專利名稱：直流高壓電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流高壓電源裝置，尤其指應(yīng)用于直流高壓式粒子加速器、 能夠長時間工作的直流高壓電源裝置。也可以作為高壓靜電噴涂等設(shè)備的直流高壓電源裝 置，還可以用于某些電力設(shè)備進行直流高電壓耐壓和絕緣試驗。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的應(yīng)用于直流高壓式粒子加速器的直流高壓電源裝置通常采用工頻倍壓整 流技術(shù)，將50Hz的交流市電經(jīng)過升壓變壓器升壓和倍壓整流濾波后得到直流高壓。其缺點 是輸出電壓紋波系數(shù)大、倍壓整流電路可串接的級數(shù)少、單個元件承受電壓高、體積龐大、 重量重；還存在調(diào)壓方式只能采用調(diào)壓器調(diào)壓，調(diào)壓精度低；操作控制的智能化程度不高， 只能手動控制或簡單的自動控制；保護能力差并且保護動作速度慢，通常需要幾百毫秒才 能切斷。此外，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T848. 1_2004《高壓試驗裝置通用技術(shù)條件——第一部分 直流高壓發(fā)生器》，目前有廠家生產(chǎn)采用中頻(IOkHz以上)倍壓整流技術(shù)產(chǎn)生直流高壓的 產(chǎn)品。但存在不能長時間工作的局限，只能用于短暫輸出直流高電壓(一般不超過1小時) 進行某些電力設(shè)備的直流高電壓耐壓和絕緣試驗。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計提供一種采用中頻倍壓整流技 術(shù)產(chǎn)生直流高壓電源裝置，可以長時間工作，滿足了相應(yīng)的直流高壓式粒子加速器系統(tǒng)的 要求。本實用新型的技術(shù)方案本實用新型的直流高壓電源裝置包括直流電源電路、逆 變電源電路、升壓變壓器、倍壓整流電路、控制電路，其特征在于直流電源電路輸出的穩(wěn)定 可調(diào)的直流電源提供給移相全橋型方波逆變電源，逆變電源輸出的中頻交流方波與方波激 勵型升壓變壓器的原邊連接，升壓變壓器的副邊與多級倍壓整流電路連接，控制電路與直 流電源電路、逆變電源電路以及倍壓整流電路的高壓檢測電路連接，實現(xiàn)對裝置的工作狀 態(tài)和參數(shù)的控制和監(jiān)測。所述的直流電源電為非隔離串聯(lián)降壓開關(guān)型直流電源電路，包括三相全波整流電 路、以大功率IGBT開關(guān)模塊QO為核心組成PWM脈寬調(diào)制電路、高頻濾波電路；在控制電路 的控制下，三相交流電經(jīng)整流后，通過PWM脈寬調(diào)制電路調(diào)制和高頻濾波輸出穩(wěn)定可調(diào)的 直流電源。所述的逆變電源為移相全橋型方波逆變電源電路，包括大功率IGBT開關(guān)模塊 Ql Q4組成的逆變電路，大功率IGBT開關(guān)模塊Ql Q4在控制電路的驅(qū)動和控制下將直 流電源變換成交流方波。所述的直流高壓電源裝置，其交流方波經(jīng)過方波激勵型升壓變壓器升壓后，再經(jīng) 過多級倍壓整流電路，獲得OV至400kV可調(diào)的直流高壓。[0009]所述的高壓檢測電路包括在倍壓整流電路輸出端并聯(lián)的N個分壓電阻R1和均壓 保護電阻R2組成的直流分壓器，向控制電路提供與輸出直流高壓電壓成比例的高壓電壓 測量信號；負載回路有直流電流傳感器CT向控制電路提供與輸出高壓電流成比例的高壓 電流測量信號。所述的控制電路包括微處理器、可編程邏輯電路、監(jiān)控保護接口電路、IGBT驅(qū)動監(jiān) 控電路；微處理器和可編程邏輯電路通過監(jiān)控保護接口電路和光纖隔離信號轉(zhuǎn)換電路接收 高壓檢測電路的高壓電壓測量信號、高壓電流測量信號和冷卻油溫測量信號；監(jiān)控保護接 口電路還與直流電源電路及逆變電源電路連接，實現(xiàn)對直流電源電路及逆變電源電路工作 狀態(tài)和參數(shù)的監(jiān)測和控制。所述的直流高壓電源裝置，其可編程邏輯電路與IGBT驅(qū)動監(jiān)控電路連接，驅(qū)動控 制并監(jiān)測直流電源電路和逆變電源電路的大功率IGBT開關(guān)模塊工作狀態(tài)和參數(shù)。