CN201662604U - 变频谐振电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种变频谐振电源，包括整流电路、滤波电路、单相全桥逆变电路、逆变桥控制电路，三相交流输入电压进入所述整流电路，所述整流电路控制所述三相交流输入电压缓慢上升，所述整流电路的输出电压经所述滤波电路稳压后输入到所述单相全桥逆变电路，所述逆变桥控制电路控制所述单相全桥逆变电路输出方波电压，所述方波电压可用于试验回路的耐压试验和放电试验。本实用新型的变频谐振电源自身局部放电小，并且效率和可靠性提高，重量和体积减少，且操作简便，特别适合电力行业现场试验使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力耐压试验领域，尤其涉及一种变频谐振电源。
背景技术
电力***变频谐振耐压试验是当前高电压试验的一种新的方法与趋势，已经在国内外得到广泛的应用。变频谐振是谐振式电流滤波电路，其可以改善电源波形畸变，以获得较好的正弦电压波形，有效防止谐波峰值对被试品的误击穿。变频谐振设备工作在谐振状态，其可用较小容量的供电电源产生等效于供电电源30～150倍的电压，以进行被试品的耐压及局部放电试验。当被试品的绝缘点被击穿时，电流立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的数十分之一。当发生闪络击穿时，因为失去谐振条件，除短路电流立即下降外，高电压也立即消失，电弧即可熄灭。谐振电路的恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪络电压前断开电源，所以变频谐振适用于高电压、大容量的电力设备的绝缘耐压试验。
目前市场上变频谐振试验装置中使用的变频谐振电源的控制方式都是基于变频电源输出正弦波，变频谐振电源中，一类采用低频大功率晶体管组成线性矩阵放大网络的方案，此方案中晶体管工作在线性放大区，从而获得与信号源一致的标准正弦波，局部放电很小；另一类采用绝缘栅极型功率管(IGBT)实现电源逆变，通过闭环正弦脉冲宽度调制(SPWM)的控制方式实现输出正弦波，这类电源能有效地抑制输出低次谐波。
在上述两个方案中，前一方案的最大缺点是使用了几千只晶体管，这将使产品的可靠性和效率降低，难以制造，成本高；后一方案由于IGBT工作在高频状态，其缺点是始终不能很好地解决电源输出含有大量高次谐波的问题，电源局部放电干扰很大。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型所解决的技术问题是：如何使变频谐振电源自身局部放电小，以及如何使该变频谐振电源的成本降低，效率提高。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本实用新型提出了一种变频谐振电源，包括整流电路、滤波电路、单相全桥逆变电路以及逆变桥控制电路，三相交流输入电压输入所述整流电路，所述整流电路控制所述三相交流输入电压缓慢上升，所述整流电路的输出电压经所述滤波电路稳压后输入到所述单相全桥逆变电路，所述逆变桥控制电路控制所述单相全桥逆变电路输出方波电压，所述方波电压用于试验回路的耐压试验和局部放电试验。
其中，所述变频谐振电源还包括高端控制设备、操作显示设备以及电压测量设备，所述电压测量设备将所述试验回路反馈的电压输入所述逆变桥控制电路，从而形成对所述单相全桥逆变电路的闭环控制，所述高端控制设备包括可编程逻辑控制器，所述高端控制设备分别与所述逆变桥控制电路和所述操作显示设备进行数据交换以传递***运行状态参数。
其中，所述变频谐振电源还包括保护电路，其包括过流电路、过压电路、电压击穿电路、过热电路。
其中，在所述单相全桥逆变电路中，所述单相全桥包括两组双单元IGBT模块，所述单相全桥逆变电路的输出为零对称的所述方波电压。
其中，所述逆变桥控制电路采用DSP结合FPGA的形式实现，所述逆变桥控制电路产生PWM波形控制所述IGBT模块输出所述方波电压。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下优点：通过逆变桥控制电路控制单相全桥逆变电路，使单相全桥逆变电路的输出为方波电压，从而使变频谐振电源自身局部放电很小，并且使得该变频谐振电源的效率和可靠性提高，重量和体积减少，且操作简便，特别适合电力行业现场试验使用。
附图说明
图1为本实用新型的变频谐振电源的结构示意图；
图2为本实用新型的核心部分的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面结合附图作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型包括三相可控硅整流电路2、滤波电路3、单相全桥逆变电路4、电压测量设备8、逆变桥控制电路9、高端控制设备10、操作显示设备11、供电电路12以及保护电路(未示出)等部分。直接取自三相380V的交流电经总断路器进入到三相可控硅整流电路2，该三相可控硅整流电路2控制三相交流电压缓慢上升，输出电压经滤波电路3稳压后连接到单相全桥逆变电路4，由逆变桥控制电路9控制单相全桥逆变电路4输出方波电压，该方波电压输入到试验回路(由励磁变压器5、谐振电抗器6、分压电容7和被测试品13组成)，经励磁变压器5升压后该输出方波电压输入到谐振电抗器6，当电压的频率与谐振电抗器6和被测试品13组成的RLC串联回路的固有振荡频率相同时，RLC串联回路产生谐振，在电容上产生波形畸变率小于1％的正弦电压，该正弦电压用于测试被测试品13(由于本实施例中，单相全桥逆变电路4工作在较低的开关频率(20～300Hz)下，当进行局部放电试验时，开关时不可避免产生的干扰，可以通过产生局部放电(PD)门控信号来避开干扰，门控信号的时间间隔可以根据实际试验情况设置)。