複式儲能脈寬調製穩壓直流電源的製作方法

2023-04-25 09:11:41

專利名稱：複式儲能脈寬調製穩壓直流電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發電廠、變電所控制保護設備的直流電源裝置。
目前在我國電力系統中，發電廠、變電所控制保護設備使用的220伏、110伏直流電源廣泛採用的是蓄電池組電源裝置、複式整流電源裝置和矽整流電容儲能電源裝置。蓄電池組是由多隻蓄電池串聯組成，在單只電壓為12伏時，有二十隻；在單只電壓為2伏或1.2伏時有120多隻或200多隻。蓄電池的使用壽命非常有限，一般為3～5年，免維蓄電池也不過10年，到期必須報廢更換新的，否則威協到電網的安全運行。蓄電池組電源成本高投資大，而且還需要複雜的大功率充電設備，複式整流和矽整流電容儲能電源裝置，雖然成本較低，但是可靠性較差，而且還採用的是磁飽和變壓器進行穩壓，不僅誤差大，電能損耗也大；同時，還需另設合閘電源大功率變壓器，電能損耗更大。這些電源裝置的基本電路原理和技術參數在水利電力出版社出版發行的《控制保護常用電氣設備手冊》第六章直流電源設備中有介紹說明，有關它們的優點和缺點由水利電力出版社出版的作為中等專業學校教材的《發電廠變電所電氣設備》一書中的305～306頁中有幾段論述非常切合實際的給予了評價。
本實用新型的目的是為發電廠、變電所提供一種具有成本低、性能可靠的直流電源裝置，它不僅在交流電源停電的情況下能保持較長時間的供電，而且還能夠瞬時提供大電流，保證高壓開關的跳、合閘操作。
本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型由矽整流電容儲能電路，蓄電池儲能充電逆變電路和脈寬調製穩壓電路組成；矽整流電容儲能電路由橋式整流電路和儲能電容組成；變壓器升壓繞組輸出交流電經矽整流和儲能電容輸出，接脈寬調製穩壓電路輸入端，由脈寬調製穩壓電路輸出220/110伏直流電至負載；蓄電池儲能充電逆變電路由蓄電池充電電路和蓄電池逆變電路及自動轉換繼電器接點組成，蓄電池逆變電路輸出經變壓器升壓繞組至矽整流電容儲能電路。
上述蓄電池充電電路由繼電器常開接點接通，該電路是將變壓器付繞組輸出15伏電壓經二極體整流，三端穩壓電路穩壓後，由三極體對蓄電池充電，微調電阻調整充電電壓和電流；蓄電池逆變電路由繼電器常閉接點接通，該電路由大功率三極體和變壓器付繞組組成的兩管自激式逆變器，經變壓器升壓繞組輸出感應電壓至矽整流電容儲能電路。
上述的矽整流電容儲能電路的輸出端與脈寬調製穩壓電路的調整管的漏極連接，其源極經儲能電感、濾波電容輸出直流電源至負載。
工作原理是，當有交流電源時，由電源變壓器分組變壓整流後分別給蓄電池充電和儲能電容充電，同時經穩壓電路向負載供電；當停電時，逆變電路自動投入運行，把蓄電池儲存的電能經兩管自激式逆變器在電源變壓器鐵芯中產生交變磁場，使升壓繞組感應電壓輸出，對儲能電容充電，經穩壓電路向負載供電。
穩壓電路採用全控型電力電子器件SIT作隱壓調整管，工作在高速開關狀態；其開關過程由它的控制極受脈寬調製電路的控制，脈寬調製電路是根據直流輸出電源的電壓取樣檢測電路的調製輸出脈衝的。當輸出電壓超過規定值時，脈寬調製電路輸出加在穩壓調整管控制極的高電平脈衝變窄，低電平脈衝變寬，從儲能電容經過穩壓調整管到負載的電流減少，使輸出電壓下降；反之，使輸出電壓上升，實現了穩壓。
由於採用了上述方案，與蓄電池組電源裝置相比，蓄電池數量大大減少，設備造價降低，使用壽命延長，維護工作量減少；與複式整流電源和矽整流電容儲能電源相比延長了供電時間，提高了電源的可靠性，並能在瞬態輸出大於200A的電流，不需另設合閘電源變壓器和磁飽和變壓器，使裝置自身對電能的損耗得到了降低，節約了電能。穩壓電路效率高，輸出電壓穩定，保證了各種複雜繼電保護裝置的正常運行。
以下結合附圖
對本實用新型作進一步說明本電源裝置由三部分電路組成(一)是矽整流電容儲能電路部分；(二)是蓄電池儲能充電逆變電路部分；(三)是脈寬調製穩壓電路部分。
