專利名稱：電站(廠)直流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變電站、發(fā)電廠用直流電源裝置。
目前運(yùn)行在電力系統(tǒng)電站、電廠的各種直流電源含有交流、脈沖等多種成份，用它充電給蓄電池帶來(lái)極大的破壞性；特別是可控硅的應(yīng)用，給電力網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，且不適用于高頻等繼電保護(hù)裝置；目前電力系統(tǒng)電站(廠)采用的各制式直流電源，電能的有效利用率均在50％以下，對(duì)能源的浪費(fèi)嚴(yán)重。
本實(shí)用新型的目的，就是填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，減小電站(廠)直流電源的紋波系數(shù)，降低能源損耗，降低對(duì)電力網(wǎng)的污染，提高直流電源穩(wěn)定度，提高電源的可靠性。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)其主電路、中央處理及保護(hù)中心(簡(jiǎn)稱中保器)和輔助電源等三支電路來(lái)完成1.主電路3×380伏交流經(jīng)變壓器(BYQ)到整流橋(QS)進(jìn)行整流，然后經(jīng)電感(L0)和電容(C0)濾波后得到相應(yīng)的直流電壓UZ，完成了第一次交流→直流的轉(zhuǎn)換。
電力電子新器件絕緣柵雙極晶體管(簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)管)N1、N2、N3、N4和二極管N1、N2、N3、N4分別并聯(lián)后，按照全橋原理組成全橋式功率轉(zhuǎn)換器(BR)，按對(duì)角線位置(N1和N3，N2和N4)分別在中保器(CC)提供的兩組相位差為180°且占空比可調(diào)的方波驅(qū)動(dòng)下輪流導(dǎo)通和截止，將直流電壓UZ變換為高頻方波。抗不平衡電容(C2)與高頻開(kāi)關(guān)變壓器(T1)一次側(cè)串聯(lián)后，接在開(kāi)關(guān)管(N1，N2)的發(fā)射極之間(同時(shí)也就是N4，N3的集電極之間)，高頻方波借此耦合到變壓器(T1)的二次側(cè)。
變壓器(T1)二次側(cè)主繞組與二極管(D5，D6)、電感(L1)和電容(C1)以及電流表(M2)，電壓表(M1)組成高頻全波整流濾波回路輸出直流電源，并指示負(fù)載電流和輸出電壓，完成了第二次交流(方波)→直流的轉(zhuǎn)換。
2.變壓器(T1)二次側(cè)的電壓采樣繞組(C+，GND)和電流互感器(H)副繞組電阻(R0)兩端的電流采樣信號(hào)(I+，GND)接入中保器(CC)。中保器(CC)主要提供主電路中全橋式功率轉(zhuǎn)換器(BR)所需的一對(duì)相位差為180°的方波驅(qū)動(dòng)電壓，并具備軟啟動(dòng)、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、穩(wěn)壓、限流、和開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)顯示等功能。具體來(lái)說(shuō)從變壓器(T1)送來(lái)的采樣信號(hào)(C+，GND)經(jīng)二極管(D7)和電容(C4)半波整流濾波后由電位器(V1)的動(dòng)觸點(diǎn)送入中保器(I1)的1、7腳，從電流互感器(H)送來(lái)的電流信號(hào)(I+，GND)經(jīng)二極管(D9)和電容(C6)半波整流濾波后由電位器(V2)的動(dòng)觸點(diǎn)送入中保器(I1)的2腳；在中保器(I1)的輸出腳9、10得到一對(duì)占空比相同、相位差為180°占空比被電壓、電流信號(hào)雙調(diào)制的方波E、F。