一种基于串联谐振的直流高压发生器的制作方法

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一种基于串联谐振的直流高压发生器的制造方法与工艺

本实用新型属于电力设备技术领域,具体涉及一种基于串联谐振的直流高压发生器。



背景技术:

为了保证电力系统运行的安全性和可靠性,电力设备在投运前和运行过程中都要进行耐压试验。直流高压发生器是对电力设备进行高压试验的主要设备仪器之一,主要适用于电力部门、工矿、冶金、钢铁等企业动力部门对氧化锌避雷器、电力电缆、变压器、发电机等高压电气设备进行直流耐压试验。目前直流高压发生器原理主要是将交流电220V经过整流、逆变、变压器升压、倍压整流后得到高压直流电。但随着被试品容量的增大,被试品等效电容也随之增大,在高电压等级和被试品等效电容很大的情况下需要的试验设备容量、体积均很大,所以传统的试验设备(如变压器)在容量、体积、重量上都难以实现现场耐压试验的要求。



技术实现要素:

本实用新型的目的是提供一种基于串联谐振的直流高压发生器,解决了现有直流高压发生器在被试品容量较大时其容量与体积不能达到现场耐压试验要求的问题。

本实用新型所采用的技术方案是,一种基于串联谐振的直流高压发生器,包括依次连接的EMI电源滤波模块、PFC模块、桥式整流滤波模块、全桥逆变模块、串联谐振升压模块、整流倍压模块,全桥逆变模块输出侧电容上的电压和电感上的电流、串联谐振升压模块输出侧电感上的电流、整流倍压模块输出侧均接入电压电流调理电路,电压电流调理电路与DSP处理单元连接,DSP处理单元分别接有保护电路、驱动电路、STM显示控制电路,STM显示控制电路分别接有LCD显示模块、按键控制模块,驱动电路与桥式整流滤波模块的输出侧连接。

本实用新型的特点还在于:

STM显示控制电路上还连接有串口打印模块。

全桥逆变模块的IGBT上装有散热片,散热片上装有温度传感器,温度传感器与所述DSP处理单元连接。

全桥逆变模块采用单极性倍频的SPWM调制方式。

本实用新型的有益效果是:本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器输出电压0~300kV连续可调,体积更小,重量更轻,容量更大,操作简便,功能齐全,便于操作人员进行现场耐压试验,便于野外使用。

附图说明

图1是本实用新型直流高压发生器的结构示意图;

图2是本实用新型直流高压发生器中串联谐振原理图及反馈控制图;

图3是本实用新型直流高压发生器中双闭环反馈控制结构框图;

图4是本实用新型直流高压发生器中扫频升压方式图。

图中,1.EMI电源滤波模块,2.PFC模块,3.桥式整流滤波模块,4.全桥逆变模块,5.串联谐振升压模块,6.整流倍压模块,7.电压电流调理电路,8.DSP处理单元,9.保护电路,10.驱动电路,11.STM显示控制电路,12.LCD显示模块,13.串口打印模块,14.按键控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种基于串联谐振的直流高压发生器,结构如图1所示,包括依次连接的EMI电源滤波模块1、PFC模块2、桥式整流滤波模块3、全桥逆变模块4、串联谐振升压模块5、整流倍压模块6,全桥逆变模块4采用单极性倍频的SPWM调制方式,全桥逆变模块4输出侧电容上的电压和电感上的电流、串联谐振升压模块5输出侧电感上的电流、整流倍压模块6输出侧均接入电压电流调理电路7,电压电流调理电路7与DSP处理单元8连接,DSP处理单元8分别接有保护电路9、驱动电路10、STM显示控制电路11,STM显示控制电路11分别接有LCD显示模块12、串口打印模块13、按键控制模块14,驱动电路10与桥式整流滤波模块3的输出侧连接。

全桥逆变模块4的IGBT上装有散热片,散热片上装有温度传感器,温度传感器与所述DSP处理单元8连接。

使用时,将50Hz、AC220V的交流电首先接入EMI电源滤波模块1,后再接PFC模块2,目的是将电网同直流高压源隔离开,同时提高直流高压源的功率因数;PFC模块2后接单相桥式整流滤波模块3,将AC220V交流电变为约300V的直流电压;桥式整流滤波模块3后接IGBT全桥逆变模块4,将整流得到的300V直流电变为交流电;全桥逆变模块4接LC串联谐振升压模块5,通过调节逆变桥输出电压的频率使LC串联回路发生谐振,从而在回路的电容或电感上输出最大值为50kV的交流电压;串联谐振升压模块5后接整流倍压模块6,将串联谐振升压模块5得到的大电压进行整流滤波与进一步的升压,得到希望输出的直流高压电(最大值为300kV)。全桥逆变模块4输出侧电容上的电压和电感上的电流、串联谐振升压模块5输出侧电感上的电流、整流倍压模块6输出侧均接入电压电流调理电路7,电压电流调理电路7将检测到的电压电流信号经过运放电路的处理后送人AD采集芯片,后经AD转换送人DSP处理单元8,DSP处理单元8分别接有保护电路9、驱动电路10、STM显示控制电路11,STM显示控制电路11分别接有LCD显示模块12、串口打印模块13、按键控制模块14,驱动电路10与桥式整流滤波模块3的输出侧连接。