各部分電路的主要電連接關係和工作原理是(一)矽整流電容儲能電路部分變壓器BY的繞組T1與交流電源220伏輸入迴路連接，BY是一隻公用變壓器，即是矽整流電容儲能的電源變壓器，又是蓄電池充電和逆變電源變壓器，當有交流電源時，中間繼電器J吸合，常開接點J1接通，繞組T2升壓輸出280伏電壓經二極體D1～D4橋式整流，通過阻波電感L1對儲能電容Cn充電，Cn是由多隻電容器並聯組成，總容量大於10萬μF，耐壓大於450伏。(二)蓄電池儲能充電逆變電路部分，在有交流電源時，繼電器J吸合，常閉接點J2、J3、J4斷開，常開接點J5接通，BY的T6、T7繞組輸出15伏電壓經二極體D7、D8整流，通過三端穩壓IC3、三極Q5、Q6對蓄電池E充電，調整微調電阻WR2，可改變充電電壓；調整微調電阻WR3，可改變Q6發射極的輸出電流，即對E的充電電流。當交流電源停電時，繼電器J釋放，常開接點J1、J5斷開，常閉接點J2、J3、J4接通，由BY的T3、T4繞組和大功率三極體Q3、Q4組成常用的兩管自激式逆變器，由於自激振蕩，兩管交替導通和關斷，在BY鐵芯中產生交變磁場，使T2有感應電壓輸出，經整流向Cn供電。(三)脈寬調製穩壓電路部分，全控型電力電子器件SIT作為穩壓調整管，具有耐壓高、電流大、開關速度快、損耗小的特點，漏極D與儲能電容Cn正極連接，源極s與高頻大功率儲能電感L2連接，控制極G經三極體Q1連接到由三端穩壓IC1、二極體D6和BY的T5繞組組成的工作電源的負極；工作電源的正極加在SIT的S極上，由於SIT是導通阻斷型器件，當Q1導通時，G～S反偏，才使D～S截止。Q1的基極受集成電路IC2的3腳控制，當3腳為高電平時Q1導通，反之關斷。三端穩壓IC2是採用NE555型集成電路作為脈衝形成電路的，3腳輸出約30KHz的方波脈衝，其脈衝高電平、低電平的寬度受光電耦合器N1的3腳經電阻R2對電容C5充電電流的大小控制，充電電流的大小又受穩壓二極體WD1、WD2，電阻R12、R11、R9微調電阻WR1三極體Q2和光電耦合器N1內部的發光二極體組成的直流輸出電壓取樣電路的影響。當輸出電壓因負載減輕電壓升高時，Q2基極電流增大，集電極電流也增大，N1內部的發光管亮度減弱，光電管阻值變大，對電容C5的充電電流減小，使IC2的3腳高電平脈衝變寬，低電平脈衝變窄，經Q3集電極導致SIT在開關過程中，關的時間延長，開的時間縮短，流過的電流減少，使輸出電壓下降；反之，則流過的電流增加，使輸出電壓回升。起到了在負載大小變化時輸出電壓保持不變的作用，即穩壓。電感L2在SIT導通時，電流經過它對濾波電容C1充電，並向外供電；SIT關斷時，由於L2中的磁場能量轉變成感應電壓，經續流二極體D5向C1和負載供電。開關2K在2K1位置時，輸出電壓為220伏；在2K2位置時，輸出電壓為110伏。微調電阻WR1對輸出電壓進行細調節。
權利要求1.一種為發電廠、變電所控制保護設備提供電源的複式儲能脈寬調製穩壓直流電源，其特徵是直流電源由矽整流電容儲能電路(一)，蓄電池儲能充電逆變電路(二)和脈寬調製穩壓電路(三)組成；矽整流電容儲能電路(一)輸出端接脈寬調製穩壓電路(三)的輸入端，由脈寬調製穩壓電路(三)輸出直流電源接負載；蓄電池儲能充電逆變電路(二)由蓄電池E充電電路和逆變電路及自動轉換繼電器J的接點組成，蓄電池E逆變電路經變壓器BY的升壓繞組T2輸出至矽整流電容儲能電路(一)。
2.如權利要求1所述的複式儲能脈寬調製穩壓直流電源，其特徵是所說的蓄電池E的充電電路由變壓器的付繞組T6、T7與二極體D7、D8整流，經電容器C6濾波與三端穩壓IC3的輸入端和電流調整三極體Q6的集電極連接，IC3的2腳接可調電阻WR2，輸出端3腳接三管Q5的發射極，基極經電阻R17與可調電阻WR3連接，Q5的集電極經繼電器J的常開接點J5與Q6的基極連接，由Q6的發射極輸出對蓄電池E充電；蓄電池的逆變電路通過繼電器J的常開接點J2、J3、J4接通由大功率三極體Q3、Q4和變壓器BY繞組T3、T4組成的兩管自激式逆變器，經變壓器的升壓繞組T2輸出感應電壓。
3.如權利要求1所述的複式儲能脈寬調製穩壓直流電源，其特徵是所說的矽整流電容儲能電路(一)的輸出端與脈寬調製穩壓電路(三)的調整管SIT的漏極D連接，由調整管SIT的源極S經儲能電感L2、濾波電容C1輸出直流電源。
專利摘要本實用新型是一種發電廠、變電所控制保護設備的複式儲能脈寬調製穩壓直流電源，由矽整流電容儲能電路，蓄電池儲能充電逆變電路和脈寬調製穩壓電路組成；矽整流電容儲能電路輸出端接脈寬調製穩壓電路，由脈寬調製穩壓電路輸出220/110伏直流電源接負載；蓄電池儲能充電逆變電路由蓄電池充電電路和逆變電路及自動轉換開關組成，蓄電池放電電路輸出經變壓器升壓繞組至矽整流電容儲能電路。本實用新型造價低，使用壽命長，節電、可靠性高。
文檔編號G05F1/46GK2266146SQ9621263
公開日1997年10月29日 申請日期1996年5月15日 優先權日1996年5月15日
發明者顧波 申請人:顧波