一种30kV交流高频高压装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种30kV交流高频高压装置。
【背景技术】
[0002] 30kV交流高频高压装置是输出范围500V-30KV连续可调交流电压，给高压电器设 备进行绝缘性能测试，目前国内外的高压试验电源采用高频高压直流源、高压工频试验变 压器。高频高压直流源主要用于电缆直流耐压试验，对一些需要交流试验的高压电器设备 不实用。高压工频试验变压器相对同电压等级的电源体积和重量比较大，电压调节精度不 高，增加了试验人员的劳动强度。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种30kV交流高频 局压装置。
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种30kV交流高频高压 装置，包括依次连接的交流输入保护模块、降压稳压因素控制模块、DC/AC逆变功率模块、谐 振高频高压变压器、电流比较器模块；所述交流输入保护模块、降压稳压因素控制模块、DC/ AC逆变功率模块均与第一FPGA光纤数据采集控制模块连接；所述第一FPGA光纤数据采集 控制模块、电流比较器模块均与第二FPGA光纤数据采集控制模块连接。
[0005] 所述交流输入保护模块包括共模电感，所述共模电感原边与交流电源连接；所述 共模电感副边与滤波模块、整流模块连接；所述整流模块与电阻分压模块连接；所述共模 电感原边并联有压敏电阻；所述电阻分压模块与所述降压稳压因素控制模块、第一FPGA光 纤数据采集控制模块连接。
[0006] 所述压敏电阻与所述交流电源之间接有保险管。
[0007] 所述降压稳压因素控制模块包括整流桥、闭环调压反馈支路；所述整流桥与IGBT 模块连接；所述IGBT模块与电流采用反馈模块、低通滤波模块连接；所述闭环调压反馈支 路的一端接入所述整流桥与IGBT模块之间，另一端接地；所述闭环调压反馈支路与所述第 一FPGA光纤数据采集控制模块连接。
[0008] 所述DC/AC逆变功率模块包括电压互感器、隔离IGBT驱动模块；所述隔离IGBT驱 动模块与全桥逆变功率驱动模块连接；所述全桥逆变功率驱动模块、电压互感器原边均接 入母线；所述电压互感器副边与所述第一FPGA光纤数据采集控制模块连接；所述全桥逆变 功率驱动模块输出端与所述谐振高频高压变压器连接。
[0009] 所述谐振高频高压变压器包括依次连接的LLC谐振模块、高频高压变压器、IXL滤 波模块。
[0010] 所述高频高压变压器初级线圈和次级线圈应数比为1:100。
[0011] 所述电流比较器模块包括两个并联的磁通补偿式电流比较器；所述磁通补偿式电 流比较器接入所述第二FPGA光纤数据采集控制模块。
[0012] 与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型体积较小，重量较 轻，模块化设计，设备维护方便，自动化程度高，能大大减轻工作人员的劳动强度，输出高压 为500v-30kv/AC，输出频率调节范围为lhz-25Wiz，介质损耗测量精度为tg6 > 0. 0001， 电容测量范围> 0.Olpf,电压调节精度高，此设备可W广泛应用于高压电气设备绝缘评估、 电缆交流耐压测试及电缆生产过程中电缆线耐压监测。
【附图说明】
[0013] 图1为本实用新型一实施例交流输入保护模块电路原理图；
[0014] 图2为本实用新型一实施例降压稳压功率因素控制模块电路原理图；
[0015] 图3为本实用新型一实施例DC/AC逆变功率模块电路原理图；
[0016] 图4为本实用新型一实施例谐振高频高压变压器原理图；
[0017] 图5为本实用新型一实施例变压器矢量算法硬件模块原理图；
[0018] 图6为本实用新型30KV交流高频高压装置测量流程图。
【具体实施方式】
[0019] 本实用新型装置包括交流输入保护模块、降压稳压功率因素控制模块、DCAC逆变 功率模块、谐振高频高压变压器、电流比较器模块、FPGA光纤数据采集采集控制模块。
[0020] 如图1所示，交流保护模块主要由650V/60A保险管、275V压敏电阻、68化共模电 感、IM007整流二极管、滤波电容、分压电阻等等构成。其中，保险管Fl主要是对装置220V 输入电流进行过流保护；压敏电阻RTl主要是对交流220V输入电压进行过压保护；共模电 感L3和滤波电容主要是抑制电网引入的共模信号期EMI干扰。IM007二极管主要对共模电 感输出的交流电压进行整流，整流后的电压经电阻分压后输入FPGA数据采集模块的ADC。
