15V300A可调交流恒流源电流源电流发生装置电子稳流源航宇吉力

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AC300A交流恒流源

技术参数
项目 技术参数 备注
型号 MPS-AC300A
输出容量 AC300A
电路拓扑结构 IGBT/PAM+PWM复合调节
输入方式 AC220V±15%，50Hz±4%
输出
方式 输出电流
（2档） 1档：AC 0.2~30A连续可调
2档：AC 1~300A连续可调
大断电压 15V
准确度 30A档0.2A~5A:0.8%:5A~30A:0.5%
300A档：0.5% （30A以下不考核） 满度误差
波形 标准正弦波，50Hz±0.01%，畸变率≤5% 与标准正弦波对比
分辨率 ≤0.1A
响应时间 ≤80ms 电流从0到该档大稳定值的时间
控制方式 外控
启动时间 不大于10s
保护装置 过载、过压、过流、过热
散热方式 强制风冷
隔离方式 输入、输出、控制三隔离
绝缘电阻 ≥100MΩ
绝缘耐压 AC 1800V，≥1min
使用环境 温度：-10~55℃，湿度：≤85%RH
工作制 连续8小时
尺寸 400mm（长）*400mm（宽）*500mm(高)， 带万向轮
一、要求
1、输出端允许开路；
2、具有抗冲击能力（满负荷加载）；
3、具有防辐射和抗干扰措施；
4、启停控制、电流调节电位器等控制端设航空插头，便于远程控制，线长1.5m；
5、随机配合停开关、外控电位器（10KΩ）、电流选择开关；
6、表面喷涂欧灰色。
二、端子定义
各端子定义如下：
L：AC220V 输入L端；
N：AC220V 输入N端；
PE:保护接地端。
AC1:AC0~300A 输出端；
AC2：AC0~300A输出端。
V-CTR+:+5V/0.5A输出端，用于外接电位器供电；
V-CTR-：+5V/0.5A输出端地；
V-CTR：输出电压控制端，0~5V变化。
0~30A：0~30A选择端，4,6短接；
0~300A：0~300A选择端，5、6短接；
公共端：电流选择公共端。
启动开关：电流输出控制端，短接无输出，开路输出电流。
远控屏蔽线序号是1-棕、2-橙、3-红、4-黄、5-绿、6-蓝、7-紫、8-灰、9-白、10-黑。
四、检验方法：
1、0~30A档
电流输出端用6m长（单根3m）RV6.0mm2导线短接，调节“电流调节”电位器，输出电流应在0.2A~30A连续可调。电位器停止调节时，电流应稳定无漂移，稳流大允许误差：0.2A~5A（不含5A）：0.8%，即±（30A*0.8%）=±0.24A；5A~30A；0.5%，即±（30A*0.5%）=±0.15A.
2、0~300A档
电流输出端用6m长（单根3m）35mm2D电缆短接，调节“电流调节”电位器，输出电流应1A~300A连续可调。电位器停止调节时，电流应稳定无漂移，稳流大允许误差：30A~300A：0.5%，即±（300A*0.5%）=±1.5A，30A以下误差不考核。
工作原理
1．主电路
主电路采用交－直－交结构，包括整流器，直流滤波器、逆变器、交流滤波及变压器等组成部分。其中，交－直部分将50Hz交流市电经桥式整流、上电软起动、电解电容滤波后变为平稳直流。当电源容量小于3kVA时，整流电路为二极管全桥方式（图1-1）；大于3kVA时经三相全桥整流，再经过可控硅软启动（图1-2）。上电时整流器经启动电阻对电解电容充电，延时1S导通可控硅,可减少冲击电流，实现软启动。参见下图：
单相输入软起电路图1-1
注：电源交流输入为单相220V/50 Hz时，直流侧母线电压为DC310V左右。电源交流输入为三相三线380V/50 Hz时，直流侧母线电压为DC530V左右。所以请注意安全。
直－交逆变部分采用单相全桥结构,是本电源的核心。逆变器选用IGBT作为开关元件。利用IGBT开关频率较高的优点，采用正弦脉宽调制方式（SPWM）对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，如图1-3所示，SPWM采用双极性方式，即：同一桥臂上下两只IGBT元件为互补通断，对角元件同时通断。因此，输出SPWM波幅值恒定，宽度按正弦规律变化，该交流基波频率为所需要的电源输出频率。逆变器输出的脉宽调制波经LC滤波电路滤波后，得到的正弦波交流电，并且所含谐波分量很小；再经变压器隔离变压，得到所要求的交流电。