以其中E到全橋之一臂的驅(qū)動(dòng)保護(hù)框(Y1)來(lái)說(shuō)明其工作過(guò)程電容(C5)和電阻(R2)構(gòu)成觸發(fā)器(I4)的上電觸發(fā)電路，以便在本實(shí)用新型接通交流電源時(shí)使驅(qū)動(dòng)器能夠正常輸出；驅(qū)動(dòng)器(I2)的6腳經(jīng)二極管接到主電路中開(kāi)關(guān)管(N1)的集電極(G1)以檢測(cè)主電路的過(guò)流或短路信號(hào)，檢測(cè)到的過(guò)流、短路信號(hào)由驅(qū)動(dòng)器(I2)的2腳經(jīng)電阻(R3)限流、光耦(I3)隔離送到觸發(fā)器(I4)的R1腳；觸發(fā)器(I4)的輸出腳Q1經(jīng)與門(I5)和發(fā)光二極管(LED)接地，構(gòu)成開(kāi)關(guān)管(N1)的過(guò)流顯示電路；同時(shí)，觸發(fā)器(I4)的輸出腳Q1和其它框(Y2，Y3，Y4)中對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器輸出腳Q2、Q3、Q4一起經(jīng)四與門(I6)相與后，由其1腳接至與門(I7)的輸入腳，用以確定封鎖或打開(kāi)與門；來(lái)自中央處理器(I1)10腳輸出的矩形波E，和四與門(I6)的輸出腳1一起經(jīng)與門(I7)相與后，通過(guò)限流電阻(R4)送入驅(qū)動(dòng)器(I2)的15腳。驅(qū)動(dòng)器(I2)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行隔離放大后，由1、3腳輸出矩形驅(qū)動(dòng)波以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管(N1)。驅(qū)動(dòng)器(I2)的3腳經(jīng)電阻(R5)接至開(kāi)關(guān)管(N1)的柵極(G2)；其1腳接至開(kāi)關(guān)管(N1)的發(fā)射極(G1)，而兩個(gè)反串穩(wěn)壓管(Z1，Z2)和電阻(R6)并連接在開(kāi)關(guān)管(N1)的柵極(G2)和發(fā)射極(G3)之間，用以保護(hù)開(kāi)關(guān)管本身。以上僅是全橋電路一臂的控制，其它三臂與此類同。
3.輔助電路用于向中保器(CC)提供五組相互獨(dú)立的直流電源其中一組提供+12V直流電源給中央處理器；另外四組分別為四個(gè)驅(qū)動(dòng)器提供+20V直流電源。因?yàn)檫@些供電電路都是經(jīng)典電路，而且芯片供電腳也是通用的，故在圖中略。
本實(shí)用新型與電網(wǎng)的連接3×380V/50Hz(60Hz)電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)開(kāi)關(guān)至主電路的A、B、C、N處，N接中性線，接線簡(jiǎn)單。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于使用電力電子新器件——絕緣柵雙極晶體管，采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓方式作為電站(廠)直流系統(tǒng)的主、輔電源。具體來(lái)說(shuō)①.本實(shí)用新型主電路采用了全橋開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓、穩(wěn)流方式，具有體積小、重量輕、發(fā)熱少、效率高、紋波較小等優(yōu)點(diǎn)；②.本實(shí)用新型采用了新型電力電子器件——絕緣柵雙極晶體管作為功率轉(zhuǎn)換器件，它集達(dá)林頓管的低飽和壓降和場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制特性于一身，為本實(shí)用新型的可靠性和優(yōu)越性提供了保證；③.本實(shí)用新型可在模式不變的情況下，通過(guò)改變主電路元器件的參數(shù)，可輸出不同的電壓和功率，實(shí)現(xiàn)電源系列化；④.本實(shí)用新型應(yīng)用了新型驅(qū)動(dòng)器(I2)，當(dāng)主電路發(fā)生過(guò)流、短路時(shí)，它能在10微秒內(nèi)以慢關(guān)斷方式使主電路停止工作，從而有效地保護(hù)功率器件。
附圖的圖面說(shuō)明如下附

