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一种电源模式控制方法、控制装置及三相变频电源
申请号	CN201710311478.X	申请日	2017-05-05	公开(公告)号	CN107017784B	公开(公告)日	2023-11-10
申请人	艾普斯电源(苏州)有限公司;			发明人	宋志强;
摘要	本发明公开了一种电源模式控制方法、控制装置及三相变频电源，所述控制方法用于设定三相变频电源的工作模式，所述方法包括：将三相的电压均设定为其中一单相的电压，将三相的频率均设定为所述单相的频率，并独立设定三相的相位角，进而控制所述电源工作在第一模式；独立设定三相的电压，将三相的频率均设定为其中一单相的频率，并独立设定三相的相位角，进而控制所述电源工作在第二模式；独立设定三相的电压和频率，进而控制所述电源工作在第三模式。本发明实现三相变频电源的多种用法，既可以满足传统变频电源的需要，也可以模拟各种国家的电网电压，满足各种测试标准，适用于多个测试行业，并提高电源自身的利用率。
权利要求	1.一种电源模式控制方法，其特征在于，用于设定三相变频电源的工作模式，所述方法包括：将三相的电压均设定为其中一单相的电压，将三相的频率均设定为所述单相的频率，并独立设定三相的相位角且三相的相位角不同，进而控制所述电源工作在第一模式；独立设定三相的电压且三相的电压不同，将三相的频率均设定为其中一单相的频率，并独立设定三相的相位角且三相的相位角不同，进而控制所述电源工作在第二模式；独立设定三相的电压和频率且三相的电压不同、三相的频率不同，进而控制所述电源工作在第三模式。 2.一种电源模式控制装置，其特征在于，用于设定三相变频电源的工作模式，所述装置包括第一电压设定模块、第一频率合成模块、第二电压设定模块、第二频率合成模块、第三电压设定模块、第三频率合成模块及控制器；所述控制器用于控制所述第一电压设定模块、第二电压设定模块和/或第三电压设定模块设定电源的三相电压，并控制所述第一频率合成模块、第二频率合成模块和/或第三频率合成模块设定电源的三相频率；响应于所述第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定三相的频率，所述第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块还用于设定三相电源的相位角；所述控制器控制第一电压设定模块、第二电压设定模块或第三电压设定模块设定电源的三相电压，且三相的电压均为其中一单相的电压；并控制第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定电源的三相频率，且三相的频率均为其中一单相的频率；及控制第一频率合成模块设定第一相的相位角、第二频率合成模块设定第二相的相位角、第三频率合成模块设定第三相的相位角，且三相的相位角不同，进而控制所述电源工作在第一模式；所述控制器控制第一电压设定模块设定第一相的电压、第二电压设定模块设定第二相的电压、第三电压设定模块设定第三相的电压，且三相的电压不同；并控制第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定电源的三相频率，且三相的频率均为其中一单相的频率；及控制第一频率合成模块设定第一相的相位角、第二频率合成模块设定第二相的相位角、第三频率合成模块设定第三相的相位角，且三相的相位角不同，进而控制所述电源工作在第二模式；所述控制器控制第一电压设定模块设定第一相的电压、第二电压设定模块设定第二相的电压、第三电压设定模块设定第三相的电压，且三相的电压不同；并控制第一频率合成模块设定第一相的频率、第二频率合成模块设定第二相的频率、第三频率合成模块设定第三相的频率，且三相的频率不同，进而控制所述电源工作在第三模式。 3.根据权利要求2所述的电源模式控制装置，其特征在于，所述三相变频电源的主电路包括12个IGBT，3个滤波单元及3个隔离变压单元，所述三相变频电源的每相由4个IGBT组成全桥逆变电路，所述滤波单元和隔离变压单元均与三相一一对应。 4.根据权利要求2所述的电源模式控制装置，其特征在于，所述装置还包括ARM处理器，所述第一电压设定模块、第一频率合成模块、第二电压设定模块、第二频率合成模块、第三电压设定模块、第三频率合成模块由FPGA实现。 5.根据权利要求2所述的电源模式控制装置，其特征在于，所述装置还包括数模转换器，所述数模转换器用于将设定的三相电压数字量转换为三相电压模拟量。 6.根据权利要求5所述的电源模式控制装置，其特征在于，所述数模转换器包括设定电压数模转换器及单位正弦波数模转换器，所述设定电压数模转换器和单位正弦波数模转换器的数量均为三个，且设定电压数模转换器和单位正弦波数模转换器均与变频电源的三相一一对应。 7.根据权利要求6所述的电源模式控制装置，其特征在于，所述控制器包括第一相输出电压控制器、第二相输出电压控制器及第三相输出电压控制器。 8.一种三相变频电源，其特征在于，所述电源利用如权利要求2‑7中任意一项所述的电源模式控制装置进行模式设定。
