專利名稱：基于大功率igbt的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)特高壓試驗(yàn)源，特別涉及一種基于大功率IGBT的 特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)向高壓方向的發(fā)展，以SF6為介質(zhì)的高壓輸變電設(shè)備，如斷路 器、GBS、 GIS、 SF6互感器得到廣泛應(yīng)用。在工程交接驗(yàn)收時(shí)要對(duì)這些高壓電 氣設(shè)備進(jìn)行交流耐壓實(shí)驗(yàn)。其次IEC新標(biāo)準(zhǔn)要求110KV以上電壓等級(jí)的變壓 器，新安裝投入運(yùn)行時(shí)要做局部放電實(shí)驗(yàn)。交聯(lián)電纜在城網(wǎng)工程中應(yīng)用廣泛， 考慮到累積效應(yīng)以及故障發(fā)現(xiàn)的靈敏性，要求進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。這些試驗(yàn)都 需要輸出高壓電、帶負(fù)載能力強(qiáng)、適合電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的交流電源裝置。目前是把變壓器的局部放電試驗(yàn)電源設(shè)備與用作交流耐壓試驗(yàn)電源設(shè)備分 開，變壓器局放試驗(yàn)是利用中頻發(fā)電機(jī)組給高壓試驗(yàn)變壓器勵(lì)磁。諧振耐壓裝 置主要用于高壓設(shè)備的交流耐壓試驗(yàn)，其原理大多是利用調(diào)節(jié)諧振電抗器內(nèi)部 的鐵芯間隙距離，改變電感參數(shù)與被試頻的電容實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，產(chǎn)生高壓輸出。 裝置體重龐大，維護(hù)困難，只適合試驗(yàn)大廳使用。中國(guó)專利ZL03227875.6公開 了一種高電壓試驗(yàn)用大功率變頻電源裝置，該專利中用橋式放大電路來增大裝 置的容量，但是該裝置所用的功放管很多，可靠性較差，并且損耗很大，維護(hù) 困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有高壓試驗(yàn)電源耗能大、可靠性差、成本高的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種重量輕、成本低、可靠性高的基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案是包括整流電路、控制器、大功率IGBT逆變器、 LC濾波電路、特高壓發(fā)生電路、檢測(cè)電路，所述整流電路的輸入端接三相交流 輸入，其輸出端向大功率IGBT逆變器供電，控制器產(chǎn)生大功率IGBT逆變器的 PWM控制信號(hào)，大功率IGBT逆變器輸出信號(hào)通過LC濾波器產(chǎn)生光滑的正弦 信號(hào)，再送到特高壓產(chǎn)生電路的輸入端，由特高壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生高電壓，檢測(cè) 電路檢測(cè)特高壓產(chǎn)生電路的輸出，并將檢測(cè)信號(hào)經(jīng)光纖高速傳輸?shù)娇刂破?。上述的基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源中，所述控制器產(chǎn)生的 PWM控制信號(hào)為頻率在3(K300Hz頻率可變、幅值可調(diào)的PWM控制信號(hào)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于1)本發(fā)明中采用大功率IGBT的逆變電路，每個(gè) IGBT最高承受電壓為1700V、最大電流為2400A，大大簡(jiǎn)化了電路的結(jié)構(gòu)，降 低了系統(tǒng)的成本，減少了器件的損耗，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；2)采用DSP數(shù)字 控制技術(shù)，系統(tǒng)可靠性高，基本不需要維護(hù)，可以節(jié)省大量維護(hù)費(fèi)用；3)采用 多級(jí)n型濾波器，濾波效果好，減少高頻諧波對(duì)升壓電路的影響，提高了電源 的可靠性；4)采樣信號(hào)及控制信號(hào)采用光纖電路進(jìn)行傳輸，大大減少了傳輸過 程中的干擾，提高了控制精度。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖l是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明的大功率IGBT逆變器和LC濾波電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本發(fā)明包括控制器、大功率IGBT逆變器、LC濾波電路、特高 壓發(fā)生電路、檢測(cè)電路、光纖、整流電路。