控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置制造方法
【專利摘要】控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置，以正弦曲線的電壓源形式出現(xiàn)的電源連接在耦合變壓器的輸出端；電源變壓器一次側(cè)繞組的串聯(lián)回路是以從高壓絕緣過來的導(dǎo)線穿過電源變壓器的磁環(huán)形式出現(xiàn)的；電抗器通過電源變壓器一次繞組的串聯(lián)回路連接在電源的輸出端，補償電容器直接連接在耦合變壓器的二次繞組上。從高壓絕緣過來的導(dǎo)線芯與動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的串聯(lián)閥組回路的中心點相連接，在這種情況下電源的耦合變壓器的一次與二次繞組之間的絕緣必需是相對于地的閥組最大電位。閥組元件上的基本絕緣負(fù)載由耦合變壓器承擔(dān)。從高壓絕緣過來的導(dǎo)線和電源變壓器之間電壓產(chǎn)生的局部放電水平明顯是很小的。
【專利說明】控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是在電力電子行業(yè)內(nèi)以動力電子技術(shù)為基礎(chǔ)可以作為控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置使用，比如，作為檢測可控硅構(gòu)成TSC閥組，TCSC閥組或是其它可控硅閥組的全能實驗站中控制串聯(lián)閥組的電源。
【背景技術(shù)】
[0002]【背景技術(shù)】中，專利US 7, 009, 853 B2, Int.Cl.H02M 3/335具有整流作用控制串聯(lián)動力開關(guān)高壓閥組的電源裝置，包括有:交流電源；有整流作用的電源變壓器控制每個元器件；有整流作用的電源變壓器一次側(cè)繞組是串聯(lián)回路，它是以高壓導(dǎo)線穿過有整流作用的電源變壓器磁環(huán)形式出現(xiàn)的，并且連接在交流電源的輸出端；對于每個有整流作用的電源變壓器包括有輸出電壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器由整流器組成，并且連接在有整流作用電源變壓器的二次側(cè)繞組上；還包括輸出電容器和電子開關(guān)，整流器的輸出端與電容器的輸出端相連或者是與整流器輸出端的旁路相連，電源變壓器至少有一個附加繞組，除此之外交流電源是以降壓變頻器形式出現(xiàn)的。
[0003]這個專利中有下列不足之處:使用普通的高壓電纜，設(shè)備工作電壓的上限為10-20kV。當(dāng)設(shè)備的工作電壓到20-30kV時，在高壓電纜的絕緣和有整流作用的電源變壓器的絕緣縫隙之間會產(chǎn)生局部放電，這些局部放電使高壓電纜快速老化，當(dāng)電纜擊穿時設(shè)備也會損壞。最簡單解決局部放電的方法就是增加電纜的直徑。但是沒有理由地加大具有整流作用電源變壓器的尺寸會使設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。加大電纜芯的半導(dǎo)體層也就加大了電纜的直徑，但也減弱了絕緣的電氣影響，主要表現(xiàn)在電纜的內(nèi)部。更有效地解決局部放電產(chǎn)生的高電壓可以在電纜絕緣表面進(jìn)行半導(dǎo)體涂層處理。在這種情況下每一個電源變壓器的電位在電纜表面和與之接觸的地方之間轉(zhuǎn)換，同時在電纜電介質(zhì)表面的剩余部分艱難地積累電荷到達(dá)臨界。舉例，全能實驗站在給TCR和TSC型閥組進(jìn)行實驗的時候，工作電壓的上限會達(dá)到40 kV，上述裝置在閥組使用驅(qū)動板電源的情況下就無法使用，特別是實驗過程中頻繁進(jìn)行投切。盡管實驗的持續(xù)時間并不長，但是存在由于多余的局部放電使電纜絕緣擊穿的可能性。這樣就不能保證操作人員的安全工作，并且可能使操作人員觸電。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置，該電源裝置可大大提高高壓電纜絕緣的安全和電源安全，同時大大提高了操作人員的工作安全性。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置所采用的技術(shù)方案是:
[0006]控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置，包括電源、電源變壓器、電壓調(diào)節(jié)器、驅(qū)動控制元件、串聯(lián)的可控硅閥組、電抗器、補償電容器；所述的電源為輸出正弦曲線的電壓源形式，耦合變壓器位于電源的輸出端；電源變壓器有一個或多個二次繞組，電源變壓器的一次繞組，是由一根或是多根從高壓絕緣過來的導(dǎo)線穿過所述電源變壓器的磁環(huán)而形成的；
