本發(fā)明涉及一種用于絕緣檢測的雙極性脈沖電源，具體屬于脈沖電源領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

變頻器輸出的波形具有快速上升/下降沿、高重復(fù)頻率及幅值，給變頻條件下的絕緣帶來新的問題，絕緣過早失效時有發(fā)生，降低了變頻電機運行的可靠性。研究表明，當(dāng)逆變器輸出的具有陡上升、下降沿的脈沖電壓在連接電纜與電機處因阻抗不匹配而成的過電壓超過變頻電機絕緣系統(tǒng)的局部放電起始電壓時，PWM脈沖上升、下降沿處產(chǎn)生局部放電，會造成電機絕緣快速裂化，這是變頻電機絕緣失效的主要原因。由于雙極性對稱方波脈沖的脈沖幅值、上升和下降時間、頻率控制方便，所以采用雙極性脈沖電源進行絕緣材料檢測，便于高頻高壓脈沖電源和絕緣檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的規(guī)范化。

脈沖電源技術(shù)基于脈沖功率技術(shù)和現(xiàn)代電源技術(shù)，其電源系統(tǒng)一般由初級電源、中間儲能環(huán)節(jié)及脈沖形成系統(tǒng)等部分組成。其中，高壓脈沖電源的中間儲能環(huán)節(jié)按儲能方式不同主要有電容儲能式和電感儲能式兩種方式。電感比電容儲能密度大，但由于放電波形振蕩大，且不易產(chǎn)生長周期、陡上升沿的方波脈沖；電容儲能放電波形穩(wěn)定，控制性好且可適用于容性或高阻抗負載的負載。因此脈沖形成部分常常選用電容儲能的方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種用于絕緣檢測的雙極性脈沖電源，電路包括一個可調(diào)直流電源U_DC、一個限流電阻R_DC、四個充電開關(guān)管、四路放電開關(guān)橋臂、N個高頻變壓器和N個電容儲能模塊；所述的每個電容儲能模塊，包括一個單相整流橋模塊、一個電容和兩個開關(guān)管；所述電路的放電開關(guān)橋臂由若干個IGBT串聯(lián)組成，并且每個IGBT都反向并聯(lián)二極管。本發(fā)明具有模塊集成化程度高、實現(xiàn)串聯(lián)充電串聯(lián)放電、采用高頻變壓器升壓、用于絕緣檢測容性試品可實現(xiàn)良好的方波輸出特性等優(yōu)點。

本發(fā)明提出的一種用于絕緣檢測的雙極性脈沖電源，可調(diào)直流電源U_DC的一端與限流電阻R_DC的一端連接，限流電阻R_DC的另一端與充電開關(guān)管T_c1和T_c4的集電極連接；充電開關(guān)管T_c1的發(fā)射極分別與充電開關(guān)管T_c2的集電極和高頻變壓器M₁原邊的一端連接；高頻變壓器M₁原邊的另一端與高頻變壓器M₂原邊的一端連接，高頻變壓器M₂原邊的另一端與高頻變壓器M₃原邊的一端連接，以此類推，直到高頻變壓器M_N-1原邊的另一端與高頻變壓器M_N原邊的一端連接，將所有的高頻變壓器原邊順向串聯(lián)起來；充電開關(guān)管T_c4的發(fā)射極分別與充電開關(guān)管T_c3的集電極和高頻變壓器M_N原邊的另一端連接；可調(diào)直流電源U_DC的另一端與充電開關(guān)管T_c2和T_c4的發(fā)射極連接；

高頻變壓器M₁副邊的一端與第一電容儲能模塊的第二連接端連接，高頻變壓器M₁副邊的另一端與第一電容儲能模塊的第三連接端連接；高頻變壓器M₂副邊的一端與第二電容儲能模塊的第二連接端連接，高頻變壓器M₂副邊的另一端與第二電容儲能模塊的第三連接端連接；以此類推，將所有的高頻變壓器副邊分別并聯(lián)到每一個電容儲能模塊的第二和第三連接端，直到高頻變壓器M_N副邊的一端與第N電容儲能模塊的第二連接端連接，高頻變壓器M_N副邊的另一端與第N電容儲能模塊的第三連接端連接；