说明书全文	一种电源模式控制方法、控制装置及三相变频电源技术领域 [0001] 本发明涉及电源领域，特别涉及一种电源模式控制方法、控制装置及三相变频电源。背景技术 [0002] 现有的三相电源输出电压，输出频率设定都是相同，相间角是固定240°和120°，相角不可以任意调节，电压不可以每一相独立调节，应用领域具有局限，不能应用于现在新型的测试条件与测试标准。 [0003] 对应某些电力设备试品，按照国家/行业标准，需要使用三相变频电源进行试验。一旦发现问题，则需要采用不同参数的变频电源做进一步的试验及分析,但进行试验需要多购买一台甚至多台变频电源，既增加了设备的购买费用，又提高了测试的人力成本。 [0004] 现有技术中三相电源的工作模式单一，无法满足新型的测试条件和测试标准。发明内容 [0005] 为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种电源模式控制方法、控制装置及三相变频电源，通过分别对输出电压、输出频率及相间角的设定，模拟各种国家的电网电压，满足各种测试标准，提高电源自身的利用率。所述技术方案如下： [0006] 一方面，本发明提供了一种电源模式控制方法，用于设定三相变频电源的工作模式，所述方法包括： [0007] 将三相的电压均设定为其中一单相的电压，将三相的频率均设定为所述单相的频率，并独立设定三相的相位角，进而控制所述电源工作在第一模式； [0008] 独立设定三相的电压，将三相的频率均设定为其中一单相的频率，并独立设定三相的相位角，进而控制所述电源工作在第二模式； [0009] 独立设定三相的电压和频率，进而控制所述电源工作在第三模式。 [0010] 另一方面，本发明提供了一种电源模式控制装置，用于设定三相变频电源的工作模式，所述装置包括第一电压设定模块、第一频率合成模块、第二电压设定模块、第二频率合成模块、第三电压设定模块、第三频率合成模块及控制器； [0011] 所述控制器用于控制所述第一电压设定模块、第二电压设定模块和/或第三电压设定模块设定电源的三相电压，并控制所述第一频率合成模块、第二频率合成模块和/或第三频率合成模块设定电源的三相频率。 [0012] 进一步地，响应于所述第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定三相的频率，所述第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块还用于设定三相电源的相位角。 [0013] 进一步地，所述控制器控制第一电压设定模块、第二电压设定模块或第三电压设定模块设定电源的三相电压，并控制第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定电源的三相频率，及控制第一频率合成模块设定第一相的相位角、第二频率合成模块设定第二相的相位角、第三频率合成模块设定第三相的相位角，进而控制所述电源工作在第一模式； [0014] 所述控制器控制第一电压设定模块设定第一相的电压、第二电压设定模块设定第二相的电压、第三电压设定模块设定第三相的电压，并控制第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定电源的三相频率，及控制第一频率合成模块设定第一相的相位角、第二频率合成模块设定第二相的相位角、第三频率合成模块设定第三相的相位角，进而控制所述电源工作在第二模式； [0015] 所述控制器控制第一电压设定模块设定第一相的电压、第二电压设定模块设定第二相的电压、第三电压设定模块设定第三相的电压，并控制第一频率合成模块设定第一相的频率、第二频率合成模块设定第二相的频率、第三频率合成模块设定第三相的频率，进而控制所述电源工作在第三模式。 [0016] 进一步地，所述三相变频电源的主电路包括12个IGBT，3个滤波单元及3个隔离变压单元，所述三相变频电源的每相由4个IGBT组成全桥逆变电路，所述滤波单元和隔离变压单元均与三相一一对应。 [0017] 进一步地，所述装置还包括ARM处理器，所述第一电压设定模块、第一频率合成模块、第二电压设定模块、第二频率合成模块、第三电压设定模块、第三频率合成模块由FPGA实现。 [0018] 进一步地，所述装置还包括数模转换器，所述数模转换器用于将设定的三相电压数字量转换为三相电压模拟量。 [0019] 进一步地，所述数模转换器包括设定电压数模转换器及单位正弦波数模转换器，所述设定电压数模转换器和单位正弦波数模转换器的数量均为三个，且设定电压数模转换器和单位正弦波数模转换器均与变频电源的三相一一对应。 [0020] 进一步地，所述控制器包括第一相输出电压控制器、第二相输出电压控制器及第三相输出电压控制器。 [0021] 再一方面，本发明提供了一种三相变频电源，所述电源利用如上所述的电源模式控制装置进行模式设定。 [0022] 本发明提供的技术方案带来的有益效果如下： [0023] 1)三相变频电源的每一相可以独立调节电压和频率，扩大了三相电源的适用场景和领域； [0024] 2)可以对三相设定各种电气参数，使单个三相变频电源具有多种工作模式，提高单个三相电源的利用率； [0025] 3)精确实现一定频率范围内的正弦波波形，稳定度高。