[0007]所述的電壓調(diào)節(jié)器為多個，每個電壓調(diào)節(jié)器都包括有整流器、旁路元件、輸出電容器，所述整流器的輸入端即是電壓調(diào)節(jié)器的輸入，所述旁路元件并聯(lián)在整流器的輸入端或整流器的輸出端，所述的輸出電容器并聯(lián)在電壓調(diào)節(jié)器的輸出端；
[0008]電源變壓器的二次繞組經(jīng)過相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器和與電壓調(diào)節(jié)器相應(yīng)的驅(qū)動控制元件輸入端相連接；電抗器通過電源變壓器一次繞組的串聯(lián)回路與電源的耦合變壓器二次繞組相連接；補償電容器直接連接在耦合變壓器的二次繞組上；從高壓絕緣過來的一根導(dǎo)線芯或幾根導(dǎo)線芯與串聯(lián)動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的閥組回路中心點或近似中心點相連接。在此情況下電源的耦合變壓器一次和二次繞組之間的絕緣是相對于地的閥組最大電位。
[0009]所述電源的耦合變壓器的一次繞組和二次繞組帶有屏蔽，一次繞組的屏蔽接地，二次繞組的屏蔽與串聯(lián)動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的閥組回路中心點或近似中心點相連接。
[0010]所述電源設(shè)有電流保護(hù)裝置，電流保護(hù)裝置的輸入端連接在耦合變壓器一次繞組的屏蔽與地之間。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0012]I)本實用新型大大降低了高壓電纜絕緣上的作用電壓，從而提高了產(chǎn)生局部放電的電壓水平，實現(xiàn)了從高壓絕緣過來的導(dǎo)線芯與串聯(lián)動力半導(dǎo)體器件閥組回路的中心點相連。在這種情況之下高壓導(dǎo)線絕緣上的作用電壓減小了兩倍，閥組完整的工作電壓疊加到了耦合變壓器繞組之間的絕緣上，不難實現(xiàn)從100 kV以及更高的局部放電，比如，帶有陶瓷外殼的充油變壓器。
[0013]2)當(dāng)閥組整流時，耦合變壓器一次和二次繞組上的屏蔽消除在微秒范圍內(nèi)的匝間過電壓。閥組的整流容性電流直接地經(jīng)過耦合變壓器流到地。比如，可控硅閥組工作電壓為40 kV耦合變壓器就需要帶有陶瓷的外殼，耦合變壓器二次繞組屏蔽與地之間，一次繞組屏蔽與地之間的電容不大于50 pF,此時整流脈沖電流經(jīng)過這個電容的幅值不大于3A。當(dāng)屏蔽之間的提升電流高于允許值(在絕緣惡化的情況時)時，這個電流經(jīng)過輸入電流保護(hù)流到地，電流保護(hù)啟動連鎖并產(chǎn)生必要的切斷。耦合變壓器絕緣擊穿的可能性非常小。一旦發(fā)生這種可能，電流保護(hù)就會緊急切斷設(shè)備。在這種情況下不會對工作中的設(shè)備操作人員造成觸電。
[0014]3)電抗器和補償電容器在結(jié)構(gòu)上是放置在閥組電位上的。在網(wǎng)絡(luò)電源電壓為220V可控硅閥組電壓為40kV的情況下，經(jīng)過耦合變壓器的電流不是很大，比如，不大于5A。耦合變壓器繞組之間的絕緣在電壓上不需要特殊處理，只要比閥組上的電壓大就可以。比如，在輸電線路為110 kV的可控硅TSCS閥組而言，閥組在10 kV電壓范圍工作，而它的絕緣相對于地來說在66 kV或者110 kV。
[0015]該電源裝置可大大提高高壓電纜絕緣的安全和電源安全，同時大大提高了操作人員的工作安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型電源裝置的電氣原理圖。
[0017]圖2是電壓調(diào)節(jié)器的電氣原理圖。[0018]圖3是本實用新型電源裝置元件的布置圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0020]見圖1，控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置，包括電源I ;補償電容器2 ;電抗器3 ;從高壓絕緣過來的導(dǎo)線4 ;電源變壓器；電壓調(diào)節(jié)器；驅(qū)動控制元件；串聯(lián)的可控硅組。
