專利名稱：高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于高壓裝置監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源。
背景技術(shù)：
[0002]電力裝置在運(yùn)行時(shí)要受到最高工作電壓、雷電過電壓、內(nèi)過電壓的頻繁作用，導(dǎo)致電力裝置運(yùn)行故障中有很大一部分是絕緣故障。另外，正在運(yùn)行的電力裝置內(nèi)部會(huì)隱藏一些絕緣缺陷，如:集中性缺陷、分布性缺陷，其中電力裝置的絕緣缺陷有一些是制造時(shí)潛伏下來的，另一些則是在運(yùn)行過程中在外界環(huán)境作用下而產(chǎn)生的。因此，電力裝置在投入運(yùn)行前以及正在運(yùn)行的電力裝置都需要進(jìn)行絕緣耐壓試驗(yàn)。[0003]耐壓試驗(yàn)就是按試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電氣裝置施加比其工作電壓高得多的試驗(yàn)電壓，并持續(xù)一定時(shí)間，用以驗(yàn)證裝置絕緣的可靠性，試驗(yàn)電壓的等級(jí)就稱為電氣裝置的絕緣水平。國家標(biāo)準(zhǔn)GB311/83《高壓輸電裝置的絕緣配合、高電壓試驗(yàn)技術(shù)》對(duì)各種電壓等級(jí)裝置的試驗(yàn)電壓參數(shù)都作出了規(guī)定，在實(shí)際工作中可根據(jù)檢驗(yàn)規(guī)程的具體要求選用。[0004]耐壓試驗(yàn)首先要解決的就是高壓試驗(yàn)電源，總體來說，高壓及高壓交流裝置絕緣試驗(yàn)電源有三種:串級(jí)式試驗(yàn)變壓器、電力變壓器和串聯(lián)諧振裝置。以往多用的是串級(jí)式試驗(yàn)變壓器。一般情況下，當(dāng)單臺(tái)變壓器電壓超過500KV時(shí)，費(fèi)用會(huì)隨電壓的上升而迅速增力口。當(dāng)變壓器額定電壓升高時(shí)，它的體積和重量的增加趨勢(shì)超過額定電壓的三次方的上升速度。因此若用一臺(tái)變壓器產(chǎn)生1000KV級(jí)以上電壓就會(huì)使造價(jià)提高，體積過大。通常用依據(jù)電壓等級(jí)和絕緣等級(jí)把幾個(gè)電壓器串接起來，但這種情況下整個(gè)裝置的利用率低，也存在低壓繞組漏抗等缺點(diǎn)，現(xiàn)在很少采用這種方法。電力變壓器與試驗(yàn)變壓器的原理基本相同。高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源是則利用LC諧振原理，使試品能受到交流高電壓的作用，供電裝置的額定電壓等級(jí)可達(dá)到高壓、超高壓而且容量大大減小，攜帶方便，目前較為普遍。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型發(fā)明的目的在于提供一種高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，不僅能快速響應(yīng)串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)自動(dòng)調(diào)頻電源終端裝置，對(duì)出廠前的高壓裝置做出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且電壓等級(jí)可達(dá)高壓、超高壓，頻率在30Hz 300Hz可調(diào)。[0006]本實(shí)用新型發(fā)明的技術(shù)方案是，高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，包括有變頻電源主控器，變頻電源主控器通過導(dǎo)線連接有勵(lì)磁變壓器，勵(lì)磁變壓器通過導(dǎo)線連接有LC諧振回路模塊，LC諧振回路模塊通過導(dǎo)線與變頻電源主控器連接。[0007]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，[0008]變頻電源主控器包括有DSP核心板模塊和三相全橋不可控整流電路模塊，DSP核心板模塊通過導(dǎo)線分別連接有保護(hù)電路模塊、人機(jī)交互模塊，DSP核心板模塊還連接有RS232通訊接口，三相全橋不可控整流電路模塊通過導(dǎo)線依次與EMI濾波電路模塊、BUCK變換器及逆變電路模塊連接，所述三相全橋不可控整流電路模塊還通過導(dǎo)線與外部的三相交流電源連接。[0009]BUCK變換器內(nèi)包含有IGBT斬波模塊。[0010]逆變電路模塊內(nèi)設(shè)有IGBT逆變電路模塊。[0011]DSP核心板模塊內(nèi)設(shè)置有通過導(dǎo)線依次連接的SPWM波生成模塊、智能矯正器、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊及電源模塊，智能矯正器內(nèi)設(shè)置有智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊，IGBT驅(qū)動(dòng)模塊通過導(dǎo)線與BUCK變換器內(nèi)的IGBT斬波模塊，智能矯正器內(nèi)的智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊通過導(dǎo)線與逆變電路模塊內(nèi)的IGBT逆變電路模塊連接。[0012]LC諧振回路模塊，包括有通過導(dǎo)線串聯(lián)的高壓電抗器a、高壓電抗器b和容性試品測(cè)試裝置。[0013]容性試品測(cè)試裝置包括有通過導(dǎo)線串聯(lián)連接的電容分壓器高壓臂C1和電容分壓器低壓臂C2，測(cè)試品等效電容分壓器C3與高壓臂電容分壓器C1和低壓臂電容分壓器C2通過導(dǎo)線并聯(lián)。