本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器中全桥逆变模块4采用单极性倍频的SPWM调制方式实现对功率开关器件的控制,从而使逆变侧输出电压频率和幅值均可独立调节,可通过控制调制波的频率与幅值改变全桥逆变模块4输出电压的幅值与频率,从而改变输出电压;同时由于单极性倍频的调制方式,在全桥逆变模块4的输出侧得到2倍于载波频率的输出电压脉冲信号,提高了谐波次数,减少了谐波含量,使得输出电压的纹波进一步减小。

全桥逆变模块4的IGBT上装有散热片,散热片上装有温度传感器,温度传感器与DSP处理单元8连接,温度传感器用来采集散热片的温度传给DSP处理单元8来调节风扇的转速,当温度高于某一阈值时,立即关断PWM波用于IGBT的降温。在IGBT的散热片上安装温度传感器,可以实现对开关管温度的实时监测,提高了系统的可靠性。

本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器中的串联谐振升压模块5并没有使用中频或高频变压器,而是利用RLC串联谐振的原理进行升压,结构图如图2所示,串联谐振升压模块5中具体包括LC滤波电路、励磁变压器升压回路与RLC串联谐振回路。当串联谐振升压模块5回路发生谐振时,谐振回路的电容或电感上的电压Q(品质因数,一般20~80)倍于输入电压,从而以较小的输入功率得到较大的输出电压。串联谐振升压模块5采用固定变比的励磁变压器将初步升压后的交流电输入串联谐振模块,缩小了直流高压源的体积,提高了其容量,易于现场耐压试验。

本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器中采用电容电压平均值外环电感电流瞬时值内环的双闭环控制策略,实现对系统稳定、精确地控制。控制框图如图3所示,图中Gv为PI调节器,Gi为P调节器,将串联谐振升压模块5中LC滤波电路中电感电流与电容电压送入DSP处理单元8,经过图3控制算法的处理后与载波比较产生SPWM波,最后送入驱动电路10产生驱动信号驱动IGBT全桥逆变模块4。内环速度快,采用比例调节器,在正弦波给定的情况下,瞬时值内环反馈可以使输出电压波形更加接近正弦波,减小输出电压的畸变。平均值外环,采用PI调节器,速度较慢,但可以保证输出电压的精度,有利于扫频时对谐振点的寻找。

本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器中采用先调频后调压的控制方法,在谐振点之前对频率进行粗扫(1Hz/1s),谐振点附近时对频率进行细扫(0.1Hz/1s),使得到的结果更加准确。

本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器中DSP处理单元8采用TMS320F28335,这款数字处理芯片在已有的DSP平台上增加了浮点运算内核,在保持原有DSP芯片优点的同时,能够执行复杂的浮点运算,可以节省代码的执行时间和存储空间,具有精度高,成本低,功耗小,性能高,外设集成度高,数据以及程序存储量大等特点。

在DSP处理单元8中设有过流、过压保护,一旦运行过程中检测到故障信号,立即由DSP处理单元8控制保护电路9切断动力电。

本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器中STM显示控制电路11采用STM32F103C8T6,它通过RS232与DSP处理单元8保持实时通信,通过RS232与串口打印模块13(打印机)通信实现串口打印,与LCD显示模块12(液晶屏)通过TTL电平进行数据的交换。系统上电后,初始化完毕后进入主界面,用户通过按键控制模块14按键控制进行相关参数设置与工作方式的选择(如图4),设置保存后,STM显示控制电路11经RS232将命令下发给DSP处理单元8。在试验过程中,DSP处理单元8将采样数据,包括当前的频率、功率、电压电流等发送至STM显示控制电路11,STM显示控制电路11接收到这些数据后再实时的显示到液晶屏幕上。

本实用新型基于串联谐振的直流高压发生器输出电压0~300kV连续可调,体积更小,重量更轻,容量更大,操作简便,功能齐全,便于操作人员进行现场耐压试验,便于野外使用,具有广阔的市场推广前景。

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