第一電容儲能模塊的第一連接端分別與放電開關(guān)橋臂T_d1和T_d4的一端連接；放電開關(guān)橋臂T_d1的另一端分別與放電開關(guān)橋臂T_d2的一端和負載的一端連接；放電開關(guān)橋臂T_d4的另一端分別與放電開關(guān)橋臂T_d3的一端和負載的另一端連接；第一電容儲能模塊的第四連接端與第二電容儲能模塊的第一連接端連接，第二電容儲能模塊的第四連接端與第三電容儲能模塊的第一連接端連接，以此類推，直到第(N-1) 電容儲能模塊的第四連接端與第N電容儲能模塊的第一連接端連接，第N電容儲能模塊的第四連接端和放電開關(guān)橋臂T_d2、T_d3的另一端與大地連接。

上述雙極性脈沖電源的N個電容儲能模塊，其中每個電容儲能模塊包括單相整流模塊、電容C、開關(guān)管T_a、開關(guān)管T_b；所述的單相整流模塊交流側(cè)的一端作為電容儲能模塊的第二連接端；單相整流模塊交流側(cè)的另一端作為電容儲能模塊的第三連接端；單相整流模塊直流側(cè)的一端分別與電容C的一端和開關(guān)管T_b的發(fā)射極連接，作為電容儲能模塊的第四連接端；單相整流模塊直流側(cè)的另一端分別與電容C的另一端和開關(guān)管T_a的集電極連接，開關(guān)管T_a的發(fā)射極與開關(guān)管T_b的集電極極連接，作為電容儲能模塊的第一連接端。

本發(fā)明提出一種用于絕緣檢測的雙極性脈沖電源，其優(yōu)點是，儲能電容升壓電路采用高頻變壓器進行隔離升壓；實現(xiàn)充電回路和放電回路是兩條獨立的回路；通過放電結(jié)束后的尾切開關(guān)控制策略，解決容性絕緣試品的脈沖拖尾現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的用于絕緣檢測的雙極性脈沖電源的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2為圖1所示的雙極性脈沖電源中電容儲能模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量；由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征；在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體可以是機械連接，也可以是電連接可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系；對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸；而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征；第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中；在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例；而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件；下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出的一種用于絕緣檢測的雙極性脈沖電源，可調(diào)直流電源U_DC的一端與限流電阻R_DC的一端連接，限流電阻R_DC的另一端與充電開關(guān)管T_c1和T_c4的集電極連接；充電開關(guān)管T_c1的發(fā)射極分別與充電開關(guān)管T_c2的集電極和高頻變壓器M₁原邊的一端連接；高頻變壓器M₁原邊的另一端與高頻變壓器M₂原邊的一端連接，高頻變壓器M₂原邊的另一端與高頻變壓器M₃原邊的一端連接，以此類推，直到高頻變壓器M_N-1原邊的另一端與高頻變壓器M_N原邊的一端連接，將所有的高頻變壓器原邊順向串聯(lián)起來；充電開關(guān)管T_c4的發(fā)射極分別與充電開關(guān)管T_c3的集電極和高頻變壓器M_N原邊的另一端連接；可調(diào)直流電源U_DC的另一端與充電開關(guān)管T_c2和T_c4的發(fā)射極連接；

高頻變壓器M₁副邊的一端與第一電容儲能模塊的第二連接端連接，高頻變壓器M₁副邊的另一端與第一電容儲能模塊的第三連接端連接；高頻變壓器M₂副邊的一端與第二電容儲能模塊的第二連接端連接，高頻變壓器M₂副邊的另一端與第二電容儲能模塊的第三連接端連接；以此類推，將所有的高頻變壓器副邊分別并聯(lián)到每一個電容儲能模塊的第二和第三連接端，直到高頻變壓器M_N副邊的一端與第N電容儲能模塊的第二連接端連接，高頻變壓器M_N副邊的另一端與第N電容儲能模塊的第三連接端連接；

