一种基于多相电源的串联谐振耐压测试装置的制作方法

本发明涉及高压试验技术领域，特别地，涉及一种基于多相电源的串联谐振耐压测试装置。

背景技术：

电力设备在制造、安装、运行中一般都需要进行试验，以保证设备性能符合规范、安全运行。高压耐压试验是考核电力设备绝缘能力的关键环节，交流电气设备一般建议采用工频交流耐压试验，以符合设备实际运行的工况和电磁场分布，达到绝缘性能考核的目标。电力设备耐压试验电压由设备的额定电压决定，因此，试验电流随着试品的分布电容变大而变大，因此普通交流耐压试验设备不能满足要求。随着电缆、gis等大电容量设备的应用和电力电子技术的发展，工频串联谐振和变频串联谐振交流耐压技术得到广泛的应用。

串联谐振交流耐压装置在高压交流试验变压器与试品之间串联接入电感线圈，试品和电感线圈上的电压相位相反，可以明显降低试验变压器的实际输出电压，通常称为励磁变压器，从而降低变压器的制造难度。试品电容和电感发生谐振时，励磁变压器的输出电压仅为电感电压和回路品质因数的商，即uo＝uc/q＝(i×ωl/(q-1。

在现有得耐压装置中，工频串联谐振交流耐压测试装置需要根据试品电容量调节谐振电感量已达到谐振条件，一般做成电感可调型，由于谐振电感处于高电位，调节结构复杂、调整困难，一般对于波形和频率要求严格的场所采用。如图1所示，调压器12对交流电源11的电压进行调整后，通过励磁变压器13后输出试验电压，控制器控制分压器和可调电感来对试品100进行耐压试验。

变频串联谐振交流耐压测试装置采用变频电源，电感器可以固定，通过调节变频电源的频率实现回路谐振，如图2所示，通过控制器26控制变频器12，使得变频器12对多相交流电源21输入的电源进行频率调节，然后通过励磁变压器后作为试验电源对试品进行试验，同时，电感24使用固定电感，对分压器25不做要求。

上述的两种测试装置都需要使用励磁变压器，以部分升高电压，并隔离低压试验电源和试验高压回路，励磁变压器一般作为独立的设备，电压从1kv到几十kv，接线和调试时间较长。试验过程中，励磁变高压出口短路很容易造成设备损坏。变频串联谐振电源通过励磁变升压，励磁变压器铁芯需要满足20-300hz的频率范围，要求较高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，使用高频逆变整流和高频变压器隔离，实现逆变器输出高压多相交流电源，从而取消励磁变压器，实现模块化设计，减少设备体积数量和接线复杂程度，提高试验工作效率。

为实现上述的发明目的，本发明提供了一种基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，其特征在于，包括：交流电源、变流单元、谐振电感、分压器、控制器；

所述变流单元的输入端连接到所述交流电源，用于将所述交流电源输出的交流电转换成试验交流电，所述变流单元的输出端的一端与所述谐振电感和测试试品串联，另一端接地；所述分压器与所述测试试品并联，所述控制器与所述变流单元和所述分压器相连，用于根据所述分压器的电压控制所述变流单元的试验交流电的电压和频率，并根据所述分压器的电压测量所述测试试品的电压和频率；

其中，所述变流单元包括多个变流子单元，每个变流子单元连接到所述交流电源的一相，各个所述变流子单元的输出端串联或并联后作为所述变流单元的输出端输出试验交流电。

其中，所述变流子单元包括工频整流器、高频逆变器、高频高压隔离变压器、高频高压整流器、高压低频逆变器；

所述工频整流器的输入端连接到所述交流电源的对应相，输出端连接到所述高频逆变器，用于将所述交流电转换成直流电；所述高频逆变器的输入端连接到所述工频整流器的输出端，用于将所述直流电转换成高频交流电；所述高频高压隔离变压器的低压侧连接到所述高频逆变器的输出端，用于将所述高频交流电升压为高频高压交流电；所述高频高压整流器的输入端连接到所述高频高压隔离变压器的高压侧，用于将所述高频高压交流电转换成高压直流电；所述高压低频逆变器的输入端连接到所述高频高压整流器，用于将所述高压直流电转换成试验交流电。

其中，所述控制器连接到每个所述变流子单元的高压低频逆变器，用于控制所述高压低频逆变器输出的试验交流电的电压和频率。

其中，所述变流单元包括多个变流子单元，每个所述变流子单元连接到所述交流电源的一相。

其中，当对所述测试试品进行变频试验时，所述高压低频逆变器在所述控制器的控制下将所述高压直流电转换成频率为20-300hz高压变频试验交流电。

其中，当对所述测试试品进行工频试验时，所述高压低频逆变器在所述控制器的控制下将所述高压直流电转换成频率为50/60hz的高压工频试验交流电。

其中，所述变流子单元还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端连接到所述高频高压整流器的输出端，用于将所述高频高压整流器输出的高压直流电滤波后输出到所述高压低频逆变器。