三相交流電A、 B、 C輸入三相橋式 整流電路，其輸出給電容充電作為IGBT逆變電路直流側(cè)電壓源；IGBT的控制 信號(hào)是控制器發(fā)出的PWM波，PWM信號(hào)的傳輸由光纖完成；大功率IGBT逆 變器輸出頻率、幅值可變的放大信號(hào)通過LC濾波電路產(chǎn)生光滑的正弦波；然后 由特高壓電路產(chǎn)生等級(jí)可選的高壓；并由檢測(cè)電路把高壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成低壓小信 號(hào)，由無失真光纖反饋到控制器。參見圖2，圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。整流電路將輸入的交流電整流 變?yōu)橹绷麟妼?duì)大功率IGBT逆變器的直流側(cè)電容進(jìn)行充電，DSP處理器產(chǎn)生大功 率IGBT逆變器的PWM控制信號(hào)，并由光纖送到大功率IGBT逆變器，大功率IGBT逆變器輸出信號(hào)通過多級(jí)n型濾波器產(chǎn)生光滑的正弦信號(hào)，再送到特高壓產(chǎn)生電路的輸入端，由特高壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生高電壓，特高壓發(fā)生電路由勵(lì)磁變 壓器T、電阻R、電抗器L、電容C1、電容C2組成，勵(lì)磁變壓器T的輸入端接 LC濾波電路，電阻R、電抗器L、電容C1、電容C2依次串接后并接于勵(lì)磁變 壓器的輸出端。檢測(cè)電路檢測(cè)特高壓產(chǎn)生電路的輸出由變送器送到采樣電路進(jìn) 行采樣，用光纖高速傳輸?shù)紻SP處理器，DSP處理器將釆樣的電壓、電流信號(hào) 與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過專家智能收索算法調(diào)頻、調(diào)幅，發(fā)出IGBT的控制信號(hào)， 經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后送到大功率IGBT逆變器。設(shè)定值由鍵盤輸入，并在擔(dān)任人機(jī)界面 的顯示器上顯示出來。中間勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)、高壓側(cè)線圈都是多抽頭、可串 并的，利于不同等級(jí)電壓的升壓。如圖3所示，IGBT逆變電路輸出為大功率信號(hào)(可達(dá)400KW)，由LC濾 波電路濾除400HZ以上的背景諧波得到光滑、純凈的正弦波。本發(fā)明含有大功
率IGBT逆變器，為了防止功率器件關(guān)斷時(shí)間峰電壓對(duì)其的損壞、延長(zhǎng)其壽命， 采用模糊優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)了 C型緩沖電路。圖中LS為緩沖電路的等效電感，CS 為緩沖電容，DS為緩沖二極管，RS為緩沖電阻。在IGBT導(dǎo)通期間，電容被沖 至直流側(cè)電壓VCC。當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，逆變電路直流環(huán)路分布的雜散電感使其 集電極、發(fā)射極上的電壓VCE迅速上升超過緩沖電容上的電壓，緩沖二極管正 向偏置，緩沖電路開始工作，緩沖電容吸收雜散電感上的能量，減小VCE上升 的幅值。第一個(gè)尖峰電壓是由緩沖電路的雜散電感和緩沖二極管的前向?qū)ㄒ?起的，可以采用無感元件和快速二極管減小峰值電壓。第一個(gè)尖峰電壓過后， 緩沖電容開始充電，VCE再次上升，關(guān)斷過程結(jié)束時(shí)，緩沖電容上的電壓上升 到第二個(gè)峰值，然后電容通過緩沖電阻開始放電，電壓回到VCC，為下次關(guān)斷 做準(zhǔn)備。據(jù)上述分析可得到以下公式式中C為緩沖電容值，Toff為關(guān)斷時(shí)間。<formula>formula see original document page 6</formula>(2)式中IO為關(guān)斷時(shí)刻流過IGBT的電流，(2)求導(dǎo)帶入(1)中得: Ke (0 = 「cc + A褲/<formula>formula see original document page 6</formula>(3)當(dāng)〃V^-"/2時(shí)，Vce取最大值VCM: 「ca/^cc+vV^T^ 優(yōu)化問題得描述(1)關(guān)斷時(shí)IGBT上的尖峰電壓最小，即<formula>formula see original document page 6</formula> VCM為關(guān)斷時(shí)IGBT上的第二個(gè)峰值電壓，VCES為IGBT可以承受的最大正向電壓，IDA為關(guān)斷過程中流過緩沖二極管的平均電流，IDC為可選用的緩沖二極管的最大額定電流，T為IGBT開關(guān)周期。 (2)裝設(shè)的緩沖電路的投資最小，即(5)<formula>formula see original document page 7</formula>Kl 、 K2 、 K3，分別為緩沖電路的電阻、二極管、電容所對(duì)應(yīng)的單位價(jià)格 因子，f為IGBT的開關(guān)頻率，R為緩沖電阻的阻值，PR(等于電容上的能量除 以放電時(shí)間)為緩沖電阻的功率。由模糊優(yōu)化理論進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)方 法的對(duì)比如下表方法電容-(uF)二極管型號(hào)電阻值(Q)/功 (w)成本(元優(yōu)化設(shè)計(jì)1,60固35HG-24S20/751743經(jīng)驗(yàn)估算1.80RM25HG-24S(兩-并聯(lián))12/1502832總之，發(fā)明的基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源，不但適用局放 試驗(yàn)而且還適用耐壓試驗(yàn)，突破了以前的理念。還設(shè)計(jì)了以TMS320LF2407為 主芯片的DSP智能控制器，并由光纖來傳輸信號(hào)不但減小了干擾而且減輕了工 作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、增強(qiáng)了安全性，并且可以智能調(diào)頻、調(diào)幅大大提高了系統(tǒng) 的效率。
權(quán)利要求
1、一種基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源，其特征在于包括整流電路、控制器、大功率IGBT逆變器、LC濾波電路、特高壓發(fā)生電路、檢測(cè)電路，所述整流電路的輸入端接三相交流輸入，其輸出端向大功率IGBT逆變器供電，控制器產(chǎn)生大功率IGBT逆變器的PWM控制信號(hào)，大功率IGBT逆變器輸出信號(hào)通過LC濾波器產(chǎn)生光滑的正弦信號(hào)，再送到特高壓產(chǎn)生電路的輸入端，由特高壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生高電壓，檢測(cè)電路檢測(cè)特高壓產(chǎn)生電路的輸出，并將檢測(cè)信號(hào)經(jīng)光纖高速傳輸?shù)娇刂破鳌?br> 2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源， 其特征在于控制器產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)為頻率在30 300Hz頻率可變、幅值 可調(diào)的PWM控制信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源， 其特征在于所述LC濾波電路為多級(jí)n型濾波器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源， 其特征在于特高壓發(fā)生電路由勵(lì)磁變壓器、電阻(R)、電抗器(L)、電容(C1)、 電容(C2)組成，勵(lì)磁變壓器的輸入端接LC濾波電路，電阻(R)、電抗器(L)、 電容(Cl)、電容(C2)依次串接后并接于勵(lì)磁變壓器的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于大功率IGBT的特高壓調(diào)頻諧振試驗(yàn)電源，包括整流電路、控制器、大功率IGBT逆變器、LC濾波電路、特高壓發(fā)生電路、檢測(cè)電路，所述整流電路的輸入端接三相交流輸入，其輸出端向大功率IGBT逆變器供電，控制器產(chǎn)生大功率IGBT逆變器的PWM控制信號(hào)，大功率IGBT逆變器輸出信號(hào)通過LC濾波器產(chǎn)生光滑的正弦信號(hào)，再送到特高壓產(chǎn)生電路的輸入端，由特高壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生高電壓，檢測(cè)電路檢測(cè)特高壓產(chǎn)生電路的輸出，并將檢測(cè)信號(hào)經(jīng)光纖高速傳輸?shù)娇刂破?。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低、可靠性高，可分級(jí)輸出超高電壓。
文檔編號(hào)H02M5/458GK101127491SQ200710035480
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者劉定國(guó), 孫賢大, 帥智康, 徐先勇, 峰 李, 安 羅, 羅卓偉, 適 舒 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)