专利名称：大功率波形发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路领域，尤其是一种大功率波形发生器。
背景技术：
由于国家大科学工程EAST中性束加热电源的需要，要求该电源额定电压 100kV，额定电流100A，并且上升时间小于20微秒，关断时间小于10微秒，稳 态运行时间最长1000秒。目前使用的波形发生器，大部分功率小于100W，电流 小于10A，电压小于100V，远远不能满足国家大科学工程EAST中性束加热电源 的需要。要求输出电压达100kV，电流100A的大功率波形发生器在国内还是空 白。
发明内容
本发明的目的是提供一种大功率波形发生器，以解决目前国内的波形发生器 无法满足国家大科学工程EAST中性束加热电源的需要的问题。 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
大功率波形发生器，包括有两个提供相同电压的配电柜，配电柜连接有A、 B、 C三相电压输出导线，其特征在于还包括有两个相同的油浸式变压器，所 述两个配电柜的A、 B、 C三相电压输出导线分别连接至所述两个油浸式变压器 的原边，所述每个油浸式变压器的副边有两个，每个副边分别通过A、 B、 C三 相导线连接至一个干式变压器的原边，所述每个干式变压器的副边有二十六个， 分别通过A、 B、 C三相导线连接至对应的电源模块，所述共一百零四个电源模 块彼此之间通过导线相互串联构成串联支路，所述串联支路的两端分别有导线引 出，所述信号通过所述串联支路两端的导线输出；
所述电源模块包括六个二极管，所述六个二极管两两串联成三组串联支路 后，再相互并联构成二极管整流桥，所述每个干式变压器的副边上的A相线和C 相线上分别串联有一个真空接触器和一个熔丝后，再分别连接至两组串联支路中 相互串联的两个二极管之间，所述每个干式变压器的副边上的B相线直接连接 至第三组串联支路中相互串联的两个二极管之间，所述A相线和B相线上连接的真空接触器上还分别并联连接有电阻；所述二极管整流桥的阳极端和阴极端之 间通过导线连接有电容，所述电容上还并联连接有电压传感器，所述二极管整流 桥的阳极端上还有导线引出，所述引出导线连接熔丝后分成两路， 一路连接至一 个晶闸二极管的阳极，所述晶闸二极管的阴极通过导线连接至所述二极管整流桥 的阴极，另一路连接至一个开关电路的集电极；所述开关电路的集电极和发射极 之间还连接有一个二极管，所述丌关电路的集电极同所述二极管的阴极连接，发 射机同所述二极管的阳极连接，所述开关电路的发射极上还有导线引出，所述引 出导线连接有电感后，再连接至一个二极管的阴极，所述二极管的阳极通过导线 连接有电流传感器后，再与所述二极管整流桥的阳极端连接，所述二极管上还并 联连接有一个电压传感器，所述电压传感器两个接线端上还有导线引出，信号通 过所述电压传感器的引出导线输出；所述电感上还并联连接有一个支路，所述支 路包括相互串联的一个二极管和一个电阻，所述二极管阴极通过导线连接至所述 电感与所述开关电路的发射极之间。
所述的大功率波形发生器，其特征在于所述每个油浸式变压器的原边采用 延边三角形结构，两个副边绕组分别是星形和三角形接法。
2台油浸式变压器的原边是延边三角形结构，两个副边绕组分别是星形和三 角形接法；油变的副边绕组分别与一台干式边压器相连，每台干变的都有26副 边绕组，这样分别与26个电源模块相连，4台干变可以分别与104电源模块相 连。104个电源模块的输出，首尾相连串联输出，这样可以得到最高145kV/100A 的输出。
每个电源模块内部结构相同，三相交流输入先通过真空接触器S1、 S2和交 流熔丝fusel、 fuse2，然后通过三相二极管整流桥B6U，整流桥的输出与滤波电 容C1相连，同时，整流桥的阳极通过直流熔丝分别与晶闸管的阳极、开关电路 的集电极相连、二极管的阴极相连，开关电路的发射极分别与二极管的阳极、二 极管的阴极、电感相连，二极管的阳极通过电阻分别与电感和二极管的阴极相连， 最后二极管的阳极分别与晶闸管的阴极和二极管整流桥的阴极相连。