[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于，[0015](I)本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源采用精準(zhǔn)的電路，對(duì)其大功率橋逆變器的緩沖電路和輸出濾波器進(jìn)行了優(yōu)化，依據(jù)緩沖電路抑制IGBT關(guān)斷過電壓的能力、自身的損耗和器件的投資三個(gè)方面建立了緩沖電路優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，并從高壓試驗(yàn)電源的實(shí)際要求出發(fā)，建立了逆變器輸出濾波器優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。[0016](2)本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源用智能調(diào)頻算法使調(diào)頻控制可依據(jù)頻率誤差對(duì)其進(jìn)行先“粗調(diào)”后“細(xì)調(diào)”，其精度可達(dá)0.1Hz，并且響應(yīng)速度快。[0017](3)本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源采用DSP處理器以及更優(yōu)化的算法，能夠更快速地對(duì)PWM波和SPWM波的生成進(jìn)行控制，準(zhǔn)確的檢測(cè)出過壓過流信號(hào)，具有更聞的穩(wěn)定性。


[0018]圖1是本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源的結(jié)構(gòu)圖；[0019]圖2是本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源中的變頻電源主控器的結(jié)構(gòu)圖；[0020]圖3是本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源中的調(diào)功電路模塊電路圖。[0021]圖中，1.變頻電源主控器，2.勵(lì)磁變壓器，3.DSP核心板模塊，4.三相全橋不可控整流電路模塊，5.保護(hù)電路模塊，6.人機(jī)交互模塊，7.EMI濾波電路模塊，8.BUCK變換器，9.逆變電路模塊，10.三相交流電源，11.1GBT斬波模塊，12.智能矯正器，13.SPWM波生成模塊，14.智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊，15.1GBT驅(qū)動(dòng)模塊，16.電源模塊，17.高壓電抗器a,18.高壓電抗器b，19.容性試品測(cè)試裝置，20.1GBT逆變電路模塊。
具體實(shí)施方式
[0022]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。[0023]本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有變頻電源主控器1，變頻電源主控器I通過導(dǎo)線連接有勵(lì)磁變壓器2，勵(lì)磁變壓器2通過導(dǎo)線連接有LC諧振回路模塊，LC諧振回路模塊通過導(dǎo)線與變頻電源主控器I連接。[0024]變頻電源主控器1，其結(jié)構(gòu)如圖2及圖3所示，包括有DSP核心板模塊3和三相全橋不可控整流電路模塊4，DSP核心板模塊3通過導(dǎo)線分別連接有保護(hù)電路模塊5、人機(jī)交互模塊6，DSP核心板模塊3還連接有RS232通訊接口，三相全橋不可控整流電路模塊4通過導(dǎo)線依次與EMI濾波電路模塊7、BUCK變換器8及逆變電路模塊9連接，三相全橋不可控整流電路模塊4還通過導(dǎo)線與外部的三相交流電源10連接。[0025]BUCK變換器8內(nèi)包含有IGBT斬波模塊11。[0026]逆變電路模塊9內(nèi)設(shè)有IGBT逆變電路模塊20。[0027]DSP核心板模塊3內(nèi)設(shè)置有通過導(dǎo)線依次連接的SPWM波生成模塊13、智能矯正器12、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊15及電源模塊16，智能矯正器12內(nèi)設(shè)置有智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊14，IGBT驅(qū)動(dòng)模塊15通過導(dǎo)線與BUCK變換器8內(nèi)的IGBT斬波模塊11，智能矯正器12內(nèi)的智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊14通過導(dǎo)線與逆變電路模塊9內(nèi)的IGBT逆變電路模塊20連接。[0028]LC諧振回路模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括有通過導(dǎo)線串聯(lián)的高壓電抗器al7、高壓電抗器bl8和容性試品測(cè)試裝置19。[0029]容性試品測(cè)試裝置19包括有通過導(dǎo)線串聯(lián)連接的電容分壓器高壓臂C1和電容分壓器低壓臂C2，測(cè)試品等效電容分壓器C3與高壓臂電容分壓器C1和低壓臂電容分壓器C2通過導(dǎo)線并聯(lián)。[0030]本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源各模塊的功能:[0031]高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源運(yùn)用了 TMS320F28335處理芯片作為核心控制CPU，利用DSP高速運(yùn)算速度的特性，集成DSP常用的外圍電路，滿足了高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置高穩(wěn)定性、高精確度的要求，利用對(duì)稱規(guī)則采樣法產(chǎn)生頻率可調(diào)的SPWM波對(duì)IGBT斬波模塊11的開關(guān)頻率控制，從而得到最佳匹配 諧振頻率，從而把被測(cè)裝置兩端電壓升到理想的高電壓。