專利名稱：等離子體避雷器高頻電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種等離子體避雷器高頻電源，屬于電子電器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)避雷技術(shù)是通過(guò)避雷針將雷引入地下，在此過(guò)程中，強(qiáng)烈的電磁輻射可能毀壞室內(nèi)的微電子設(shè)備，導(dǎo)致越來(lái)越普及的電腦、家電、信息、智能化設(shè)施等現(xiàn)代化儀器設(shè)備受雷害日趨嚴(yán)重。等離子體避雷技術(shù)不僅能保護(hù)房屋，而且能抗電磁輻射，保護(hù)室內(nèi)微電子設(shè)備，是新一代的主動(dòng)防雷技術(shù)。該技術(shù)適用于地面、海面及空中的固定或移動(dòng)目標(biāo)，功能是保護(hù)目標(biāo)本身及其內(nèi)部微電子設(shè)備免遭雷擊損害。
等離子體由高頻電源和等離子體發(fā)生器產(chǎn)生。傳統(tǒng)的大功率高壓電源使用工頻變壓器升壓，電路簡(jiǎn)單，但頻率低，體積、重量大，且紋波、穩(wěn)定性不能令人滿意。隨著科學(xué)的發(fā)展及技術(shù)的進(jìn)步，在電力電子學(xué)飛速發(fā)展的條件下，采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，使高壓電源高頻化是一個(gè)趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)小功率高頻低壓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)成熟，而大功率高頻高壓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)還處于摸索階段，現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的大功率高頻高壓開(kāi)關(guān)電源一般采用PWM技術(shù)，開(kāi)關(guān)頻率受器件性能限制只能達(dá)到20KHz，開(kāi)關(guān)的損耗隨著頻率增大成比例增加，也限制了頻率的進(jìn)一步增大。
實(shí)用新型內(nèi)容為提高開(kāi)關(guān)頻率，降低開(kāi)關(guān)損耗，減小電源體積，本實(shí)用新型將高頻多諧振開(kāi)關(guān)變流技術(shù)引入到高壓電源中，采用準(zhǔn)諧振電流過(guò)零的軟關(guān)斷技術(shù)，有效地降低伴隨著高頻化帶來(lái)的損耗，突破大功率IGBT模塊的20kHz頻率限制，將頻率提升到100kHz，進(jìn)一步減小裝置體積，精心設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)和擊穿短路自保護(hù)功能，大大提高裝置的可靠性，目的是為等離子體避雷系統(tǒng)提供實(shí)用、可靠的高頻電源。
本實(shí)用新型包括交流輸入、初級(jí)整流系統(tǒng)、軟啟動(dòng)部分、高頻逆變系統(tǒng)和高頻高壓變壓器等部件。
交流輸入部分由開(kāi)關(guān)、熔斷器、壓敏電阻、接觸器、繼電器CTR常閉接點(diǎn)和繼電器RYD的常開(kāi)接點(diǎn)組成，其中常閉接點(diǎn)與常開(kāi)接點(diǎn)并聯(lián)，再與接觸器的線圈串聯(lián)，然后接到電源上。
初級(jí)整流系統(tǒng)由三相可控整流橋和濾波電容組成，其中濾波電容和串聯(lián)，然后連接到母線上。