本发明原理简单，安装方便，完全能够满足国家大科学工程EAST中性束加 热电源的需要，可以按要求输出各种波形，填补了要求输出电压达100kV，电流 100A的大功率波形发生器在国内的空白。
图1为本发明电路图。
图2为本发明中电源模块电路图。
具体实施例方式
大功率波形发生器，包括有两个提供相同电压的配电柜，配电柜连接有A、 B、 C三相电压输出导线，还包括有两个相同的油浸式变压器，所述两个配电柜 的A、 B、 C三相电压输出导线分别连接至所述两个油浸式变压器的原边，所述 每个油浸式变压器的副边有两个，每个副边分别通过A、 B、 C三相导线连接至 一个干式变压器的原边，所述每个千式变压器的副边有二十六个，分别通过A、 B、 C三相导线连接至对应的电源模块，所述共一百零四个电源模块彼此之间通 过导线相互串联构成串联支路，所述串联支路的两端分别有导线引出，所述信号 通过所述串联支路两端的导线输出；
所述电源模块包括六个二极管，所述六个二极管两两串联成三组串联支路 后，再相互并联构成二极管整流桥，所述每个干式变压器的副边上的A相线和C 相线上分别串联有一个真空接触器和一个熔丝后，再分别连接至两组串联支路中 相互串联的两个二极管之间，所述每个干式变压器的副边上的B相线直接连接 至第三组串联支路中相互串联的两个二极管之间，所述A相线和B相线上连接 的真空接触器上还分别并联连接有电阻；所述二极管整流桥的阳极端和阴极端之 间通过导线连接有电容，所述电容上还并联连接有电压传感器，所述二极管整流 桥的阳极端上还有导线引出，所述引出导线连接熔丝后分成两路， 一路连接至一 个晶闸二极管的阳极，所述晶闸二极管的阴极通过导线连接至所述二极管整流桥 的阴极，另一路连接至一个开关电路的集电极；所述开关电路的集电极和发射极 之间还连接有一个二极管，所述开关电路的集电极同所述二极管的阴极连接，发 射机同所述二极管的阳极连接，所述开关电路的发射极上还有导线引出，所述引 出导线连接有电感后，再连接至一个二极管的阴极，所述二极管的阳极通过导线 连接有电流传感器后，再与所述二极管整流桥的阳极端连接，所述二极管上还并 联连接有一个电压传感器，所述电压传感器两个接线端上还有导线引出，信号通 过所述电压传感器的引出导线输出；所述电感上还并联连接有一个支路，所述支 路包括相互串联的一个二极管和一个电阻，所述二极管阴极通过导线连接至所述电感与所述开关电路的发射极之间。
所述每个油浸式变压器的原边采用延边三角形结构，两个副边绕组分别是星 形和三角形接法。
如图1，多副边绕组变压器的副边输出通过二极管整流形成不共地的直流电 压源模块，把这些直流源模块串联，通过各模块上的高速丌关器件 IGBT(insulated-gate bipolar transistor )控制各模块的投入和切除，产生可控的直流 高压输出。图l中Kl、K2是10kV配电柜，分别控制两台油浸式变压器的进线。 2台油浸式隔离变压器的原边是延边三角形结构，两个副边绕组分别是星形和三 角形接法；这样单台油变可以输出12脉波整流电压，2台串联可以输出24脉波 整流电压。4台干式变压器的结构相同，各铁芯对地电压不同，每台干变的最上 面一个副边输出是450Vac，其它副边输出是900Vac。 4台干式变压器有104个 副边绕组，分别连接104个结构相同的电源模块。104个模块串联，产生高电压 输出。控制系统全部通过光纤与各电源模块联系。