（a）逆变器 （b）SPWM波
双极性PWM控制波形图1-3

为提高电磁兼容性能，在电源的输入和输出端均接有抗干扰滤波器。
2.控制电路
控制电路包括驱动保护和主控两大部分，辅以检测电路，共同完成操作及给定控制，输出电压、频率及波形控制，IGBT的驱动保护，故障检测及保护以及状态显示等功能。
1）．ＩＧＢＴ的驱动与保护电路
该部分电路除完成PWM信号处理，IGBT驱动及保护功能外，还提供控制及驱动部分低压直流电源，各功能单元分述如下：
SPWM信号处理电路位于驱动电路前级。控制电路送来的SPWM信号经电压比较器整形反相后，变为2路互差180°的信号。作为上、下桥臂IGBT的控制信号，该信号再经RCD组成的死区电路，上升沿被延迟，以上下桥臂元件不会直通。延迟后的信号再经电压比较器整形后，送至驱动电路。当系统发生故障时，封锁信号LOCK被拉低，SPWM输出被封锁，IGBT全关断。调整驱动板的电位器可调节死区时间，调节电位器至电平约为2.5V，死区时间约为3μs。如图2-1。
驱动电路以日本三菱公司集成驱动模块M57959（或M57962）为核心组成。SPWM脉冲为TTL电平，送入驱动模块后，经快速光耦隔离放大，输出＋15Ｖ，－10Ｖ的驱动脉冲，送至IGBT门极。改变驱动电阻，可改变IGBT通断时门极驱动电流。门极保护电阻，可降低门极输入阻抗，防止IGBT误导通；保护稳压管，可消除开关过程中门极的感应电压尖峰，防止门极击穿；IGBT集电极退饱和检测二极管、稳压管，驱动模块通过它们可间接检测导通时IGBT集射极压降，当发生退饱和时，内部关断SPWM脉冲100μs，同时，将M57959的8脚拉低，使光耦导通，送出过流故障信号。调整集电极退饱和的稳压值，可调整保护阀值。驱动电源经稳压管后变为＋15V，－10V双电源，采用－10V负电源驱动，可确保IGBT关断期间不发生误导通，提高驱动电路的抗干扰能力。
SPWM信号处理原理框图2-1
驱动板上设计有IGBT过流，直流母线欠压，散热器过热三种保护。过流保护电路如图2-2所示，过流保护由M57959内部保护电路完成。单相桥电路四只IGBT元件的短路保护信号，经过与门，变为一路故障电平信号经锁存器，锁存后分别送至故障处理电路去封锁PWM脉冲，送至控制板进行保护逻辑处理。注：OC1～OC4驱动模块送来。
保护信号原理框图2-2
欠压保护电路如图2-3所示，当直流母线电压正常时，稳压管D15处于击穿导通状态，从而使与之串联的光耦导通，光耦付边输出低电平；当母线电压过低时，稳压管D15阻断，从而使串联光耦关断，付边输出高电平，经锁存器锁存后成为欠压故障低电平，分别送往故障处理电路和控制板，封锁PWM脉冲，完成故障逻辑处理。
驱动板欠压保护原理图2-3
功率器件散热器过热保护通过温度继电器KH常闭接点实现。过热时，常闭接点断开，给出故障低电平，温度继电器动作值为75℃（工业级为90℃）。
故障及封锁信号处理电路：过流及欠压故障电平经与非门合并成一路信号，与从控制板送来的封锁信号，过热故障信号，复位封锁信号一起经过与非门合并成一路故障封锁信号，点亮停机状态发光二极管指示灯。经三极管反相后，送至PWM信号处理电路，封锁PWM脉冲，完成保护或停机控制。
故障及封锁信号处理电路2-4
2）．控制电路
本电源波形控制针对相电压输出，采用带电流内环的双环控制方案。在由两个控制环构成的电压波形控制系统中，电流环是内环，该环的受控对象是输出交流滤波电容的电流ic，控制目的是使滤波电容上的电流能快速准确地跟踪电流指令，克服直流电压波动，负载电流改变等系统扰动对输出电压波形的影响。电压环位于电流环之外，该环对输出电压瞬时值进行控制，使输出电压跟踪输入的正弦波。波形双环控制器已制成厚膜模块，以该模块为核心的波形环控制原理如图所示Vf、Ic分别为输出电压，滤波电容电流的瞬时检测值。经滤波、 整形后直接送入波形环与标准正弦波比较，经双环调节后产生SPWM控制脉冲。图中，RP1调节波形模块内部偏移，以便对输出SPWM波偏移进行微调，避免输出接变压器负载时导致直流偏磁，RP6调节波形模块电压环增益，该增益增大，可改善输出电压波形； RP7调节波形模块电流环增益，该增益增大，可改善输出电压动态特性，并有改善波形的作用。波形模块双环增益的改变，都对输出相位有一定影响。