[0021]所述的電源I為輸出正弦曲線的電壓源形式，耦合變壓器19位于電源I的輸出端；本實施例中，電源變壓器由多個不帶一次繞組的電流互感器5(1)，5(2)…5(2N+2)組成的，多個電流互感器的二次繞組為電源變壓器的二次繞組；電源變壓器的一次繞組，是由兩根從高壓絕緣過來的高壓電纜4 (I)和高壓電纜4 (2)穿過電源變壓器(電流互感器)的磁環(huán)而形成的。電壓調(diào)節(jié)器多個，為6(1)，6(2)…6(2N+2) (RV);驅(qū)動控制元件多個，為7(1)，7(2)...7 (2N+2) (DR);串聯(lián)的可控硅組8 (I)，8(2)...8 (2N)。電源變壓器的二次繞組經(jīng)過相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器和與電壓調(diào)節(jié)器相應(yīng)的可控硅組驅(qū)動控制元件輸入端相連接。
[0022]串聯(lián)的可控硅組8(1)，8(2)…8 (2N)，每個可控硅組都是由兩個可控硅構(gòu)成并且為正反并聯(lián)，動力可控硅正方向的為9，反方向為10，保護(hù)RC回路為11，它是并聯(lián)在動力可控硅組上的；保護(hù)電容器12和保護(hù)電容器13 ;閥基電子14 (VBE)包括兩個回路，每個回路都有串聯(lián)的光發(fā)送器，用于同時控制正方向可控娃9和反方向可控娃10,以及系統(tǒng)開關(guān)15，閥基電子14帶著串聯(lián)可控硅組8(1)，8(2)…8 (2N)通過不同的動力元件與動力網(wǎng)絡(luò)相連，在圖1 中沒有顯示。從高壓絕緣過來的導(dǎo)線4是以兩個串聯(lián)的高壓電纜4(1)和4(2)形式出現(xiàn)的，穿過電流互感器的磁環(huán)，與之對應(yīng)的標(biāo)記為5(1)，5(2)…5(N+1)和5(N+2)，5 (N+3)…5(2N+2)，作為這些電流互感器的串聯(lián)一次繞組。引出端:B和:C是高壓電纜4(1)和4(2)的導(dǎo)線芯，它們與串聯(lián)可控硅組8(1)，8(2)…8 (N)和8 (N+1)，8 (N+2)...8(2N)回路的中心點或近似中心點引出端(:F)和(:G)相連接。高壓電纜4(1)的引出端(:A)和(:B)之間連接有保護(hù)電容器12，高壓電纜4(2)的引出端(:C)和(:D)之間連接有保護(hù)電容器13。每個電流互感器5(1...2Ν+2)的二次繞組經(jīng)過對應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器6(1...2Ν+2)和對應(yīng)的驅(qū)動控制元件7(1...2Ν+2)輸入端相連接。驅(qū)動控制元件7(1)，7 (Ν+1)，7 (Ν+2)和7 (2Ν+2)是單通道的并且用于控制一個可控硅9或者10。驅(qū)動控制元件7(1)和7(Ν+2)是用于控制反方向可控硅10 (代碼b)，與之對應(yīng)的可控硅組是8 (I)和8(N+1)。驅(qū)動控制元件7(N+1)和7(2N+2)是用于控制正方向可控硅9(代碼d)，與之對應(yīng)的可控硅組是8 (N)和8 (2N)。驅(qū)動控制元件7 (2)...7 (N)，7 (N+3)...7(2N+1)是雙通道的并且用于控制、連接閥組相鄰的可控硅組9和10的陰極(正方向和反方向代碼分別為d和b)，比如8 (I)和8⑵。通常每個電壓調(diào)節(jié)器6 (1...2Ν+2)和與之對應(yīng)的驅(qū)動控制元件7 (L...2Ν+2)在結(jié)構(gòu)上是放在一個對應(yīng)的印刷電路板16(Ρ..2Ν+2)上。除此之外，在電源I高頻率的情況下當(dāng)電流互感器5(1)，5(2)…5 (2Ν+2)的尺寸較小時，每個電流互感器5 (L...2Ν+2)也可以放在印刷電路板16(1…2Ν+2)上。電源I包括開關(guān)17、耦合變壓器18、調(diào)壓器21。耦合變壓器18的一次繞組和二次繞組都設(shè)有屏蔽，一次繞組標(biāo)記為19，二次繞組標(biāo)記為20 ;調(diào)壓器21的輸入端經(jīng)過開關(guān)17與帶有為vs( Θ s)的電壓和電源網(wǎng)絡(luò)相連，調(diào)壓器21的輸出端和耦合變壓器18的一次繞組連接；電流保護(hù)裝置由電流傳感器22和門檻元件23組成(比如用調(diào)節(jié)器TL431)，耦合變壓器18的一次繞組屏蔽19經(jīng)過電流傳感器22與地相連。電源I的輸出電壓頻率可以高于電源網(wǎng)絡(luò)頻率。電抗器3經(jīng)過從高壓絕緣過來的導(dǎo)線4與電源I的耦合變壓器18的二次繞組連接。補償電容器2直接連接在耦合變壓器18的二次繞組上。電源I的耦合變壓器18 二次繞組屏蔽20通過引出端(:F)和(:G)與串聯(lián)的可控硅組8(1)，8(2)...8 (N)和8 (N+1)，8 (N+2)…8 (2N)的中心點相連。