图2给出了电源模块的结构图，电源模块有两部分组成主回路和控制单元。 主回路包括软启动电路、整流滤波电路、IGBT开关电路、限流电路、crowbar 保护电路、二极管续流电路、熔丝保护电路和测量电路等组成。控制电路包括 IGBT控制、逻辑状态分析及保护、与主控进行信息交换。模块的外壳与直流侧 输出的低电势端短接。在模块的输入端加入软启动电路Sl、 S2是真空接触器， R2、 R3是软启动电阻，分别接在输入端的A、 C相上，B相输入和整流桥相连， 电阻R2， R3阻值为lkQ 。 二极管整流桥B6U选择株洲南车时代产的ZP7型号， 滤波电容Cl参数为；1500V/3mF， IGBT选择EUPEC公司的FF400R33KF2C 型号，电感L为100uH， 二极管Dl， D2的型号都为DH 40-18A型快恢复二极 管，续流二极管考虑采用IGBT的反并联快恢复二极管代替，R阻值为20Q。为 了防止在负载短路时IGBT拒关断，模块增加了 crowbar电路，来强制模块输出 为零，该电路由图2中晶闸管SCR来实现，晶闸管SCR额定电压3000V，电流 400A 。
权利要求
1、大功率波形发生器，包括有两个提供相同电压的配电柜，配电柜连接有A、B、C三相电压输出导线，其特征在于还包括有两个相同的油浸式变压器，所述两个配电柜的A、B、C三相电压输出导线分别连接至所述两个油浸式变压器的原边，所述每个油浸式变压器的副边有两个，每个副边分别通过A、B、C三相导线连接至一个干式变压器的原边，所述每个干式变压器的副边有二十六个，分别通过A、B、C三相导线连接至对应的电源模块，所述共一百零四个电源模块彼此之间通过导线相互串联构成串联支路，所述串联支路的两端分别有导线引出，所述信号通过所述串联支路两端的导线输出；所述电源模块包括六个二极管，所述六个二极管两两串联成三组串联支路后，再相互并联构成二极管整流桥，所述每个干式变压器的副边上的A相线和C相线上分别串联有一个真空接触器和一个熔丝后，再分别连接至两组串联支路中相互串联的两个二极管之间，所述每个干式变压器的副边上的B相线直接连接至第三组串联支路中相互串联的两个二极管之间，所述A相线和B相线上连接的真空接触器上还分别并联连接有电阻；所述二极管整流桥的阳极端和阴极端之间通过导线连接有电容，所述电容上还并联连接有电压传感器，所述二极管整流桥的阳极端上还有导线引出，所述引出导线连接熔丝后分成两路，一路连接至一个晶闸二极管的阳极，所述晶闸二极管的阴极通过导线连接至所述二极管整流桥的阴极，另一路连接至一个开关电路的集电极；所述开关电路的集电极和发射极之间还连接有一个二极管，所述开关电路的集电极同所述二极管的阴极连接，发射机同所述二极管的阳极连接，所述开关电路的发射极上还有导线引出，所述引出导线连接有电感后，再连接至一个二极管的阴极，所述二极管的阳极通过导线连接有电流传感器后，再与所述二极管整流桥的阳极端连接，所述二极管上还并联连接有一个电压传感器，所述电压传感器两个接线端上还有导线引出，信号通过所述电压传感器的引出导线输出；所述电感上还并联连接有一个支路，所述支路包括相互串联的一个二极管和一个电阻，所述二极管阴极通过导线连接至所述电感与所述开关电路的发射极之间。
2、 根据权利要求1所述的大功率波形发生器，其特征在于所述每个油浸 式变压器的原边采用延边三角形结构，两个副边绕组分别是星形和三角形接法。
全文摘要
本发明涉及大功率波形发生器，包括2台油浸式隔离变压器，油浸式隔离变压器的副边绕组分别与一台干式边压器相连，每台干变的都有26副边绕组，这样分别与26个电源模块相连，4台干变可以分别与104电源模块相连。104个电源模块的输出，首尾相连串联输出，这样可以得到最高145kV/100A的输出。本发明原理简单，安装方便，完全能够满足国家大科学工程EAST中性束加热电源的需要，可以按要求输出各种波形，填补了要求输出电压达100kV，电流100A的大功率波形发生器在国内的空白。
文档编号H02J5/00GK101510696SQ20091011645
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者鹏 傅, 李云娜, 雷 杨, 梁向阳, 潘圣民, 力 蒋, 郭文军 申请人:中国科学院等离子体物理研究所