圖1是本實(shí)用新型的電氣主接線圖。變壓器(BYQ)、整流橋(QS)、電感(L0)、電容(C0)組成三相整流濾波電路；絕緣柵雙極晶體管(N1，N2，N3，N4)、二極管(D1，D2，D3，D4)、電容(C2)、變壓器(T1)組成全橋式功率轉(zhuǎn)換器(BR)；二極管(D5，D6)、電感(L1)和電容(C1)組成高頻全波整流濾波回路；電流互感器(H)和電阻(R0)組成中保器(CC)的電流采樣回路(I+，GND)，變壓器(T1)的附繞組組成中保器(CC)的電壓采樣回路(C+，GND)，中保器(CC)是采樣、控制、保護(hù)中心，并附有電壓表(M1)、電流表(M2)等顯示儀表。
附圖2是本實(shí)用新型中保器(CC)的接線圖分圖之一。電壓采集信號(hào)(C+、GND)和電流采集信號(hào)(I+、GND)、二極管(D7、D9)、電容(C4、C6)、電位器(V1、V2)和中央處理器(I1)組成采樣、處理電路，矩形波(E，F(xiàn))輸出到附圖3。
附圖3是本實(shí)用新型中保器(CC)的接線圖分圖之二。電容(C5)、電阻(R2)組成觸發(fā)器(I4)的上電復(fù)位電路；二極管(D8)、驅(qū)動(dòng)器(I2)、電阻(R3)、光耦(I3)構(gòu)成過(guò)流、短路檢測(cè)電路；觸發(fā)器(I4)、電阻(R1)和與門(I5)、發(fā)光二極管(LED)一起組成主電路故障檢測(cè)顯示電路；與門(I6)和與門(I7)、電阻(R4)組成主電路保護(hù)關(guān)斷執(zhí)行電路；而電阻(R5，R6)、穩(wěn)壓管(Z1，Z2)用于保護(hù)開(kāi)關(guān)管本身。G1G2G3輸出到附圖1的全橋式功率轉(zhuǎn)換器(BR)。
附圖4是本實(shí)用新型中保器(CC)的接線圖分圖之三。驅(qū)動(dòng)保護(hù)框(Y2，Y3，Y4)與Y1結(jié)構(gòu)相同，它們一起構(gòu)成主電路的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路。
附圖5是本實(shí)用新型殼體的正面圖。1是控制部分電源的開(kāi)關(guān)；2是輸出電壓調(diào)節(jié)旋鈕；3是功率器件運(yùn)行顯示，4是輸出直流電流指示表，5是輸出直流電壓指示表，6是本電源系統(tǒng)的銘牌。
附圖6是本實(shí)用新型殼體的背面圖。7是四線三相交流輸入接線柱，8是全橋功率轉(zhuǎn)換器(BR)的散熱器，9是直流輸出接線柱。
以下結(jié)合附圖，對(duì)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的最佳實(shí)施方案，作進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型是專為電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電站(廠)用直流電源裝置，它和蓄電池組合，配以適當(dāng)?shù)目刂苹芈方M成電站(廠)用直流電源系統(tǒng)。其輸入直接取用3×380V交流電源，輸出在220～280伏電壓范圍內(nèi)可任意設(shè)定的直流電壓，其最大電流值可在0～50A任意設(shè)定。
當(dāng)接通交流輸入時(shí)，三相交流電經(jīng)隔離變壓器(BYQ)到整流橋(QS)進(jìn)行三相整流，然后經(jīng)電感(L0)和電容(C0)的濾波后得到相應(yīng)的直流整流電壓UZ，以供變換之用。同時(shí)，方波E，F(xiàn)的占空比也從無(wú)到有，從小到大，即實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)。中保器(CC)的觸發(fā)器(以Y1框?yàn)槔?上電復(fù)位，輸出Q1和其它各路的Q2、Q3、Q4一齊為高，將與門(I7)打開(kāi)，使得控制波形E順利通過(guò)，將波形信號(hào)送到驅(qū)動(dòng)器(I2)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器(I2)的隔離放大由1、3腳輸出矩形驅(qū)動(dòng)波以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管(N1)交替地通斷，同時(shí)發(fā)光二極管(LED)顯示電路運(yùn)行情況。