電源I門檻元件23的輸出端和系統(tǒng)開關(guān)15的輸入端相連,它的輸入端和閥基電子14聯(lián)鎖,并且正的輸出C^d2…d2N與對應(yīng)的驅(qū)動輸入通道7(2)-d…7(N+l)-d，7 (N+3) -d...7 (2N+2) _d相連，反的輸出 K，b2...b2N 與對應(yīng)的驅(qū)動輸入通道 7(1)-b …7(N)-b，7 (N+2) -b...7(2N+l)-b.相連。如圖2所示，每個電壓調(diào)節(jié)器6 (K)，K= I, 2…2N+2都是在以整流二極管24做為基礎(chǔ)實現(xiàn)功能的，整流二極管24的輸入(引出端“、’)為電壓調(diào)節(jié)器6 (K)的輸入端，旁路元件25是以三極管形式出現(xiàn)的，二極管26，寬脈沖調(diào)節(jié)器27 (PWM)和并聯(lián)在電壓調(diào)節(jié)器6(K)輸出端的輸出電容器28，其中，整流器24輸出端的正引線端“ + ”與三極管25的集電極連接并經(jīng)過二極管26與對應(yīng)的輸出電容器28的引線端相連，整流器24的負(fù)引線端和三極管25的發(fā)射極相連并與對應(yīng)的輸出電容器28的引線端連接，除此之外，寬脈沖調(diào)節(jié)器27的輸入端連接在輸出電容器28的輸出端，而它的輸出端與三極管25的基極連接。
[0023]在圖3中顯示的是當(dāng)電源I的頻率為50 Hz，N=14的情況下設(shè)備基礎(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)布置，這里除了標(biāo)注的，所有的都與圖1相對應(yīng)，所標(biāo)注的:29—油枕；30—油位指示器；31——陶瓷外殼；32——金屬底座；33——絕緣墊；34，35，36和37——支撐絕緣子。
[0024]控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置按以下方式進(jìn)行工作。電源I (圖1)在輸出端形成正弦電壓:
【權(quán)利要求】
1.控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置，其特征在于，包括電源、電源變壓器、電壓調(diào)節(jié)器、驅(qū)動控制元件、串聯(lián)的可控硅閥組、電抗器、補償電容器；所述的電源為輸出正弦曲線的電壓源形式，耦合變壓器位于電源的輸出端；電源變壓器有一個或多個二次繞組，電源變壓器的一次繞組，是由一根或是多根從高壓絕緣過來的導(dǎo)線穿過所述電源變壓器的磁環(huán)而形成的； 所述的電壓調(diào)節(jié)器為多個，每個電壓調(diào)節(jié)器都包括有整流器、旁路元件、輸出電容器，所述整流器的輸入端即是電壓調(diào)節(jié)器的輸入，所述旁路元件并聯(lián)在整流器的輸入端或整流器的輸出端，所述的輸出電容器并聯(lián)在電壓調(diào)節(jié)器的輸出端； 電源變壓器的二次繞組經(jīng)過相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)器和與電壓調(diào)節(jié)器相應(yīng)的驅(qū)動控制元件輸入端相連接；電抗器通過電源變壓器一次繞組的串聯(lián)回路與電源的耦合變壓器二次繞組相連接；補償電容器直接連接在耦合變壓器的二次繞組上；從高壓絕緣過來的一根導(dǎo)線芯或幾根導(dǎo)線芯與串聯(lián)動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的閥組回路中心點或近似中心點相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置，其特征在于，所述電源的耦合變壓器的一次繞組和二次繞組帶有屏蔽，一次繞組的屏蔽接地，二次繞組的屏蔽與串聯(lián)動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的閥組回路中心點或近似中心點相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制動力半導(dǎo)體器件構(gòu)成串聯(lián)閥組的電源裝置，其特征在于，所述電源設(shè)有電流保護(hù)裝置，電流保護(hù)裝置的輸入端連接在耦合變壓器一次繞組的屏蔽與地之間。
【文檔編號】H02M1/32GK203416172SQ201320403593
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月8日
【發(fā)明者】施多夫·亞利山大, 許蓓蓓, 張曉輝, 左強(qiáng) 申請人:榮信電力電子股份有限公司