軟啟動(dòng)部分由限流電阻、濾波電容、短路接觸器、供電繼電器、控制繼電器、整流橋、充電電阻、充放電電容和放電電阻組成。其中供電繼電器的線圈與接觸器的線圈并聯(lián)，整流橋與充電電阻相連，充電電阻與充放電電容相連，放電電阻與常閉接點(diǎn)相連，與充放電電容并聯(lián)，與控制繼電器的線圈并聯(lián)，控制繼電器的線圈與常開(kāi)接點(diǎn)相連，常開(kāi)接點(diǎn)與短路接觸器的線圈相連，常開(kāi)接點(diǎn)與限流電阻并聯(lián)，兩端分別與整流橋正端和濾波電容相連。濾波電容E1和E2串聯(lián)，然后連接到母線上。
高頻逆變系統(tǒng)由逆變橋、諧振電容和高頻高壓變壓器漏感組成，其中諧振電容的一端與開(kāi)關(guān)管的E極、開(kāi)關(guān)管的C極相連，另一端與高頻高壓變壓器的原邊相連，高頻高壓變壓器漏感與開(kāi)關(guān)管的E極、開(kāi)關(guān)管的C極相連。
高頻高壓變壓器部分由鐵心、繞在其上的初、次級(jí)線圈、電流互感器和高頻高壓分壓器組成，高頻高壓分壓器與次級(jí)線圈并聯(lián)，電流互感器穿在次級(jí)線圈回路中。高頻高壓變壓器的初級(jí)線圈的匝數(shù)為幾十匝，線徑為毫米級(jí)，次級(jí)線圈的匝數(shù)為幾百匝，線徑為微米級(jí)。


圖1是本實(shí)用新型電源的框圖。
圖2是本實(shí)用新型電源的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
參見(jiàn)附圖1，本實(shí)用新型的等離子體避雷器高頻電源包括交流輸入1，初級(jí)整流系統(tǒng)2，軟啟動(dòng)部分3，高頻逆變系統(tǒng)4和高頻高壓變壓器5。
如附圖2，交流輸入1由開(kāi)關(guān)SW2、熔斷器fuse1、fuse2、fuse3、壓敏電阻R4、R5、R6、接觸器CPW、繼電器常閉接點(diǎn)CTR2和繼電器常開(kāi)接點(diǎn)RYD2組成。其中常閉接點(diǎn)CTR2與常開(kāi)接點(diǎn)RYD2并聯(lián)，再與接觸器CPW的線圈串聯(lián)，然后接到電源上。
為防止因輸入電壓過(guò)高或電網(wǎng)發(fā)生故障產(chǎn)生超高電壓帶來(lái)的危害，本實(shí)用新型采用壓敏電阻R4、R5、R6與熔斷器Fuse1、Fuse2、Fuse3配合的保護(hù)方式，一旦相間電壓超壓到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，壓敏電阻即刻導(dǎo)通，很大的短路電流將熔斷器快速熔斷，起到過(guò)壓保護(hù)作用，同時(shí)壓敏電阻也起到了限制浪涌電壓的作用，若本電源發(fā)生故障或負(fù)載過(guò)重造成輸入電流很大時(shí)，熔斷器也會(huì)快速熔斷，對(duì)電源的內(nèi)部起到過(guò)流保護(hù)作用。
為防止短路接觸器CTR失靈導(dǎo)致過(guò)流故障，本實(shí)用新型采用常閉接點(diǎn)CTR2與常開(kāi)接點(diǎn)RYD2并聯(lián)，再與接觸器CPW的線圈串聯(lián)，然后接到電源上的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了僅當(dāng)短路接觸器CTR狀態(tài)正常時(shí)才能上電的保護(hù)功能。