上述正弦电压的一部分经过分压电容7和电压测量电路8送至逆变桥控制电路9，从而形成对单相全桥逆变电路4的闭环控制。在变频谐振电源的工作过程中，保护电路实现对整个电源***的过流、过压、放电击穿、过热等的保护(这将在下面详述)。以可编程逻辑控制器(PLC)为核心的高端控制设备10是人机对话的桥梁，其不仅能够与逆变桥控制电路9进行数据交换，而且还能与操作显示设备11通信，传递***运行状态参数和操作显示设备11中设置的参数。操作显示设备11是变频谐振电源与操作者之间的人机接口，操作者通过操作显示设备11可以设置试验工作模式、试验参数，同时操作显示设备11可以显示相关试验参数、各种故障信息和操作提示。供电电路12主要提供AC380V、AC220V、DC24V、DC15V、±DC15V和DC5V六种电源供主电路(主要包括整流电路2、滤波电路3、单相全桥逆变电路4和保护电路)、逆变桥控制电路9、高端控制设备10、操作显示设备11、各类电信号传感器和驱动模块使用。
下面将详细描述本实用新型的变频谐振电源的主电路以及逆变桥控制电路9的工作过程。
如上所述，本实用新型的变频谐振电源的主电路主要包括三相可控硅整流电路2、滤波电路3、单相全桥逆变电路4和保护电路。输入电源直接取自三相380V交流电源，经过具有过流和速断保护的总断路器进入三相可控硅整流电路2，变成脉动直流，经滤波电路3将脉动直流变为平滑的直流电源供给单相全桥逆变电路4。由于滤波电路3的电容器容量达到数万微法，直接充电，充电电流很大，可能造成总断路器跳闸。因此在刚开始充电时通过控制可控硅的开通相角来控制适当的充电电流，如果充电达到规定的电压，控制相角变为180度，从这时起可控硅像正常的整流二极管一样工作。可控硅是由专用可控硅触发模块来控制的。单相全桥逆变电路4由两组EUPEC生产的双单元IGBT模块组成单相全桥，输出为零对称的方波电压，它的驱动是通过专门的IGBT驱动模块来实现的。保护电路由过流电路、过压电路、放电击穿电路、过热等电路组成。过流保护通过电流传感器测量单相全桥逆变电路4的输出电流来实现；过压保护通过设定和测量单相全桥逆变电路4的输出电压和被测试品13的试验电压来实现；放电击穿保护通过测量被测试品13的试验电压来实现；过热保护通过温度传感器测量关键部件(主要是IGBT模块和可控硅)的温度来实现。
图2为变频谐振电源的核心部分的结构示意图。逆变桥控制电路9通过通信接口接收操作显示设备11发送的试验任务和其它各种控制命令，该逆变桥控制电路9通过DSP结合FPGA的硬件架构和控制产生脉冲宽度调制(PWM)信号(包括频率和占空比)，实现对单相全桥逆变电路4的输出方波电压幅值和频率的控制，并且逆变全桥控制电路采集的电压反馈信号及各种故障信号包括过流信号、过压信号、放电击穿信号、过热信号等，以实现对变频谐振电源***的控制和保护。同时逆变桥控制电路9通过通信接口将实际电压、频率、输出电流和电压调制比(占空比)等参数以及故障信息发送给高端控制设备10。逆变桥控制电路9以DSP为核心，搭建了DSP结合FPGA的***，包括电源、复位、晶振、JTAG、RS-485通信接口、外部存储器扩展等。逆变桥控制电路9还包括试验电压峰值、变频电源输出电流、三相电源、直流母线电压等信号的采集和调制处理电路。调制处理过的信号经A/D转换后送到DSP，使得逆变桥控制电路9对单相全桥逆变电路4进行控制。
以上所述仅是本实用新型的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种变频谐振电源，其特征在于，包括整流电路、滤波电路、单相全桥逆变电路以及逆变桥控制电路，三相交流输入电压输入所述整流电路，所述整流电路控制所述三相交流输入电压缓慢上升，所述整流电路的输出电压经所述滤波电路稳压后输入到所述单相全桥逆变电路，所述逆变桥控制电路控制所述单相全桥逆变电路输出方波电压，所述方波电压用于试验回路的耐压试验和局部放电试验。
2.如权利要求1所述的变频谐振电源，其特征在于，所述变频谐振电源还包括高端控制设备、操作显示设备以及电压测量设备，所述电压测量设备将所述试验回路反馈的电压输入所述逆变桥控制电路，从而形成对所述单相全桥逆变电路的闭环控制，所述高端控制设备包括可编程逻辑控制器，所述高端控制设备分别与所述逆变桥控制电路和所述操作显示设备进行数据交换以传递***运行状态参数。
3.如权利要求2所述的变频谐振电源，其特征在于，所述变频谐振电源还包括保护电路，其包括过流电路、过压电路、电压击穿电路、过热电路。
4.如权利要求3所述的变频谐振电源，其特征在于，在所述单相全桥逆变电路中，所述单相全桥包括两组双单元IGBT模块，所述单相全桥逆变电路的输出为零对称的所述方波电压。
5.如权利要求4所述的变频谐振电源，其特征在于，所述逆变桥控制电路采用DSP结合FPGA的形式实现，所述逆变桥控制电路产生PWM波形控制所述IGBT模块输出所述方波电压。
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