多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置的製作方法

2023-05-11 10:17:02

本實用新型涉及一種多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置，屬於測試與自動控制技術領域。

背景技術：

隨著電力電子和計算機技術的迅速發展，直流輸電技術日趨完善，在輸送能力和送電距離上已可和特高壓交流競爭。多端直流輸電技術也取得了一些運行經驗，因此對電力材料和設備的高壓及特高壓直流試驗顯得尤為重要。另外隨著電網改造計劃的實施,大量的交聯聚乙烯電纜以其優良的性能而被廣泛的應用。為了保證敷設後的交聯聚乙烯電力電纜的安全運行,需要對其進行直流高壓試驗。除此之外,電力行業對氧化鋅避雷器、磁吹避雷器、發電機、變壓器、開關等設備進行也需要進行直流高壓試驗。

目前國內的直流高壓發生器在功能、參數和試驗過程等方面，各廠家產品水平不一、參差不齊。本實用新型是根據國內多家試驗單位對產品的要求,綜合國內各直流高壓試驗設備生產廠家的產品特點，研製的低紋波係數、高穩定度的直流高壓發生器。

本實用新型涉及一種多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置，該裝置在電壓等級、準確度、穩定度、紋波係數等參數方面有很高的性能。本實用新型率先應用最新的PWM脈寬調製技術和大功率IGBT器件。並根據電磁兼容性理論，採用特殊屏蔽、隔離和接地等措施，使直流高壓試驗實現了高品質、精確度的科學試驗。

技術實現要素：

本實用新型目的是為了克服現有技術的不足而提供一種多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置，該裝置是在輸出直流高壓、特高壓的情況下，實現輸出電壓的高穩定性和低紋波係數，為此次採用新的PWM脈寬調製技術和大功率IGBT器件、設計了全波二副繞組全波6階倍壓整流電路、設計了高精確度的高壓分壓器，大幅度降低輸出直流高壓的紋波係數。

為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是：一種多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置，包括交流電源輸入、輸入端與所述交流電源輸入相電連接用於將交流電轉成直流電壓信號的全波整流濾波電路、輸入端與所述的全波整流濾波電路的輸出端相電連接用於將直流電壓信號轉成脈寬可變的脈衝信號的高頻脈寬調製電路、輸入端與所述的高頻脈寬調製電路的輸出端相電連接用於將脈衝信號轉成幅度隨脈寬不同而變化的直流信號的LC濾波電路、輸入端與所述的LC濾波電路的輸出端相電連接用於將直流信號轉成脈寬固定的脈衝信號的高頻逆變電路、輸入端與所述的高頻逆變電路的輸出端相電連接用於將固定脈寬脈衝信號大幅度提高電壓等級的隔離升壓器、輸入端與所述的隔離升壓器的輸出端相電連接用於將高壓交流信號轉成高壓直流信號的全波倍壓整流電路，輸入端與所述的全波倍壓整流電路的輸出端相電連接的高壓試品、輸入端與所述的高壓試品相電連接用於按比例獲得試品上電壓與電流信息的高壓分壓器，所述高壓分壓器的輸出電連接電壓取樣A/D電路、所述高壓試品電連接電流取樣A/D電路，所述電壓取樣A/D電路、電流取樣A/D電路的輸出數據接入單片機，同時單片機還與串口RS232驅動、按鍵按鈕、LCD顯示屏電連接，對它們進行控制和管理。

優化地，隔離變壓器具有一初級繞組和兩個副級繞組,其初級繞組與高頻逆變輸出的輸出端相連接,第一副級繞組的異名端與第二副級繞組的同名端相連接並與地相接,每個副級繞組連接有6階倍壓電路,且兩個副級繞組上的多階倍壓電路相對稱設置,由於在變壓器的兩個次級繞組上對稱地設置有多階倍壓電路,兩路電路相對的紋波電流會互相抵消,適當的調整倍壓電路的階數以及電容的大小,可使得輸出電壓的波紋大大減少。