初級(jí)整流系統(tǒng)2和軟啟動(dòng)部分3由三相整流橋、限流電阻R1、濾波電容E1、E2、短路接觸器CTR、供電繼電器RYA、控制繼電器RYD、單相整流橋、充電電阻R2、充放電電容E3和放電電阻R3組成。其中供電繼電器RYA的線圈與接觸器CPW的線圈并聯(lián)，整流橋與充電電阻R2相連，充電電阻R2與充放電電容E3相連，放電電阻R3與常閉接點(diǎn)RYA2相連，與充放電電容E3并聯(lián)，與控制繼電器RYD的線圈并聯(lián)，控制繼電器RYD的線圈與常開(kāi)接點(diǎn)RYA1相連，常開(kāi)接點(diǎn)RYD1與短路接觸器CTR的線圈相連，常開(kāi)接點(diǎn)CTR1與限流電阻并聯(lián)，兩端分別與整流橋正端和濾波電容E1相連，濾波電容E1和E2串聯(lián)，然后連接到母線上。市電經(jīng)三相整流橋后，輸出脈動(dòng)直流，進(jìn)入限流電阻R1和常開(kāi)接點(diǎn)CTR1組成的并聯(lián)回路，初始上電時(shí)，常開(kāi)接點(diǎn)CTR1開(kāi)路，電流經(jīng)限流電阻R1向?yàn)V波電容E1、E2充電，與此同時(shí)，供電繼電器RYA線圈上電，常開(kāi)節(jié)點(diǎn)RYA1和RYA2閉合，電源通過(guò)單相整流橋后，經(jīng)充電電阻R2向充放電電容E3充電，一段很短的時(shí)間后，E3上電壓達(dá)到控制繼電器RYD線圈的閾值，常開(kāi)接點(diǎn)RYD1閉合，使短路接觸器CTR線圈上電，常開(kāi)接點(diǎn)CTR1閉合，市電經(jīng)三相整流橋后，直接向?yàn)V波電容E1、E2充電，這種設(shè)計(jì)不僅抑制了剛接通電源時(shí)涌浪電流對(duì)三相整流橋、濾波電容和功率開(kāi)關(guān)管等器件的沖擊，而且通過(guò)及時(shí)短接限流電阻R1，減小了損耗。斷電后，充放電電容E3經(jīng)放電電阻R3放電，為下次啟動(dòng)做準(zhǔn)備。
高頻逆變系統(tǒng)4由逆變橋、諧振電容和高頻高壓變壓器漏感組成。其中諧振電容C8的一端與開(kāi)關(guān)管IGBT1的E極、開(kāi)關(guān)管IGBT3的C極相連，另一端與高頻高壓變壓器的原邊相連，高頻高壓變壓器漏感L1與開(kāi)關(guān)管IGBT2的E極、開(kāi)關(guān)管IGBT4的C極相連。逆變系統(tǒng)采用串聯(lián)諧振工作方式，根據(jù)負(fù)載參數(shù)，設(shè)計(jì)諧振電容C8和高頻高壓變壓器漏感L1參數(shù)，使得高頻高壓變壓器開(kāi)路和短路時(shí)，輸出的電壓都很小，因此回路具有固有的開(kāi)路和短路保護(hù)功能。高頻高壓變壓器5由鐵心、繞在其上的初、次級(jí)線圈、電流互感器和高頻高壓分壓器組成，其中初級(jí)線圈的匝數(shù)為幾十匝，線徑為毫米級(jí)，次級(jí)線圈的匝數(shù)為幾百匝，線徑為微米級(jí)，高頻高壓分壓器與次級(jí)線圈并聯(lián)，電流互感器穿在次級(jí)線圈回路中，可外接示波器觀察輸出電壓和電流波形。
如圖2所示本實(shí)施例中電源參數(shù)為輸出電壓20～50KV，頻率達(dá)到100KHz，輸出功率3KW，效率80％。
本實(shí)用新型的等離子體避雷器高頻電源具有以下特點(diǎn)1、功率大輸出功率可達(dá)數(shù)千瓦和幾十千瓦。
2、頻率高頻率可在10～100KHz連續(xù)可調(diào)。
3、體積小(＜0.8m3)、重量輕。
4、響應(yīng)快、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、壽命長(zhǎng)具有固有開(kāi)路和短路保護(hù)、軟啟動(dòng)功能。
