一种无级调节高压干式负载的制作方法

本实用新型涉及高压干式负载领域，具体地，涉及一种无级调节高压干式负载。

背景技术：

目前工程中或者试验场地使用的高压干式负载大都为档位控制，档位的步进不一，1kW至500kW不等，因此负载输出的功率为阶跃曲线，而且手动操作也较为复杂，通常加、减载需要几个档位的相互间配合切换。另外，传统高压干式负载各档位由高压接触器来实现分断，而ABB等进口接触器电气机械寿命大概在10万次左右，接触器动作时间长达100ms，因此不适用于频繁关断、快速响应等要求高的场合。

此外，高压干式负载通用性不强，例如高压交流干式负载只能应用于交流设备，不能应用于直流电源，存在一定的局限性。

近年来，多绕组移相整流变压器技术国内外得到了飞速发展，西门子、ABB、美国ROBINCON等公司基于移相变压器的整流脉波数不仅高，而且容量也大，已经达到了400000kVA以上，河北保定天威集团研制的大容量移相变压器也达到了30万kVA，目前多绕组移相整流变压器多用于高压变频器、轨道交通供电系统、电弧炉等大功率设备。

随着电力电子技术、计算机技术的迅速发展，使得大功率、大电流的功率器件制造技术日趋成熟，如可控硅、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等半导体器件最大功率可达到3000kVA。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种无级调节高压干式负载，以实现调节精度高、切换响应速度快以及提高使用寿命的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种无级调节高压干式负载，主要包括：移相变压器(1)、基于电力二极管搭建的全波整流电路(2)、第一断路器(30)、第二断路器(31)、直流母线(4)、基于IGBT组成的第一逆变电路(51)、第一电阻器(61)和基于PLC的控制系统(7)；

所述移相变压器(1)与所述基于电力二极管搭建的全波整流电路(2)的输入端相连接，所述基于电力二极管搭建的全波整流电路(2)的输出端与所述第一断路器(30)一端相连接，所述第一断路器(30)另一端通过所述直流母线(4)与第二断路器(31)的一端连接，所述第二断路器(31)的另一端与所述基于IGBT组成的第一逆变电路(51)的输入端相连接，所述基于IGBT组成的第一逆变电路(51)的输出端连接第一电阻器(61)；

所述基于PLC的控制系统(7)与基于IGBT组成的第一逆变电路(51)的输入端相连接。

进一步地，所述基于PLC的控制系统(7)采用闭环控制算法，调制IGBT触发信号PWM的占空比来实现电压幅值调节。

进一步地，所述移相变压器(1)将10kV的交流电压转为成1kV以下，降低对二极管、IGBT等半导体器件的参数性能要求。

进一步地，所述移相变压器(1)可采用延边三角形移相原理的分裂变压器，每相相差20°，采用12脉冲整流技术，有效抑制11次以下谐波含量，使电压畸变率在规定范围内。

进一步地，所述第二断路器(31)、基于IGBT组成的第一逆变电路(51)、第一电阻器(61)为多个，且第二断路器(31)、基于IGBT组成的第一逆变电路(51)、第一电阻器(61)依次串联。

进一步地，所述移相变压器(1)为多绕组移相整流变压器。

本实用新型的有益技术效果：

1)高压负载功率可连续调节，调节精度高；

2)高压负载功率切换响应速度快，可实现负荷波动大的设备(如电弧炉等)对电源冲击平衡；

3)半导体器件代替高压接触器，寿命长，维护工作量小；

4)可实现交流/直流通用。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型所述一种无级调节高压干式负载的结构原理图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-移相变压器；2-基于电力二极管搭建的全波整流电路；30-第一断路器；31-第二断路器；32-第三断路器；4-直流母线；51-基于IGBT组成的第一逆变电路；52-基于IGBT组成的第二逆变电路；61-第一电阻器；62-第二电阻器；7-基于PLC的控制系统。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种无级调节高压干式负载，主要包括：移相变压器(1)、基于电力二极管搭建的全波整流电路(2)、第一断路器(30)、第二断路器(31)、直流母线(4)、基于IGBT组成的第一逆变电路(51)、第一电阻器(61)和基于PLC的控制系统(7)；

所述移相变压器(1)与所述基于电力二极管搭建的全波整流电路(2)的输入端相连接，所述基于电力二极管搭建的全波整流电路(2)的输出端与所述第一断路器(30)一端相连接，所述第一断路器(30)另一端通过所述直流母线(4)与第二断路器(31)的一端连接，所述第二断路器(31)的另一端与所述基于IGBT组成的第一逆变电路(51)的输入端相连接，所述基于IGBT组成的第一逆变电路(51)的输出端连接第一电阻器(61)；

所述基于PLC的控制系统(7)分别与基于IGBT组成的第一逆变电路(51)的输入端相连接。

移相变压器(1)能够抑制由整流电路(2)和第一逆变电路(51)中的谐波分量，通过PLC控制系统(7)控制第一逆变电路(51)的输出电压幅值，从而改变第一电阻器(61)上的电压，完成负载功率调节。

所述基于PLC的控制系统(7)采用闭环控制算法，调制IGBT触发信号PWM的占空比来实现电压幅值调节。

所述移相变压器(1)将10kV的交流电压转为成1kV以下，降低对二极管、IGBT等半导体器件的参数性能要求。

所述移相变压器(1)可采用延边三角形移相原理的分裂变压器，每相相差20°，采用12脉冲整流技术，有效抑制11次以下谐波含量，使电压畸变率在规定范围内。

所述第二断路器(31)、基于IGBT组成的第一逆变电路(51)、第一电阻器(61)为多个，且第二断路器(31)、基于IGBT组成的第一逆变电路(51)、第一电阻器(61)依次串联。

考虑到IGBT元件功率限制因素，为了实现大功率干式负载，可将多个第一逆变电路(51)并联。多个并联的第一逆变电路(51)串入的电阻器一定，通过调制逆变电路输出电压，实现负载功率无级调节。

对于输入为高压交流电源，通过多绕组移相变压器(1)及多脉冲整流技术，经过全波整流电路(2)将高压交流电源变换为直流，然后采用逆变技术，通过基于闭环算法的控制系统(7)调制PWM占空比控制IGBT的通断，则第一逆变电路(51)输出为可调节的交流电压，为第一电阻器(61)供电。

当被测试对象为直流发电机组、直流电源，且其电压不超过1kV时，断开整流电路(2)和直流母线(4)间第一断路器(30)，直接将电源连接至直流母线(4)上，仅通过第一逆变电路(51)，完成电压变换调制，实现负载功率无级调节。

本实用新型的工作原理是：对于输入为高压交流电源，通过多绕组移相变压器及多脉冲整流技术，将高压交流电源变换为直流，然后采用逆变技术，通过闭环算法调制PWM占空比控制IGBT的通断，输出为可调节的交流电压，为电阻器供电；而对于直流电源，直接接入逆变电路母线上，仅通过逆变电路，完成电压变换调制。

至少可以达到以下有益效果：

1)高压负载功率可连续调节，调节精度高；

2)高压负载功率切换响应速度快，可实现负荷波动大的设备(如电弧炉等)对电源冲击平衡；

3)半导体器件代替高压接触器，寿命长，维护工作量小；

4)可实现交流/直流通用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。