本實用新型屬于電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器。

背景技術(shù)：

為了保證電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，電力設(shè)備在投運前和運行過程中都要進行耐壓試驗。直流高壓發(fā)生器是對電力設(shè)備進行高壓試驗的主要設(shè)備儀器之一，主要適用于電力部門、工礦、冶金、鋼鐵等企業(yè)動力部門對氧化鋅避雷器、電力電纜、變壓器、發(fā)電機等高壓電氣設(shè)備進行直流耐壓試驗。目前直流高壓發(fā)生器原理主要是將交流電220V經(jīng)過整流、逆變、變壓器升壓、倍壓整流后得到高壓直流電。但隨著被試品容量的增大，被試品等效電容也隨之增大，在高電壓等級和被試品等效電容很大的情況下需要的試驗設(shè)備容量、體積均很大，所以傳統(tǒng)的試驗設(shè)備(如變壓器)在容量、體積、重量上都難以實現(xiàn)現(xiàn)場耐壓試驗的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器，解決了現(xiàn)有直流高壓發(fā)生器在被試品容量較大時其容量與體積不能達到現(xiàn)場耐壓試驗要求的問題。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器，包括依次連接的EMI電源濾波模塊、PFC模塊、橋式整流濾波模塊、全橋逆變模塊、串聯(lián)諧振升壓模塊、整流倍壓模塊，全橋逆變模塊輸出側(cè)電容上的電壓和電感上的電流、串聯(lián)諧振升壓模塊輸出側(cè)電感上的電流、整流倍壓模塊輸出側(cè)均接入電壓電流調(diào)理電路，電壓電流調(diào)理電路與DSP處理單元連接，DSP處理單元分別接有保護電路、驅(qū)動電路、STM顯示控制電路，STM顯示控制電路分別接有LCD顯示模塊、按鍵控制模塊，驅(qū)動電路與橋式整流濾波模塊的輸出側(cè)連接。

本實用新型的特點還在于：

STM顯示控制電路上還連接有串口打印模塊。

全橋逆變模塊的IGBT上裝有散熱片，散熱片上裝有溫度傳感器，溫度傳感器與所述DSP處理單元連接。

全橋逆變模塊采用單極性倍頻的SPWM調(diào)制方式。

本實用新型的有益效果是：本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器輸出電壓0～300kV連續(xù)可調(diào)，體積更小，重量更輕，容量更大，操作簡便，功能齊全，便于操作人員進行現(xiàn)場耐壓試驗，便于野外使用。

附圖說明

圖1是本實用新型直流高壓發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型直流高壓發(fā)生器中串聯(lián)諧振原理圖及反饋控制圖；

圖3是本實用新型直流高壓發(fā)生器中雙閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是本實用新型直流高壓發(fā)生器中掃頻升壓方式圖。

圖中，1.EMI電源濾波模塊，2.PFC模塊，3.橋式整流濾波模塊，4.全橋逆變模塊，5.串聯(lián)諧振升壓模塊，6.整流倍壓模塊，7.電壓電流調(diào)理電路，8.DSP處理單元，9.保護電路，10.驅(qū)動電路，11.STM顯示控制電路，12.LCD顯示模塊，13.串口打印模塊，14.按鍵控制模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

本實用新型一種基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次連接的EMI電源濾波模塊1、PFC模塊2、橋式整流濾波模塊3、全橋逆變模塊4、串聯(lián)諧振升壓模塊5、整流倍壓模塊6，全橋逆變模塊4采用單極性倍頻的SPWM調(diào)制方式，全橋逆變模塊4輸出側(cè)電容上的電壓和電感上的電流、串聯(lián)諧振升壓模塊5輸出側(cè)電感上的電流、整流倍壓模塊6輸出側(cè)均接入電壓電流調(diào)理電路7，電壓電流調(diào)理電路7與DSP處理單元8連接，DSP處理單元8分別接有保護電路9、驅(qū)動電路10、STM顯示控制電路11，STM顯示控制電路11分別接有LCD顯示模塊12、串口打印模塊13、按鍵控制模塊14，驅(qū)動電路10與橋式整流濾波模塊3的輸出側(cè)連接。

全橋逆變模塊4的IGBT上裝有散熱片，散熱片上裝有溫度傳感器，溫度傳感器與所述DSP處理單元8連接。

使用時，將50Hz、AC220V的交流電首先接入EMI電源濾波模塊1，后再接PFC模塊2，目的是將電網(wǎng)同直流高壓源隔離開，同時提高直流高壓源的功率因數(shù)；PFC模塊2后接單相橋式整流濾波模塊3，將AC220V交流電變?yōu)榧s300V的直流電壓；橋式整流濾波模塊3后接IGBT全橋逆變模塊4，將整流得到的300V直流電變?yōu)榻涣麟?；全橋逆變模塊4接LC串聯(lián)諧振升壓模塊5，通過調(diào)節(jié)逆變橋輸出電壓的頻率使LC串聯(lián)回路發(fā)生諧振，從而在回路的電容或電感上輸出最大值為50kV的交流電壓；串聯(lián)諧振升壓模塊5后接整流倍壓模塊6，將串聯(lián)諧振升壓模塊5得到的大電壓進行整流濾波與進一步的升壓，得到希望輸出的直流高壓電(最大值為300kV)。全橋逆變模塊4輸出側(cè)電容上的電壓和電感上的電流、串聯(lián)諧振升壓模塊5輸出側(cè)電感上的電流、整流倍壓模塊6輸出側(cè)均接入電壓電流調(diào)理電路7，電壓電流調(diào)理電路7將檢測到的電壓電流信號經(jīng)過運放電路的處理后送人AD采集芯片，后經(jīng)AD轉(zhuǎn)換送人DSP處理單元8，DSP處理單元8分別接有保護電路9、驅(qū)動電路10、STM顯示控制電路11，STM顯示控制電路11分別接有LCD顯示模塊12、串口打印模塊13、按鍵控制模塊14，驅(qū)動電路10與橋式整流濾波模塊3的輸出側(cè)連接。

