专利名称：低干扰变频试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力系统高电压试验设备，尤其指应用于变压器、发电机、断路器、GIS(全封闭组合电器)、高压交联聚乙烯电缆等高压电力设备的耐压试验的低干扰变频试验装置。
背景技术：
在电力系统中随着变压器、发电机、断路器、GIS、高压交联聚乙烯电缆等高压电力设备的广泛应用。根据《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150-91)和《电力设备预防性试验规程》(DL/T096-1996)的要求，此类高压电力设备在安装验收和年度检修中，均需进行交流耐压试验项目，然而对这类电容性试品，采用常规工频耐压试验，所需试验设备和电源容量都非常大，在现场进行试验难度也很大。而采用变频试验方式，所需的电源容量和设备最少，重量也最轻。因此变频试验方式更适合现场应用。
迄今为止，在所采用的变频试验技术中，均采用硬开关控制方式来实现高压电力设备的变频试验，其缺点是干扰只能采用加滤波的方式滤除，这样导致一次设备庞大，局放水平较高，整机的功耗较大，难于满足无局放要求的现场试验。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，设计提供了一种低干扰变频试验装置，使得试验装置达到无局部放电的水平，试验装置的功率损耗大大降低，同时减少了装置的体积和重量，满足现场高压试验的技术要求。
本实用新型所提供的一种低干扰变频试验装置，由整流电路、逆变电路、谐振部分、锁相电路和控制部分组成，其特征在于输入的交流电源经开关K连接到整流电路，整流电路的输出连接到逆变电路，逆变电路的输出连接到谐振部分，谐振部分经锁相电路连接到控制部分，谐振部分的输出也直接连接到控制部分，控制部分的输出连接到逆变电路。
上述的低干扰变频试验装置，其中逆变电路中采用了四只可控硅Q1～Q4、四只二极管D1～D4和二只电容C1～C2组成了全桥相移式零压零流软开关的逆变电路，每只可控硅控制端的输入与控制部分相连。
上述的低干扰变频试验装置，其中锁相电路中采用了集成锁相环和分频器。
上述的低干扰变频试验装置，其中控制部分中采用PWM(脉宽调制)控制器和可编成逻辑器来实现逆变电路移相和驱动控制，采用单片机实现人机接口和对谐振部分电压跟踪。
采用了上述的技术解决方案，即全桥相移式零压零流软开关(ZVZCS)逆变电路，通过锁相电路和控制部分，实现了逆变电路的零电压开通和零电流关断，使得试验装置达到无局部放电的水平，试验装置的功率损耗大大降低，同时减少了装置的体积和重量。本实用新型为高压电力设备的交流耐压试验提供了一种低干扰、低损耗、体积小和重量轻的变频试验装置。
图1为本实用新型的电路框图；图2为本实用新型的逆变电路的原理图；图3为本实用新型的谐振部分的电路原理图；图4为本实用新型的控制部分的电路原理图；图5为本实用新型的锁相电路的原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型，即低干扰变频试验装置，由整流电路1、逆变电路2、谐振部分3、锁相电路4和控制部分5所组成。
50Hz的交流电源经开关K连接到整流电路1，整流电路1的输出连接到逆变电路2，逆变电路2的输出连接到谐振部分3，谐振部分3经锁相电路4连接到控制部分5，谐振部分3的输出也直接连接到控制部分5，控制部分5的输出连接到逆变电路2。
如图2所示，在逆变电路2中，采用了四只IGBT可控硅Q1～Q4、四只续流二极管D1～D4和二只续流电容C1～C2组成了全桥相移式零压零流软开关(ZVZCS)逆变电路，每只IGBT控制端的输入与控制部分5相连。