其中，所述变流子单元还包括输出保护串联电感，所述串联电感串联到所述高压低频逆变器的输出端，用于外部电路短路时限制所述高压低频逆变单元的短路电流。

本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，使用由多个变流子单元组成的变流单元将多相交流电源的交流电转换成试验交流电，实现了交流电源和多个变流单元输出端之间的地电位隔离，并取消了传统的励磁变压器，实现了无励磁变压器的串联谐振交流耐压方法，并且可以将每个变流子单元模块化，减少了设备数量和体积重量，简化了试验接线，提高了试验效率。

进一步地，本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，进行变频串联谐振试验时，通过工频整流、高频逆变、高频高压隔离变压器、高频高压整流器将多相交流电源的低压交流电转换为高压直流电，然后通过高压低频逆变器将直流高压转换为高压变频试验电源，通过谐振电感与测试试品的谐振，获得适当的试验电压；控制器通过分压器测量试品上的电压和频率，并控制高压低频逆变器产生适当谐振频率的高压试验交流电。

此外，在进行工频串联谐振试验时，通过工频整流、高频逆变、高频高压隔离变压器和高频高压整流器将低压交流电源转换为高压直流电源，高压低频逆变器将高压直流转换为高压工频试验电源，通过调节谐振电感与测试试品产生谐振，获得适当的试验电压；控制器通过分压器测量测试试品的电压，控制高压低频逆变桥产生适当的工频高压电源。

附图说明

图1示出了现有的工频串联谐振耐压装置的线路示意图；

图2示出了现有的变频串联谐振耐压装置的线路示意图；

图3示出了本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置的变流子单元串联的线路示意图；

图4示出了本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置的变流子单元并联的线路示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的一个实施例中，提供一种基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，使用高频逆变整流和高频变压器隔离，实现逆变器输出高压多相交流电源，从而取消励磁变压器，减少设备体积数量和接线复杂程度，提高试验工作效率。

图3示出了本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置的变流子单元串联的线路示意图；

图4示出了本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置的变流子单元并联的线路示意图。

本实施例的一种基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，如图3和图4所示，具体包括：交流电源100、变流单元200、谐振电感300、分压器400和控制器500。

具体地，变流单元200的输入端连接到交流电源100，用于将交流电源100输出的交流电转换成适于串联谐振耐压测试的试验交流电，变流单元200的输出端的一端与谐振电感300和测试试品600串联，另一端接地；分压器400与测试试品600并联，控制器500与变流单元200和分压器400相连，用于根据分压器400的电压控制变流单元200的输出电压和频率，并根据分压器400的电压测量测试试品600的电压和频率。

进一步地，变流单元200包括多个变流子单元，每个变流子单元连接到交流电源100的一相，并且各个变流子单元的输出端串联或并联后作为变流单元200的输出端输出试验交流电。

具体地，在一个实施例中，如图3和图4所示，交流单元为三相交流电源，变流单元200包括三个变流子单元，三个变流子单元串联或并联后输出试验交流电，如图3中的三个变流子单元串联后输出试验交流电，图4中的三个变流子单元并联后输出试验交流电。

另外，本实施的变流单元也可以包括两个变流子单元，并且两个变流子单元分别接入到多相交流电源的任意两相，进一步地，变流单元也可以只是用一个变流子单元，接入到多相交流单元的任一相。此外，也可以将多相交流电源中的两相或多相串联或并联后接入到一个变流子单元上，也可以将两个变流子单元串联串联或并联后接入到一个多相交流电源中，具体的连接方式可以根据具体的使用设置，在此不做具体的限定。

在一个具体的实施例中，每个变流子单元包括工频整流器102、高频逆变器103、高频高压隔离变压器104、高频高压整流器105和高压低频逆变器106。

具体地，工频整流器102的输入端连接到交流电源100的对应相，输出端连接到高频逆变器103，用于将交流电源100的交流电转换成直流电；高频逆变器103的输入端连接到工频整流器102的输出端，用于将直流电转换成高频交流电；高频高压隔离变压器104的低压侧连接到高频逆变器103的输出端，用于将高频交流电升压为高频高压交流电；高频高压整流器105的输入端连接到高频高压隔离变压器104的高压侧，用于将高频高压交流电转换成高压直流电；高压低频逆变器106的输入端连接到高频高压整流器105，用于将高压直流电转换成试验交流电。

进一步地，控制器500连接到每个变流子单元的高压低频逆变器106，用于控制高频低压逆变器106输出的试验交流的的电压和频率。

进一步地，每个变流子单元还包括滤波电路107，滤波电路107的输入端连接到高频高压整流器105的输出端，用于将高频高压整流器105输出的高压直流电滤波后输出到高压低频逆变器106。