與此同時(shí)Y2、Y3、Y4框有著類似的工作狀態(tài)。如此當(dāng)E波形輸出為高時(shí)，經(jīng)隔離放大驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管N1和N3開(kāi)通，電流回路為直流整流電壓UZ正極→N1→C2→T1→N3→UZ負(fù)極，而此時(shí)F波形輸出為低而使開(kāi)關(guān)管N2和N4截?cái)啵幌鄳?yīng)地當(dāng)F波形輸出為高而E為低時(shí)，開(kāi)關(guān)管N2和N4開(kāi)通，N1和N3斷開(kāi)，電流回路為直流整流電壓UZ正極→N2→T1→C2→N4→UZ負(fù)極。如此交替反復(fù)，在高頻開(kāi)關(guān)變壓器(T1)次級(jí)感應(yīng)出高頻方波，經(jīng)二極管(D5、D6)和電感(L1)和電容(C1)整流濾波后穩(wěn)定地輸出直流電，調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)旋鈕(V1)使其輸出達(dá)到設(shè)定值，電流表(M2)和電壓表(M1)隨時(shí)顯示著當(dāng)前輸出的直流電流、電壓值。當(dāng)電網(wǎng)電壓升高或者負(fù)載減小而引起輸出偏高于設(shè)定值時(shí)，電壓采樣(C+，GND)經(jīng)整流分壓由電位器(V1)的動(dòng)觸頭送入中央處理器(I1)的電壓也偏大，經(jīng)中央處理器(I1)輸出的E，F(xiàn)波形占空比則相應(yīng)變小，從而使直流輸出有所下降；而當(dāng)電網(wǎng)電壓降低或者負(fù)載加大而引起輸出偏低于設(shè)定值時(shí)，則波形E、F占空比相應(yīng)增大，使直流輸出有所上升，從而使輸出電壓一直穩(wěn)定在設(shè)定值上。
當(dāng)負(fù)載短路時(shí)或者運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生短路故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)器(例如I2)的2、5腳送來(lái)檢測(cè)信號(hào)使觸發(fā)器(I5)輸出置0，從而封鎖控制波形E、F到達(dá)所有的驅(qū)動(dòng)器，因此驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉所有的開(kāi)關(guān)管(N1，N2，N3，N4)，切斷主電路輸出，同時(shí)對(duì)應(yīng)故障臂的發(fā)光二極管(LED)熄滅，以顯示電路有故障。故障排除后，重新啟動(dòng)控制電源，恢復(fù)正常運(yùn)行。
當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象時(shí)，電流互感器(H)副繞組電阻(R0)兩端送來(lái)的電流采樣(I+，GND)經(jīng)二極管(D9)、電容(C6)整流濾波、電位器(V2)分壓送入中央處理器(I1)2腳的電壓高過(guò)電位器(V2)送入1腳的電壓，控制中央處理器(I1)輸出波形的占空比減小，從而使得直流輸出電壓降低以達(dá)到限制電流在設(shè)定值的目地。過(guò)流現(xiàn)象消失后，送入中央處理器(I1)1腳的電壓高過(guò)電位器(V1)送入2腳的電流信號(hào)，限流作用消失，穩(wěn)壓作用重新起作用，直流輸出依然穩(wěn)定在設(shè)定電壓值上。
權(quán)利要求1.一種電站(廠)直流電源裝置，由整流濾波器、全橋式功率轉(zhuǎn)換器、高頻開(kāi)關(guān)變壓器、高頻整流濾波器和中央處理及保護(hù)中心(簡(jiǎn)稱中保器)等組成，其特征是①.