附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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。 [0027] 图1是本发明实施例提供的电源模式控制装置的框架示意图； [0028] 图2是本发明实施例提供的电源模式控制装置的控制逻辑图； [0029] 图3是本发明实施例提供的三相变频电源的主电路示意图； [0030] 图4是本发明实施例提供的三相变频电源在第一模式下电压的第一实际输出图； [0031] 图5是本发明实施例提供的三相变频电源在第一模式下电压的第二实际输出图； [0032] 图6是本发明实施例提供的三相变频电源在第二模式下电压的第一实际输出图； [0033] 图7是本发明实施例提供的三相变频电源在第二模式下电压的第二实际输出图； [0034] 图8是本发明实施例提供的三相变频电源在第三模式下电压的实际输出图。具体实施方式 [0035] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0036] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。 [0037] 实施例1 [0038] 在本发明的一个实施例中，提供了一种电源模式控制方法，用于设定三相变频电源的工作模式，所述方法包括： [0039] 将三相的电压均设定为其中一单相的电压，即将单相电压设定值作为三相电压的给定值，比如，将U相电压设定值同时作为U相电压给定值、V相电压给定值及W相电压给定值，将三相的频率均设定为所述单相的频率，即将单相频率设定值作为三相频率的给定值，比如，将U相频率设定值同时作为U相频率给定值、V相频率给定值及W相频率给定值，并独立设定三相的相位角，所述相位角可以随意设定分配，进而控制所述电源工作在第一模式； [0040] 独立设定三相的电压，即将U相电压设定值作为U相电压给定值，将V相电压设定值作为V相电压给定值，将W相电压设定值作为W相电压给定值，将三相的频率均设定为其中一单相的频率，即将单相频率设定值作为三相频率的给定值，比如，将U相频率设定值同时作为U相频率给定值、V相频率给定值及W相频率给定值，并独立设定三相的相位角，所述相位角可以随意设定分配，进而控制所述电源工作在第二模式； [0041] 独立设定三相的电压和频率，即将U相电压设定值作为U相电压给定值，将V相电压设定值作为V相电压给定值，将W相电压设定值作为W相电压给定值，即将U相频率设定值作为U相频率给定值，将V相频率设定值作为V相频率给定值，将W相频率设定值作为W相频率给定值，此时相位角不可设定，进而控制所述电源工作在第三模式。 [0042] 实施例2 [0043] 实施例1中的电源模式控制方法依托于电源模式控制装置实现，参见图1，所述电源模式控制装置包括第一电压设定模块、第一频率合成模块、第二电压设定模块、第二频率合成模块、第三电压设定模块、第三频率合成模块及控制器； [0044] 所述控制器用于控制所述第一电压设定模块、第二电压设定模块和/或第三电压设定模块设定电源的三相电压，并控制所述第一频率合成模块、第二频率合成模块和/或第三频率合成模块设定电源的三相频率。 [0045] 当所述第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定三相的频率时，所述第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块还用于设定三相电源的相位角；相反地，当独立设定三相频率时，相位角无法任意设定。 [0046] 在本发明实施例中，所述第一电压设定模块为U相电压设定模块，第一频率合成模块为U相频率合成模块，优选采用U相DDS(直接数字式频率合成器，Direct Digital Synthesizer)，第二电压设定模块为V相电压设定模块，第二频率合成模块为V相频率合成模块(V相DDS)，第三电压设定模块为W相电压设定模块，第三频率合成模块为W相频率合成模块(W相DDS)，参见图1，支路上的开关K1‑K8设置如图，控制器控制K1‑K8的通断： [0047] 模式一、控制器控制第一电压设定模块、第二电压设定模块或第三电压设定模块设定电源的三相电压，并控制第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定电源的三相频率，及控制第一频率合成模块设定第一相的相位角、第二频率合成模块设定第二相的相位角、第三频率合成模块设定第三相的相位角，进而控制所述电源工作在第一模式。