波形控制原理图2-5

标准正弦波（ 11 脚） 三角波（ 8脚）







滤波电流反馈（ 13 脚） 输出电压反馈（ 7 脚）


SPWM信号（1 脚）
为改进工艺，提高可靠性，波形控制电路已制成厚膜模块，作为标准元件使用。波形控制采用瞬时值反馈，输出电压、电容电流由检测电路检出整形后，直接送入波形环，与标准正弦波比较，经双环调节后产生PWM控制脉冲。
标准正弦波产生采用典型的计数寻址查表方式，标准正弦数据存于EPROM中，按输出频率时序选通EPROM，再通过D/A转换器将EPROM输出的正弦数字量变为模拟量，输出标准正弦波信号。
正弦波原理框图2-6
频率控制采用开环方式，通过对给定标准正弦波频率进行控制而实现，其原理如图2-6所示，基准 频 率采用 1.8432MHｚ晶振振荡得到，通过计数器后， 得到 409.6 KHｚ的脉冲信号，将该信号作为二进制计数器4040的输入时钟，使计数器按409.6KHｚ频率计数。将计数器输出作为存储标准正弦数据的EPROM的地址选通信号，由于EPROM中正弦数据一周波存储量为1024字节。因此，输出正弦数据频率为409.6/1.024＝４００Hz。通过软件改变分频系数，即可改变计数器时钟，进而改变输出频率。由于采用晶振得到基准频率，电源输出频率精度及稳定性均大为提高。
有效值控制采用比例积分调节，检测电路送来的交流输出电压信号，经过幅值调整、值变换、有源滤波电路后，变为可调的直流反馈量。给定与反馈信号进行比较，其偏差送至比例积分调节器，调节器输出送至标准正弦波产生电路，改变标准正弦波幅值，使输出电压的有效值维持恒定，实现输出稳压。
3）．电源电路
输入为单相的电源是从直流母线上直接取DC310V,输入三相的电源通过变压器降压再整流后取DC310V，开关电源产生驱动的3组电源和印制板芯片所需的+5V,+15V,-15V。
用于驱动的开关电源输入在DC310V直流母线上。开关电源采用集成控制芯片UC3842（工业级为UC2842）组成单端反激式变换电路，如图2-7所示。开关元件选用MOSFET，开关频率约为35KHz。图中，R47为起动电阻，用于上电初期向3842提供工作电源，当系统起振后，反馈绕组电压经整流滤波给3842供电。R54、C28决定开关电源工作频率；R49，VR3构成反馈通道，将反馈绕组电压送至第2脚，调整VR3，可改变反馈系数，从而改变输出电压；R48为电流检测电阻，检测值通过R53，C14送至第3脚，可实现开关管过流保护。除反馈绕组外，变压器付边输出共有五组。五组经半波整流，滤波得到电气上相互立的24V直流，作为三组单相桥元件的驱动电源。另两组电源经三端稳压管产生直流+5V、±15V，作为驱动板工作电源。


开关电源原理图2-7
4）.检测电路
检测电路原理如图2-8所示，包括输出电压检测，输出电流检测，滤波电容电流检测三部分。输出电压检测采用变压器，电流检测采用互感器，由于采用电压，电流波形双环控制，因此，输出电压，滤波电容电流均应考虑极性及同名端。
检测电路电原理图2-8
5）.输出保护
主控板针对单相输出，设计有过载及过压保护电路。输出电流经电流互感器检测后，通过精密整流电路整流滤波变为直流电压信号，该信号送到CPU计算,再送到显示面板。若输出过载则CPU发送Lock信号关闭电源输出，同时发送指令到显示面板显示故障。
输出过压保护经检测变压器，通过精密整流电路整流滤波变为直流电压信号，处理同电流一样。