低壓電網(wǎng)的三相交流電經(jīng)變壓器(BYQ)和整流橋(QS)后，正極經(jīng)電感(L0)與絕緣柵雙極晶體管(簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)管)(N1，N2)的集電極相連，負(fù)極與開(kāi)關(guān)管(N4，N3)的發(fā)射極相連，開(kāi)關(guān)管(N1)的發(fā)射極與開(kāi)關(guān)管(N4)的集電極連接后經(jīng)電容(C2)、穿電流互感器(H)、變壓器(T1)的一次側(cè)與開(kāi)關(guān)管(N2)的發(fā)射極、開(kāi)關(guān)管(N3)的集電極共同連在一起，四個(gè)二極管(D1，D2，D3，D4)分別并聯(lián)在相應(yīng)開(kāi)關(guān)管(N1，N2，N3，N4)集電極和發(fā)射極之間，電流互感器(H)的副繞組(I+，GND)和電阻(R0)并聯(lián)后接中保器(CC)，變壓器(T1)的二次側(cè)有兩個(gè)繞組，主繞組和二極管(D5，D6)相連，經(jīng)電感(L1)、電流表(M2)后輸出(U0+)，其中心抽頭輸出(U0-)，電容(C1)和電壓表(M1)并聯(lián)后接在(Uo+)和(Uo-)兩個(gè)輸出極之間；附繞組的兩極(C+，GND)接中保器(CC)，中保器(CC)腳(G1—G12)分別接至相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)(G1—G12)；②.中保器(CC)的(C+，GND)端經(jīng)二極管(D7)與電容(C4)、電位器(V1)并聯(lián)，由電位器(V1)動(dòng)觸頭接入中央處理器(I1)的1、7腳；電流互感器(H)副繞組的(I+，GND)端經(jīng)二極管(D9)與電容(C6)、電位器(V2)并聯(lián)，由電位器(V2)動(dòng)觸頭接中央處理器(I1)的2腳；中央處理器(I1)的E、F分別接結(jié)構(gòu)完全相同的驅(qū)動(dòng)保護(hù)框(Y1，Y3和Y2，Y4)；③.驅(qū)動(dòng)保護(hù)框Y1為電容(C5)和電阻(R2)接在+12V和地之間；驅(qū)動(dòng)器(I2)經(jīng)電阻(R3)、光耦(I3)接到觸發(fā)器(I4)的R1腳；觸發(fā)器(I4)的Q1腳經(jīng)與門(I5)和發(fā)光二極管(LED)并接地，同時(shí)Q1腳還和其它驅(qū)動(dòng)保護(hù)框(Y2，Y3，Y4)中對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器的Q2、Q3、Q4腳一起接入四與門(I6)，其1腳和中央處理器(I1)的E分別接與門(I7)的5、6腳，與門(I7)的4腳經(jīng)電阻(R4)接驅(qū)動(dòng)器(I2)的15腳，觸發(fā)器(I4)的R1腳經(jīng)電阻(R1)接地；驅(qū)動(dòng)器(I2)的6腳經(jīng)二極管(D8)接開(kāi)關(guān)管(N1)的集電極(G1)，3腳經(jīng)電阻(R5)接開(kāi)關(guān)管(N1)的柵極(G2)，1腳接開(kāi)關(guān)管(N1)的發(fā)射極(G3)，反串穩(wěn)壓管(Z1，Z2)和電阻(R6)并聯(lián)接在開(kāi)關(guān)管(N1)的柵極(G2)和發(fā)射極(G3)之間，驅(qū)動(dòng)保護(hù)框Y2、Y3、Y4的連接與Y1類同。
專利摘要本實(shí)用新型電站(廠)直流電源，接入三相交流電后即能安全穩(wěn)定地連續(xù)輸出設(shè)定的大功率直流電源，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流雙功能并無(wú)間隔自動(dòng)切換，完善的過(guò)流限流保護(hù)功能，短路故障時(shí)能在10微秒的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出來(lái)并以慢關(guān)斷方式中斷輸出并在面板上顯示故障，完好地保護(hù)本機(jī)和負(fù)載；通過(guò)改變主電路元件參數(shù)，可輸出不同等級(jí)的功率；新電路和新功率模塊使得它體積小、效率高。它適用于電站(廠)，供控制等母線之用，同時(shí)為其配套蓄電池充電。
文檔編號(hào)G05F1/12GK2222374SQ9424832
公開(kāi)日1996年3月13日 申請(qǐng)日期1994年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月22日
發(fā)明者王五四, 張毅, 張泱淵 申請(qǐng)人:山西省運(yùn)城地區(qū)電業(yè)局