进一步地，本发明的实施例的变流子单元还包括串联电感108，串联电感108串联到高压低频逆变器106的输出端，，用于当谐振电感300所在线路短路时阻挡短路电流流入到高压低频逆变器106。

本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，可以通过控制器500控制高压低频逆变器106的输出电压和频率，从而可以根据需要对测试试品进行变频试验或工频试验，而不需要分别设置测试电路，另外，基于高频高压隔离dc/dc转换，实现了无励磁变压器的串联谐振交流耐压方法，减少了设备数量和体积重量，简化了试验接线，提高了试验效率。

在一个实施例中，如当交流电源100输出电压为100-380v、频率为50/60hz的低压交流电时，工频整流器102将该低压交流电转换为电压为140-540v低压直流电，高频逆变器103将低压直流电转换为频率为1-100khz的高频交流电，输入到高频高压隔离变压器104。

高频高压隔离变压器104将输入的高频交流电升压为高压高频交流电，并隔离低压和高压侧地电位。

高频整流器105将高频高压隔离变压器104输出的高压高频交流电整流后输出电压为1-40kv的高压直流电，输出到高压低频逆变器106。

高压低频逆变器106将高压直流电转换为20-300hz低频高压交流电，一端输入到谐振电感300，另一端接地，通过谐振电感300与测试试品600的电容产生谐振，获得适当的试验电压；控制器通过分压器400测量测试试品600上的电压和频率，并控制高压低频逆变器106产生特定电压和谐振频率的高压交流电。

本发明的串联谐振耐压测试装置，进行工频串联谐振试验时，高压低频逆变器106将直流高压转换为50/60hz高压工频试验电源，通过调节谐振电感300与测试试品600产生谐振，获得适当的试验电压；控制器通过分压器400测量测试试品上的电压，控制高压低频逆变器106产生特定电压的工频高压电源。

本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，进行变频串联谐振试验时，通过工频整流、高频逆变、高频高压隔离变压器、高频高压整流器将多相交流电源的低压交流电转换为高压直流电，然后通过高压低频逆变器将直流高压转换为高压变频试验电源，通过谐振电感与测试试品的谐振，获得适当的试验电压；控制器通过分压器测量试品上的电压和频率，并控制高压低频逆变器产生适当谐振频率的高压试验交流电。

此外，在进行工频串联谐振试验时，通过工频整流、高频逆变、高频高压隔离变压器和高频高压整流器将低压多相交流电源转换为高压直流电源，高压低频逆变器将高压直流转换为高压工频试验电源，通过调节谐振电感与测试试品产生谐振，获得适当的试验电压；控制器通过分压器测量测试试品的电压，控制高压低频逆变桥产生适当的工频高压电源。

进一步地，本发明的串联谐振耐压测试装置，可以根据需要改变部分设备实现变频串联谐振试验和工频串联谐振试验，取消了常用的励磁变压器，使得整套试验装置设备减少、接线简单、重量体积减小，提高了工作效率。

需要说明的是，在上述的工频试验或变频试验时，根据需要选择变流单元200中的各个变流子单元的连接方式，如采用串联连接，则如图3所示线路图，如采用并联连接，则采用图4所示线路图，另外，在进行试验时，通过控制器来控制变流单元的输出电压和频率，从而实现工频试验或变频试验。

本发明的基于多相电源的串联谐振耐压测试装置，使用高频逆变整流和高频变压器隔离，实现逆变器输出高压多相交流电源，从而取消励磁变压器，减少设备体积数量和接线复杂程度，提高试验工作效率。

需要说明的是，本发明的实施例中，使用的整流器、逆变器、变压器以及滤波器等都可以使用现有的电路元件设计，通过采用不同的连接方式，以实现对交流母线输出的交流电进行整流、滤波等功能，消除或减小交流输入侧的谐波电流，实现高电压或大电流的输出。

进一步地，本发明使用的变流单元，采用多套单相整流、逆变、隔离升压、整流系统串联或并联运行，可以实现多相平衡输入，输入输出隔离，控制输出电压，减少整流谐波的优点，采用高频变压器，重量轻，体积小。

另外，本发明的变流单元，包括多个变流子单元，在制作时，可以将每个变流子单元封装成一体化模块，在使用时，根据具体的需要，将多个变流子单元串联或并联来实现具体的整流功能，从而可以减少设备数量和体积重量，简化了试验接线，提高了试验效率。

此外，本发明在工频整流器和高频逆变器之间不设置滤波元件，并且多相之间互相隔离，能够消除或减小输入端的谐波电流，并使得各相输入电流平衡。同时，通过高频高压隔离变压器，可以实现输入交流电和输出直流电的电气隔离。进一步地，本发明中，通过在高频高压整流电路上设置滤波电路或在高频高压整流器的输出端外接滤波电路，实现对输出的直流电的滤波，从而实现了高电压或大电流的稳定输出，以便于控制器对高压低频逆变器的电压和频率进行控制。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。