[0032]DSP核心板模塊I可用于給PWM和SPWM波的產(chǎn)生提供控制信號(hào)，通過DSP芯片產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波來控制主回路IGBT逆變電路模塊的通斷時(shí)間，從而達(dá)到調(diào)功的目的；還可以處理過流過壓信號(hào)，產(chǎn)生中斷，從而保護(hù)電路；同時(shí)DSP核心板模塊I對(duì)整個(gè)高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源各個(gè)部分的工作進(jìn)行控制。[0033]SPWM波生成模塊13與智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊14由逆變電路模塊9內(nèi)的智能矯正器12的控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。智能矯正器12通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電容分壓器高壓臂C1的電壓Ucl，并通過鎖相環(huán)節(jié)計(jì)算出實(shí)時(shí)頻率，把實(shí)時(shí)頻率與頻率設(shè)定值相比較得出其差值eZ0:當(dāng)差值I^Z0 > j時(shí)，進(jìn)入頻率粗條環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為1Hz,當(dāng)S i時(shí),進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)；若電容分壓器高壓臂C1的電壓Uci達(dá)到最大值，說明電路已經(jīng)進(jìn)入諧振，如果沒有達(dá)到最大值則進(jìn)入步長(zhǎng)為0.1Hz的微調(diào)環(huán)節(jié)，其中A為設(shè)定的閥值。[0034]IGBT驅(qū)動(dòng)模塊15的驅(qū)動(dòng)方式主要有:脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)、光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路、集成驅(qū)動(dòng)模塊。本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源運(yùn)用集成驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，集成模塊采用美國國際整流器公司的IR2110高壓集成電路元件，外圍電路簡(jiǎn)單，性能良好。[0035]電源模塊16通過不同的電源芯片對(duì)輸入電壓進(jìn)行處理，獲得不同的穩(wěn)定電壓，為裝置的各個(gè)模塊提供穩(wěn)定的電能。[0036]如圖3所示，380V三相交流電源10經(jīng)三相全橋不可控整流電路模塊4后變?yōu)?40V的直流電，在直流電源的傳輸干路中，采用BUCK變換器8即采用直流斬波方式進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。具體措施是:三相全橋不可控整流電路模塊4將得到的直流電壓送給BUCK變換器8內(nèi)的IGBT斬波模塊11，由DSP核心板模塊3的調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊14生成的占空比可調(diào)的PWM波經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊15來控制IGBT斬波模塊11中IGBT的關(guān)斷，利用改變PWM波占空比的大小來調(diào)節(jié)直流輸出電壓，這樣就可以調(diào)節(jié)輸送給逆變電路模塊9的電壓幅值。[0037]逆變電路模塊9是整個(gè)高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源的核心部分，它的穩(wěn)定情況關(guān)系著整個(gè)裝置的安全運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度，從購買方便、技術(shù)成熟、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、性能穩(wěn)定等因素考慮，本實(shí)用新型的逆變電路模塊采用大功率IGBT逆變電路模塊作為開關(guān)器件。逆變電路模塊9，整流后得到的電壓U，其中的自舉二極管和自舉電容，它們的選擇都有嚴(yán)格的限制。交替開通和關(guān)斷Mp M2' M3> M4就可以在逆變電路模塊9的輸出端獲得交變的電壓。其中IGBT管子的開斷由DSP產(chǎn)生的SPWM波來控制，電壓幅值取決于逆變器的輸入端電壓值，頻率取決于器件的開關(guān)頻率。經(jīng)逆變電路模塊9可輸出幅值(T400V內(nèi)可調(diào)，頻率為30Hz 300Hz連續(xù)可調(diào)的交流電壓信號(hào)。[0038]逆變電路模塊9，通過PWM波控制IGBT逆變電路模塊的關(guān)斷來產(chǎn)生在一定范圍內(nèi)可調(diào)頻率的540V電壓。因?yàn)楦邏涸囼?yàn)需要的電壓等級(jí)較高，為了安全及操作方便，采用先調(diào)頻后調(diào)壓的策略，即先用逆變電路模塊9內(nèi)的智能矯正器12處理，以實(shí)現(xiàn)裝置頻率f的閉環(huán)控制和頻率步長(zhǎng)大小調(diào)節(jié)，智能尋找回路進(jìn)入諧振狀態(tài)的頻率fn使之達(dá)到諧振狀態(tài)，然后再調(diào)節(jié)LC諧振回路模塊內(nèi)容性試品測(cè)試裝置19，使經(jīng)BUCK變換器8輸出電壓的有效值達(dá)到期望電壓值，從而獲得高電壓大容量。