本實(shí)用新型可應(yīng)用于等離子體避雷系統(tǒng)和臭氧發(fā)生器系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.一種等離子體避雷器高頻電源，其特征在于包括交流輸入、初級(jí)整流系統(tǒng)、軟啟動(dòng)部分、高頻逆變系統(tǒng)和高頻高壓變壓器；交流輸入部分由開(kāi)關(guān)[SW2]、熔斷器[fuse1]、[fuse2]、[fuse3]、壓敏電阻[R4]、[R5]、[R6]、接觸器[CPW]、繼電器常閉接點(diǎn)[CTR2]和繼電器常開(kāi)接點(diǎn)[RYD2]組成，其中常閉接點(diǎn)[CTR2]與常開(kāi)接點(diǎn)[RYD2]并聯(lián)，再與接觸器[CPW]的線圈串聯(lián)，然后接到電源上；初級(jí)整流系統(tǒng)由三相可控整流橋和濾波電容[E1]、[E2]組成，其中濾波電容[E1]和[E2]串聯(lián)，然后連接到母線上；軟啟動(dòng)部分由限流電阻[R1]、濾波電容[E1]、[E2]、短路接觸器[CTR]、供電繼電器[RYA]、控制繼電器[RYD]、整流橋[BRIDGE1]、充電電阻[R2]、充放電電容[E3]和放電電阻[R3]組成；其中供電繼電器[RYA]的線圈與接觸器[CPW]的線圈并聯(lián)，整流橋[BRIDGE1]充電電阻[R2]相連，充電電阻[R2]與充放電電容[E3]相連，放電電阻[R3]與常閉接點(diǎn)[RYA2]相連，與充放電電容[E3]并聯(lián)，與控制繼電器[RYD]的線圈并聯(lián)，控制繼電器[RYD]的線圈與常開(kāi)接點(diǎn)[RTA1]相連，常開(kāi)接點(diǎn)[RYD1]與短路接觸器[CTR]的線圈相連，常開(kāi)接點(diǎn)[CTR1]與限流電阻并聯(lián)，兩端分別與整流橋正端和濾波電容[E1]相連，濾波電容E1和E2串聯(lián)，然后連接到母線上；高頻逆變系統(tǒng)由逆變橋、諧振電容[C8]和高頻高壓變壓器漏感[L1]組成；其中諧振電容[C8]的一端與開(kāi)關(guān)管[lGBT1]的E極、開(kāi)關(guān)管[IGBT3]的C極相連，另一端與高頻高壓變壓器的原邊相連，高頻高壓變壓器漏感[L1]與開(kāi)關(guān)管[IGBT2]的E極、開(kāi)關(guān)管[IGBT4]的C極相連；高頻高壓變壓器由鐵心、繞在其上的初、次級(jí)線圈、電流互感器和高頻高壓分壓器組成，高頻高壓分壓器與次級(jí)線圈并聯(lián)，電流互感器穿在次級(jí)線圈回路中。
2.按照權(quán)利要求1所述的高頻電源，其特征在于所述的高頻高壓變壓器的初級(jí)線圈的匝數(shù)為幾十匝，線徑為毫米級(jí)，次級(jí)線圈的匝數(shù)為幾百匝，線徑為微米級(jí)。
專利摘要一種等離子體避雷器高頻電源，包括交流輸入、初級(jí)整流系統(tǒng)、高頻逆變系統(tǒng)和高頻高壓變壓器，其特征在于具有軟啟動(dòng)部分、串聯(lián)諧振工作的逆變器和高頻高壓變壓器。它引入了軟關(guān)斷技術(shù)，逆變器工作頻率突破功率器件的開(kāi)關(guān)頻率上限20KHz，實(shí)現(xiàn)工作頻率10～100KHz連續(xù)可調(diào)，逆變器具有固有短路保護(hù)能力，工作更加安全可靠，電源輸出電壓可達(dá)數(shù)千伏和數(shù)萬(wàn)伏以上，輸出功率可達(dá)數(shù)千瓦和幾十千瓦。
文檔編號(hào)H02M5/00GK2657277SQ0326601
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者彭燕昌, 嚴(yán)萍, 舒立, 孫廣生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所