第一電容儲能模塊的第一連接端分別與放電開關(guān)橋臂T_d1和T_d4的一端連接；放電開關(guān)橋臂T_d1的另一端分別與放電開關(guān)橋臂T_d2的一端和負載的一端連接；放電開關(guān)橋臂T_d4的另一端分別與放電開關(guān)橋臂T_d3的一端和負載的另一端連接；第一電容儲能模塊的第四連接端與第二電容儲能模塊的第一連接端連接，第二電容儲能模塊的第四連接端與第三電容儲能模塊的第一連接端連接，以此類推，直到第(N-1) 電容儲能模塊的第四連接端與第N電容儲能模塊的第一連接端連接，第N電容儲能模塊的第四連接端和放電開關(guān)橋臂T_d2、T_d3的另一端與大地連接。

上述雙極性脈沖電源的N個電容儲能模塊，其中每個電容儲能模塊包括單相整流模塊、電容C、開關(guān)管T_a、開關(guān)管T_b；所述的單相整流模塊交流側(cè)的一端作為電容儲能模塊的第二連接端；單相整流模塊交流側(cè)的另一端作為電容儲能模塊的第三連接端；單相整流模塊直流側(cè)的一端分別與電容C的一端和開關(guān)管T_b的發(fā)射極連接，作為電容儲能模塊的第四連接端；單相整流模塊直流側(cè)的另一端分別與電容C的另一端和開關(guān)管T_a的集電極連接，開關(guān)管T_a的發(fā)射極與開關(guān)管T_b的集電極極連接，作為電容儲能模塊的第一連接端。

以下結(jié)合附圖1和附圖2，通過闡述相應(yīng)的控制策略，詳細介紹本發(fā)明提出的用于絕緣檢測的雙極性脈沖電源電路的工作過程，可以分為五個工作階段。

第一階段，可調(diào)直流電源U_DC給各儲能電容串聯(lián)充電階段。

通過交替導(dǎo)通充電開關(guān)管T_c1、T_c3和充電開關(guān)管T_c2、T_c4，可調(diào)直流電源U_DC的電壓逆變?yōu)镻WM高頻方波，再經(jīng)由高頻變壓器升壓后，通過單相整流橋模塊給相應(yīng)的各電容儲能模塊的電容進行充電。

第二階段，各儲能電容對負載的正脈沖輸出階段。

脈沖輸出過程中，關(guān)斷充電開關(guān)管T_c1、T_c2、T_c3、T_c4，觸發(fā)導(dǎo)通各電容儲能模塊的開關(guān)管T_a和放電開關(guān)橋臂T_d1、T_d3，N個電容儲能模塊的電容進行串聯(lián)放電，實現(xiàn)對負載的正脈沖輸出。

第三階段，對正脈沖輸出結(jié)束后的尾切階段。

正脈沖輸出結(jié)束之后，關(guān)斷N個電容儲能模塊的開關(guān)管T_a，繼續(xù)使放電開關(guān)橋臂T_d1和T_d3保持導(dǎo)通狀態(tài)，然后觸發(fā)導(dǎo)通N個電容儲能模塊的開關(guān)管T_b，給負載提供出一條低阻抗回路，使負載快速放電，實現(xiàn)對正脈沖輸出結(jié)束后的尾切操作。

第四階段，各儲能電容對負載的負脈沖輸出階段。

關(guān)斷放電開關(guān)橋臂T_d1、T_d3，同時觸發(fā)導(dǎo)通N個電容儲能模塊的開關(guān)管T_a，經(jīng)過一定死區(qū)時間，再觸發(fā)導(dǎo)通放電開關(guān)橋臂T_d2和T_d4，N個電容儲能模塊的電容進行串聯(lián)放電，實現(xiàn)對負載的負脈沖輸出。

第五階段，對負脈沖輸出結(jié)束后的尾切階段。

負脈沖輸出結(jié)束之后，關(guān)斷N個電容儲能模塊的開關(guān)管T_a，繼續(xù)使放電開關(guān)橋臂T_d2和T_d4保持導(dǎo)通狀態(tài)，然后觸發(fā)導(dǎo)通N個電容儲能模塊的開關(guān)管T_b，給負載提供出一條低阻抗回路，使負載快速放電，實現(xiàn)對負脈沖輸出結(jié)束后的尾切操作。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。