[0021] 如图2所示，降压稳压功率因素控制模块主要由整流桥vs-sa6(Uba60、IGBT模块 MMG225S120UA6TN、快速续流二极管RURU100120、降压电感、滤波电容及电阻组成。
[0022] 整流桥主要实现将交流保护模块输出的220V交流电压转化为直流310V;R1、 R2、R3、R4将直流310v分压输出到FPGA数据采集模块的ADC用于闭环调压反馈；图3电 路中巧为缓冲电容，其主要是吸收IGBT关断时产生的尖峰脉冲；IGBT模块主要是为后 端电路提供足够的输出功率，同时通过FPGA数据采集模块输出脉宽调制信号IGBT模块 MMG225S120UA6TN的栅极，通过调节栅极输入脉宽调制信号的频率和宽度来改变降压稳压 电路的效率及电压幅值；IGBT模块续流二极管RURU100120主要是吸收降压电感反向电流， 从而保护IGBT模块MMG225S120UA6TN;L4、C10、C12组成一低通滤波电路，该电路主要滤除 IGBT模块输出的高频信号，从而得到稳定的VBUCK输出电压。R5、C7、R6形成电流采样反馈 网络，该网络将反馈的电流信号传输到ADC采集模块作降压稳压模块均流控制。
[002引图2中降压稳压电路，根据伏秒法则，处于稳定状态的电感，开关导通时间（电流 上升段）的伏秒数须与关断时间（电流下降段）的伏秒数在数值上相等，但符号相反。因 此可W得出：
[0024]V0N*T0N=V0FF*T0FF(I)
[00巧]MMG225S120UA6TN导通期间，VON导通电压及导通时间公式如下：
[0026]VON=Vin-Vbuck(2)
[0027] ton=D*T做
[0028] 公式（3)中的D为开关管控制信号占空比，T为开关管控制信号的周期。
[0029] MMG225S120UA6TN关断期间，VOFF关断电压及关断时间公式如下：
[0030] VOFF=Vbuck, (4)
[0031] TOFF= (I-D)*T(5)
[003引将似、（3)、（3)、（4)代入（1)整理得出如下公式：
[0033] Vbuck = Vin蝴（6)
[0034] 由公式（6)可知，如需改变Vbuck电压，只需改变MMG225S120UA6TN栅极脉宽调制 信号的占空比。
[003引如图3所示，DC/AC逆变功率模块主要由电压互感器PT1、IGBTFS150R12KE3G模 块、缓冲电容（CUC2、C3、C4)、隔离IGBT驱动模块等组成。电压互感器PTl主要是测量母 线VBUCK电压，VBUCK电压经电压互感器后转化为0到5v，转化后的电压传输到FPGA数据 采集模块的ADC进行模拟信号到数字信号变换，该反馈电压主要用于闭环调节AC1、AC2输 出电压脉冲幅值。图4中的四只IGBT构成全桥逆变功率驱动，通过FPGA脉宽调制模块产生 正弦脉宽调制信号控制PWM2、PWM4和PWM1、PWM3交替导通实现正弦脉宽调制信号输出，调 节后的信号经ACl和AC2输出。输出正弦脉宽调制信号的幅值可通过两种方式进行调节。
[0036] 如图4所示，谐振高频高压变压器由LCC谐振电路、高频高压变压器、IXL滤波电路 组成。LCC谐振电路主要是吸收高频高压变压器初级漏感产生的能量，从而保护全桥IGBT模块。LCC谐振电路由谐振电感11、谐振电容、并联电容Cp组成，电路中Ll的电感量应小 于漏感Llkp电感量，LCC谐振电路的谐振频率如下公式计算：
(7)
[003引公式（7)中L=Ll+Llkp+Lm，其中Llkp为高频高压变压器漏感，Lm为高频高压 变压器励磁电感。
[0039] 公式（7)中CW高压变压器下并联的高压标准电容器、被测试品电容器、IXL滤波 电路中的滤波电容相关，其关联公式为：
减
[0041] 公式（8)中Crc= (n*n) * (Cs+Ctest+C16+Cp+Cstray+Cwindg+Ccore)，Csn附加匹 配谐振电容，Cp为初级寄生电容。
[0042] 公式（7)中，f为LCC谐振电路谐振频率，C为LCC谐振电路谐振电容，L为LCC谐 振电路谐振谐振电感。
[004引公式（7)中得出的谐振频率f应满足于f<fs，同时满足（fs/f) > 1. 1。fs为全 桥逆变功率驱动模块的载波频率。
[0044] 谐振高频高压变压器由铁氧体高频磁忍、出次级励磁线绕组等组成。从图4所示 电路可知，高频变压器初级输入电压为300v，次级输出电压为30kv，由W上两参数可知，出 次级应数比为：化:化=Vs:化=300:30000 = 1:100,高频高压变压器要满足能量传输， 在装置中高频高压变压器磁性选择铁氧体磁忍，初级应数为20应，次级应数为2000应，高 压变压器初级绕组采用多忍励磁线，次级绕组采用0. 3m直径的漆包线绕制