在本实施例中，以控制第一电压设定模块(U相电压设定模块)设定电源的三相电压，并控制第一频率合成模块(U相DDS)设定电源的三相频率为例进行说明：当控制开关K1、K3、K5和K7闭合，而K2、K4、K6和K8断开，则设定三相电压都用U相电压，三相频率都用U相频率，U相DDS实现频率的设定及相角的设定，此为第一模式； [0048] 模式二、控制器控制第一电压设定模块设定第一相的电压、第二电压设定模块设定第二相的电压、第三电压设定模块设定第三相的电压，并控制第一频率合成模块、第二频率合成模块或第三频率合成模块设定电源的三相频率，及控制第一频率合成模块设定第一相的相位角、第二频率合成模块设定第二相的相位角、第三频率合成模块设定第三相的相位角，进而控制所述电源工作在第二模式。在本实施例中，以控制第一频率合成模块(U相DDS)设定电源的三相频率为例进行说明：当控制开关K2、K3、K6和K7闭合，而K1、K4、K5和K8断开，则独立设定电源三相的电压值，三相频率都用U相频率，U相DDS实现频率的设定及相角的设定，此为第二模式； [0049] 模式三、控制器控制第一电压设定模块设定第一相的电压、第二电压设定模块设定第二相的电压、第三电压设定模块设定第三相的电压，并控制第一频率合成模块设定第一相的频率、第二频率合成模块设定第二相的频率、第三频率合成模块设定第三相的频率，进而控制所述电源工作在第三模式，即控制开关K2、K4、K6和K8闭合，而K1、K3、K5和K7断开，则U相电压设定模块单独设定U相电压，V相电压设定模块单独设定V相电压，W相电压设定模块单独设定W相电压，U相DDS实现U相频率的设定，V相DDS实现V相频率的设定，W相DDS实现W相频率的设定，由于三相电压和频率均独自设定，此状态下，相角不可设定，此为第三状态。 [0050] 上述开关K1‑K8均通过程序进行控制，优选地，通过FPGA(现场可编程门阵列，Field－Programmable GateArray)实现控制，参见图2，优选地，所述控制装置还包括ARM处理器(Acorn RISC Machine)和数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，所述DAC用于将设定的三相电压数字量转换为三相电压模拟量，具体包括设定电压数模转换器及单位正弦波数模转换器，所述设定电压数模转换器和单位正弦波数模转换器的数量均为三个，且设定电压数模转换器和单位正弦波数模转换器均与变频电源的三相一一对应，所述设定电压数模转换器分别为U相电压设定DAC、V相电压设定DAC和W相电压设定DAC，所述单位正弦波数模转换器分别为U相单位正弦波数模转换器(USIN DAC)、V相单位正弦波数模转换器(VSIN DAC)和W相单位正弦波数模转换器(WSIN DAC)。具体地，所述控制器包括第一相输出电压控制器(U相输出电压控制器)、第二相输出电压控制器(V相输出电压控制器)及第三相输出电压控制器(W相输出电压控制器)。 [0051] 图4‑图8示出了三相变频电源在三种设定模式下的实际输出电压曲线，其中，[0052] 图4示出了第一模式下：三相电压统一设定为220V，三相频率统一设定为50Hz，相间角设定为240°和120°情况下的实际输出情况； [0053] 图5与图4的区别在于相间角发生变化，图5中相间角设定为270°和180°，因此与图4相比，图5中的电压幅值和周期没有发生变化，仅仅相位发生了变化； [0054] 图6示出了三相变频电源在第二模式下：三相频率统一设定为50Hz，独立设定电压：U相电压设定为220V，V相电压设定为110V，W相电压设定为50V，相间角设定为240°和120°情况下的实际输出情况； [0055] 图7与图6的区别在于相间角发生变化，图7中相间角设定为270°和180°，因此与图6相比，图7中的电压幅值和周期没有发生变化(波形没有发生变化)，仅仅相位发生了变化； [0056] 图8示出了三相变频电源在第三模式下：独立设定电压：U相电压设定为220V，V相电压设定为110V，W相电压设定为50V，且独立设定频率：U相频率设定为50Hz，V相频率设定为60Hz，W相频率设定为100Hz，此时，相位角无法设定。 [0057] 实施例3 [0058] 在本发明的一个实施例中，提供了一种三相变频电源，参见图3，所述三相变频电源的主电路包括12个IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)，3个滤波单元及3个隔离变压单元，所述三相变频电源的每相由4个IGBT组成全桥逆变电路，所述滤波单元和隔离变压单元均与三相一一对应，所述三相变频电源的主电路用12个IGBT实现逆变单元，每相由4个IGBT全桥方式逆变，每相独立LC滤波及独立的隔离变压器，使三相电源可以实现以三个完全独立的单相电源来使用。基于此电路设计的三相变频电源，利用上述实施例提供的电源模式控制方法或电源模式控制装置进行模式设定，使其适用于各种新的测试条件，满足新的测试标准，丰富三相变频电源的应用功能，提高电源的利用率。 [0059] 本控制方法用FPGA实现数字DDS技术可以任意设定频率，任意设定相间角，可以实现频率范围30Hz‑1000Hz的正弦波波形，频率的稳定度可以达到0.01％，相角稳定度±2℃。 [0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。