[0039]本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，主要由中間的勵(lì)磁變壓器和LC諧振回路模塊(本實(shí)用新型以串聯(lián)諧振方式為研究對(duì)象，由高壓諧振電抗器、諧振電容器和分壓器組成，其中諧振電容器由高壓測(cè)量諧振電容器及被測(cè)試品電容值組成)組成。380V三相交流電源10通過整流電路成為直流510V，通過過流擊穿保護(hù)電路，由DSP控制調(diào)頻調(diào)壓來改變逆變電路的開斷頻率，尋找合適的諧振點(diǎn)，同時(shí)從被測(cè)端反饋回電壓信號(hào)，用來檢查和控制。[0040]本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源是一種體積小，能快速響應(yīng)串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)自動(dòng)調(diào)頻電源終端裝置，對(duì)出廠前的高壓裝置做出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。解決了以往裝置體積龐大難以運(yùn)輸，電源容量不足及電壓等級(jí)不高的缺陷。本裝置對(duì)特高壓輸電的建設(shè)和發(fā)展節(jié)省開支，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)升級(jí)具有很大意義。
權(quán)利要求1.高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其特征在于，包括有變頻電源主控器(1)，所述變頻電源主控器(I)通過導(dǎo)線連接有勵(lì)磁變壓器(2)，所述勵(lì)磁變壓器(2)通過導(dǎo)線連接有LC諧振回路模塊，所述LC諧振回路模塊通過導(dǎo)線與所述變頻電源主控器(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其特征在于，所述變頻電源主控器(I)包括有DSP核心板模塊(3)和三相全橋不可控整流電路模塊(4)，所述DSP核心板模塊(3)通過導(dǎo)線分別連接有保護(hù)電路模塊(5)、人機(jī)交互模塊(6)，所述DSP核心板模塊(3)還連接有RS232通訊接口，三相全橋不可控整流電路模塊(4)通過導(dǎo)線依次與EMI濾波電路模塊(7 )、BUCK變換器(8 )及逆變電路模塊(9 )連接，所述三相全橋不可控整流電路模塊(4)還通過導(dǎo)線與外部的三相交流電源(10)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其特征在于，所述BUCK變換器(8)內(nèi)包含有IGBT斬波模塊(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其特征在于，所述逆變電路模塊(9)內(nèi)設(shè)有IGBT逆變電路模塊(20)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1一4任一所述的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其特征在于，所述DSP核心板模塊(3)內(nèi)設(shè)置有通過導(dǎo)線依次連接的SPWM波生成模塊(13)、智能矯正器(12)、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊(15)及電源模塊(16)，所述智能矯正器(12)內(nèi)設(shè)置有智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊(14)，所述IGBT驅(qū)動(dòng)模塊(15)通過導(dǎo)線與所述BUCK變換器(8)內(nèi)的IGBT斬波模塊(11 )，所述智能矯正器(12)內(nèi)的智能調(diào)頻和調(diào)幅控制算法模塊(14)通過導(dǎo)線與所述逆變電路模塊(9 )內(nèi)的IGBT逆變電路模塊(20 )連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其特征在于，所述LC諧振回路模塊，包括有通過導(dǎo)線串聯(lián)的高壓電抗器a (17)、高壓電抗器b (18)和容性試品測(cè)試裝置(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，其特征在于，所述容性試品測(cè)試裝置(19)包括有通過導(dǎo)線串聯(lián)連接的電容分壓器高壓臂C1和電容分壓器低壓臂C2,測(cè)試品等效電容分壓器C3與所述高壓臂電容分壓器C1和低壓臂電容分壓器C2通過導(dǎo)線并聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型公開的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源，包括有變頻電源主控器，變頻電源主控器通過導(dǎo)線連接有勵(lì)磁變壓器，勵(lì)磁變壓器通過導(dǎo)線連接有LC諧振回路模塊，LC諧振回路模塊通過導(dǎo)線與變頻電源主控器連接。本實(shí)用新型的高壓變頻串聯(lián)諧振試驗(yàn)電源不僅能快速響應(yīng)串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)自動(dòng)調(diào)頻電源終端裝置，對(duì)出廠前的高壓裝置做出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且電壓等級(jí)可達(dá)高壓、超高壓，頻率在30Hz～300Hz可調(diào)。
文檔編號(hào)G01R31/14GK203025313SQ20122068949
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者黃新波, 程文飛, 王霄寬 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)