锁相电路4实时跟踪谐振部分3的电流，当电流过零时，给控制部分发电流过零信号，控制Q2、Q4的零电流开断，控制部分5根据过零信号经数字移相控制Q1、Q3的零电压开断，实现了Q1、Q3的零电压开断和Q2、Q4的零电流开断。具体工作过程如下当电流过零时，控制Q4导通，C3电压逐渐下降至零，C1充至母线电压；在C3电压下降至零时，开通Q3；当电流过零点时，控制Q4断开；过死区时间后，开通Q3；占空比达到设定值时，关断Q3；C1、C3之间充放电，当C1两端电压下降至零时，开通Q1，回路自振荡，当回路电流过零时，关断Q2；死区时间过后开通Q3，电流持续上升，占空比到时，断开Q1，电流处于持续状态，C1、C2之间充放电，一个完整工作过程结束。
参见图3，谐振部分的电路原理图。50Hz交流电经整流电路1和逆变电路2调制成可变频、变压正弦波，整个控制由控制部分5和锁相电路4完成。输出电压送至由高压电抗器L、容性试品Cx和分压器C1、C2构成的串联谐振回路，谐振频率由电抗器L及容性试品Cx和分压器C1、C2的电容共同决定。通过控制部分5变频、变压使串联谐振回路发生谐振，使试品Cx电压到达试验值。
参见图4，控制部分的电路原理图。该控制部分采用了双CPU的结构方式，其中PWM控制器采用芯片80C196，人机接口CPU采用32位单片机MC68332，大规模可编程逻辑采用ispLSI1024。人机接口CPU主要完成参数设置、数据显示打印以及谐振部分的试验电压的采集和监视。PWM控制器和大规模可变程逻辑通过锁相电路对谐振部分的试验电流所产生的过零点信号，实现了对全桥相移式零压零流软开关(ZVZCS)逆变电路的控制。
参见图5，锁相电路的原理图。该锁相电路由LEM电流传感器，LM353组成的过零比较电路以及CD4046锁相环和CD4020分频器组成。谐振部分的试验电流由LEM电流传感器采集实现，经过零比较器变换成方波信号送至CD4046锁相环对试验电流进行频率跟踪，经CD4020分频器的分频送至控制部分实现逆变电路零电压零电流开关。
本实用新型的工作原理是50Hz的交流电经整流电路整流成脉动直流电压，逆变电路将脉动直流电压逆变成可变频、变压的正弦波，PWM控制器和可编成逻辑通过CD4046集成锁相环对谐振部分的试验电流进行同步跟踪实现了逆变电路的零电压和零电流开断，降低功耗、减少了体积和重量，实现了无局放，满足了现场试验的要求。
权利要求1.一种低干扰变频试验装置，由整流电路(1)、逆变电路(2)、谐振部分(3)、锁相电路(4)和控制部分(5)组成，其特征在于输入的交流电源经开关K连接到整流电路(1)，整流电路(1)的输出连接到逆变电路(2)，逆变电路(2)的输出连接到谐振部分(3)，谐振部分(3)经锁相电路(4)连接到控制部分(5)，谐振部分(3)的输出也直接连接到控制部分(5)，控制部分(5)的输出连接到逆变电路(2)。
2.根据权力要求1所述的低干扰变频试验装置，其特征在于，所述的逆变电路(2)中采用了四只可控硅(Q1～Q4)、四只二极管(D1～D4)和二只电容(C1～C2)组成了全桥相移式零压零流软开关的逆变电路，每只可控硅控制端的输入与控制部分(5)相连。
3.根据权力要求1所述的低干扰变频试验装置，其特征在于，所述的锁相电路(4)中采用了集成锁相环和分频器。
4.根据权力要求1所述的低干扰变频试验装置，其特征在于，所述的控制部分(5)中采用脉宽调制控制器和可编成逻辑器来实现逆变电路(2)移相和驱动控制，采用单片机实现人机接口和对谐振部分(3)电压跟踪。
专利摘要一种低干扰变频试验装置，由整流电路、逆变电路、谐振部分、锁相电路和控制部分组成，输入的交流电源经开关K连接到整流电路，整流电路的输出连接到逆变电路，逆变电路的输出连接到谐振部分，谐振部分经锁相电路连接到控制部分，谐振部分的输出也直接连接到控制部分，控制部分的输出连接到逆变电路。本实用新型采用全桥相移式零压零流软开关(ZVZCS)逆变电路，通过锁相电路和控制部分，实现了逆变电路的零电压开通和零电流关断，使得试验装置达到无局部放电的水平，试验装置的功率损耗大大降低，同时减少了装置的体积和重量。本实用新型为高压电力设备的交流耐压试验提供了一种低干扰、低损耗、体积小和重量轻的变频试验装置。
文档编号G01R31/00GK2692685SQ200420022190
公开日2005年4月13日 申请日期2004年4月23日 优先权日2004年4月23日
发明者邵建康 申请人:上海大申电气有限公司