優化地，考慮影響所述高壓分壓器準確度的三個因素，即高壓時分壓器電阻本身發熱（或環境溫度變化）造成分壓電阻阻值變化、高壓時電暈放電造成測量誤差、高壓時絕緣支架漏電造成測量誤差，相應地採用高溫度穩定元件（或正負溫度元件組合）、分壓器充絕緣油、增加屏蔽電阻等方法，提高分壓器的電壓準確度。

本實用新型的中，將單片機控制技術、A/D技術、D/A技術、模擬放大技術、變頻逆變、全波倍壓整流技術、精密高壓分壓器技術、大功率IGBT器件及其驅動技術等綜合應用。

由於採用上述技術方案，本實用新型的有益效果：在輸出直流高壓、特高壓情況下，實現輸出電壓的高準確度、低紋波係數和高穩定度。

附圖說明

附圖1為本實用新型多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置原理框圖；

附圖2為本實用新型全波倍壓整流原理框圖。

具體實施方式

本實用新型多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置，能產生低紋波係數的高壓、特高壓，用LCD屏實現人機對話，設計了RS232接口可向上位機傳送數據同時接收上位機控制指令。

下面將結合附圖1對本實用新型實施方案進行詳細說明：

如圖1所示的多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置的技術方案，包括交流電源輸入1、與所述交流電源輸入相電連接的全波整流濾波電路2、與所述的全波整流濾波電路2相電連接的高頻脈寬調製電路3、與所述的高頻脈寬調製電路3相電連接的LC濾波電路4、與所述的LC濾波電路4相電連接的高頻逆變電路5、與所述的高頻逆變電路5相電連接的隔離升壓器6、與所述的隔離升壓器6相電連接的全波倍壓整流電路7，與所述的全波倍壓整流電路7相電連接的高壓試品8、與所述的高壓試品8相電連接的高壓分壓器9，所述高壓分壓器9的輸出電連接電壓取樣A/D電路15、所述高壓試品8電連接電流取樣A/D電路14，所述電壓取樣A/D電路15、電流取樣A/D電路14接入單片機12，所述單片機12還與串口RS232驅動11、按鍵按鈕10、LCD顯示屏13相電連接。

圖1中所述高壓分壓器9為T型濾波器，採用正負溫度元件組合地高溫度穩定元件設計、同時採用分壓器充絕緣油、增加屏蔽電阻等方法，提高分壓器的電壓準確度。

圖1中所述電壓取樣A/D電路15，是將所述高壓分壓器9按比例降低的高壓進行模數轉換並送所述單片機12進行數據處理；所述電流取樣A/D電路14，與所述高壓試品8電連接，將試品電流數據送所述單片機12進行數據處理。

圖1中所述單片機12通過調節所述高頻脈寬調製電路3的脈衝寬度，來調節所述高壓試品8上的輸出高壓。

圖1中所述高頻逆變電路5由大功率IGBT器件及其驅動電路組成，接收並處理所述單片機12發出的固定脈寬的脈衝信號。

下面將結合附圖2對本實用新型實施方案進行詳細說明：

如圖2所示為本實用新型多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置的全波倍壓整流原理圖，圖中所述高頻逆變輸出21的輸出與隔離變壓器22的初級繞組相電連接，所述隔離變壓器22的次級輸出有2個繞組，共接12個所述快恢復二極體24 ，及9個所述電容23，從倍壓整流的末端得到高壓輸出25.

圖2中所述隔離變壓器具有一初級繞組和兩個副級繞組,其初級繞組與高頻逆變輸出的輸出端相連接,第一副級繞組的異名端與第二副級繞組的同名端相連接並與地相接,每個副級繞組連接有6階倍壓電路,且兩個副級繞組上的多階倍壓電路相對稱設置,由於在變壓器的兩個次級繞組上對稱地設置有多階倍壓電路,兩路電路相對的紋波電流會互相抵消,適當的調整倍壓電路的階數以及電容的大小,可使得輸出電壓的波紋大大減少。

以上對本實用新型所實施的多階倍壓低紋波直流高壓發生裝置進行了解釋和說明，其可以用於產生低紋波係數、高準確度、高穩定度的直流高壓信號。本實用新型具有顯著的技術進步應該會帶來可觀的經濟效益。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明的精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。