD1续流，U0=0。这样，U0总可以得到Ud和零两种电平。同样，在U0的负半周，让V2保持通态，V1保持断态，V3和V4交替通断，U0可得到-Ud和零两种电平。

2.2.2 系统电流调节原理

输出电流瞬时值反馈控制是通过参考正弦波电流与输出电流瞬时值相减得到误差电压，经过PI调节输出量与三角波比较得到4路控制信号。这种控制方法能够实时的调节输出电压的波形，比较好地抑制元器件的非线性特性和直流母线电压波动带来的影响，提高了逆变器的静态和动态特性。

2.3升流变压器设计

为了产生低压大电流，通过升流变压器可实现此要求，例如需要最大输出电流为3000A，输出电压5V，考虑最高输出电压10V，因此，升流变压器采用抽头形式，可满足输出5V和10V电压要求。

升流变压器的输入取决于整流输出电压和逆变方波占空比，经实验表明，当驱动IGBT管的方波占空比在75%（即调制比a=0.75）以上时，IGBT管的发热就会急剧上升，并容易烧毁，使用寿命大大降低。为了保证系统可靠性，单片機输出用于驱动IGBT的SPWM波形最大占空比控制在55%以内，可得经过全桥逆变后输出交流最大有效值（即升流变压器的输入）为：

3 结论

随着电力电子元器件的不断发展，其应用也越来越广泛，因此，本文对恒流源装置的原理进行分析介绍，其可靠性及操作性均优于传统的调压器升流系统。

参考文献

1.周霞，王斯然，凌光，吕征宇三相桥式整流电路滤波电容的迭代计算[J]电力电子技术