本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器中全橋逆變模塊4采用單極性倍頻的SPWM調(diào)制方式實現(xiàn)對功率開關(guān)器件的控制，從而使逆變側(cè)輸出電壓頻率和幅值均可獨立調(diào)節(jié)，可通過控制調(diào)制波的頻率與幅值改變?nèi)珮蚰孀兡K4輸出電壓的幅值與頻率，從而改變輸出電壓；同時由于單極性倍頻的調(diào)制方式，在全橋逆變模塊4的輸出側(cè)得到2倍于載波頻率的輸出電壓脈沖信號，提高了諧波次數(shù)，減少了諧波含量，使得輸出電壓的紋波進一步減小。

全橋逆變模塊4的IGBT上裝有散熱片，散熱片上裝有溫度傳感器，溫度傳感器與DSP處理單元8連接，溫度傳感器用來采集散熱片的溫度傳給DSP處理單元8來調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速，當溫度高于某一閾值時，立即關(guān)斷PWM波用于IGBT的降溫。在IGBT的散熱片上安裝溫度傳感器，可以實現(xiàn)對開關(guān)管溫度的實時監(jiān)測，提高了系統(tǒng)的可靠性。

本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器中的串聯(lián)諧振升壓模塊5并沒有使用中頻或高頻變壓器，而是利用RLC串聯(lián)諧振的原理進行升壓，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，串聯(lián)諧振升壓模塊5中具體包括LC濾波電路、勵磁變壓器升壓回路與RLC串聯(lián)諧振回路。當串聯(lián)諧振升壓模塊5回路發(fā)生諧振時，諧振回路的電容或電感上的電壓Q(品質(zhì)因數(shù)，一般20～80)倍于輸入電壓，從而以較小的輸入功率得到較大的輸出電壓。串聯(lián)諧振升壓模塊5采用固定變比的勵磁變壓器將初步升壓后的交流電輸入串聯(lián)諧振模塊，縮小了直流高壓源的體積，提高了其容量，易于現(xiàn)場耐壓試驗。

本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器中采用電容電壓平均值外環(huán)電感電流瞬時值內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，實現(xiàn)對系統(tǒng)穩(wěn)定、精確地控制?？刂瓶驁D如圖3所示，圖中G_v為PI調(diào)節(jié)器，G_i為P調(diào)節(jié)器，將串聯(lián)諧振升壓模塊5中LC濾波電路中電感電流與電容電壓送入DSP處理單元8，經(jīng)過圖3控制算法的處理后與載波比較產(chǎn)生SPWM波，最后送入驅(qū)動電路10產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動IGBT全橋逆變模塊4。內(nèi)環(huán)速度快，采用比例調(diào)節(jié)器，在正弦波給定的情況下，瞬時值內(nèi)環(huán)反饋可以使輸出電壓波形更加接近正弦波，減小輸出電壓的畸變。平均值外環(huán)，采用PI調(diào)節(jié)器，速度較慢，但可以保證輸出電壓的精度，有利于掃頻時對諧振點的尋找。

本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器中采用先調(diào)頻后調(diào)壓的控制方法，在諧振點之前對頻率進行粗掃(1Hz/1s)，諧振點附近時對頻率進行細掃(0.1Hz/1s)，使得到的結(jié)果更加準確。

本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器中DSP處理單元8采用TMS320F28335，這款數(shù)字處理芯片在已有的DSP平臺上增加了浮點運算內(nèi)核，在保持原有DSP芯片優(yōu)點的同時，能夠執(zhí)行復雜的浮點運算，可以節(jié)省代碼的執(zhí)行時間和存儲空間，具有精度高，成本低，功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大等特點。

在DSP處理單元8中設(shè)有過流、過壓保護，一旦運行過程中檢測到故障信號，立即由DSP處理單元8控制保護電路9切斷動力電。

本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器中STM顯示控制電路11采用STM32F103C8T6，它通過RS232與DSP處理單元8保持實時通信，通過RS232與串口打印模塊13(打印機)通信實現(xiàn)串口打印，與LCD顯示模塊12(液晶屏)通過TTL電平進行數(shù)據(jù)的交換。系統(tǒng)上電后，初始化完畢后進入主界面，用戶通過按鍵控制模塊14按鍵控制進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置與工作方式的選擇(如圖4)，設(shè)置保存后，STM顯示控制電路11經(jīng)RS232將命令下發(fā)給DSP處理單元8。在試驗過程中，DSP處理單元8將采樣數(shù)據(jù)，包括當前的頻率、功率、電壓電流等發(fā)送至STM顯示控制電路11，STM顯示控制電路11接收到這些數(shù)據(jù)后再實時的顯示到液晶屏幕上。

本實用新型基于串聯(lián)諧振的直流高壓發(fā)生器輸出電壓0～300kV連續(xù)可調(diào)，體積更小，重量更輕，容量更大，操作簡便，功能齊全，便于操作人員進行現(xiàn)場耐壓試驗，便于野外使用，具有廣闊的市場推廣前景。