所述的升壓變壓器和倍壓整流電路安裝在倍壓筒中，倍壓筒中加注絕緣油并且設(shè) 置了油溫監(jiān)測和油循環(huán)冷卻系統(tǒng)。本實用新型的優(yōu)點與傳統(tǒng)的直流高壓電源裝置相比較，本實用新型的直流高壓 電源裝置具有輸出電壓紋波系數(shù)小、倍壓整流電路可串接的級數(shù)多、單個元件承受電壓低、 體積小、重量輕；采用電子調(diào)壓方式，調(diào)壓精度高；操作控制的智能化程度高，運行過程中 不需要人工干預(yù)；具有完善的控制保護功能并且保護動作速度快，能保證本裝置和粒子加 速器系統(tǒng)的安全和長期正常工作。本實用新型所涉及的直流高壓電源裝置，由非隔離串聯(lián)降壓開關(guān)型可調(diào)直流電源 電路、移相全橋型方波逆變電源電路、方波激勵型升壓變壓器、倍壓整流電路、控制電路以 及各種軟硬件保護和接口電路組成。其特征在于交流市電經(jīng)直流電源電路形成穩(wěn)定可調(diào) 的直流電源提供給方波逆變電源電路，方波逆變電源電路產(chǎn)生的交流方波經(jīng)過升壓變壓器 升壓再經(jīng)過倍壓整流后獲得0V至400kV的直流高壓；控制電路根據(jù)設(shè)定的參數(shù)和檢測到的 各種數(shù)據(jù)實時調(diào)整直流電源電路和方波逆變電源電路的工作數(shù)據(jù)和狀態(tài)，各種軟硬件保護 電路保證了裝置在各種情況下能夠安全可靠的工作。

圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型的直流電源和逆變電源原理圖；圖3為本實用新型的升壓變壓器和倍壓整流電路原理圖；圖4為本實用新型的控制及監(jiān)控保護接口電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的直流高壓電源裝置包括直流電源電路1、逆變電源電路 2、升壓變壓器3、倍壓整流電路4和控制電路5。50Hz三相380V交流市電經(jīng)直流電源電路1形成穩(wěn)定的可調(diào)直流電源提供給逆變 電源電路2，逆變電源電路產(chǎn)生的交流方波經(jīng)過升壓變壓器3升壓再經(jīng)過倍壓整流4后獲得 0V至400kV的直流高壓；控制電路5根據(jù)設(shè)定的參數(shù)和從接口電路檢測到的各種數(shù)據(jù)實時 調(diào)整直流電源1和逆變電源2的工作狀態(tài)，各種軟硬件保護電路保證了裝置在各種情況下能夠安全可靠的工作。 圖2為本實用新型的直流電源和逆變電源原理圖。如圖2所示，直流電源電為非 隔離串聯(lián)降壓開關(guān)型直流電源電路，包括三相全波整流電路D1、以大功率IGBT開關(guān)模塊QO 為核心組成PWM脈寬調(diào)制電路、續(xù)流電路(快恢復(fù)二極管)D0、高頻濾波電感L和濾波電容 C等組成的高頻濾波電路；在控制電路的控制下，三相交流電經(jīng)整流后，通過PWM脈寬調(diào)制 電路調(diào)制，然后經(jīng)LC濾波電路等輸出逆變電源所需要的穩(wěn)定可調(diào)的直流電壓。逆變電源為移相全橋型方波逆變電源電路，由大功率IGBT開關(guān)模塊Ql Q4等組 成，在控制電路的驅(qū)動和控制下將直流電源變換成交流方波電源。圖3為本實用新型的升壓變壓器和倍壓整流電路原理圖。升壓變壓器T為方波激勵型中頻升壓變壓器，它將逆變電源電路產(chǎn)生的交流方波 電壓提升，并且實現(xiàn)了對交流市電的隔離。由多組電容C、整流二極管D和電阻r等組成多級倍壓整流電路將升壓變壓器輸出 的交流方波電壓轉(zhuǎn)換成負載所需要的OV至400kV的直流高壓。一般要10 12級倍壓整 流電路。升壓變壓器和倍壓整流電路等安裝在圖3虛線框所示的筒形容器中，稱為倍壓 筒。倍壓筒中加注絕緣油并且設(shè)置了油溫監(jiān)測和油循環(huán)冷卻系統(tǒng)，可以保證升壓變壓器和 倍壓整流電路在良好的絕緣和散熱環(huán)境中長期工作。交流方波經(jīng)過方波激勵型升壓變壓器 升壓后，再經(jīng)過多級倍壓整流，獲得OV至400kV可調(diào)的直流高壓。在倍壓整流電路輸出端 串接有限流電阻R，可以防止輸出電流過大造成裝置損壞檢測電路包括在倍壓整流電路輸出端并聯(lián)的N個分壓電阻Rl和均壓保護電阻R2 組成的直流分壓器，向控制電路提供與輸出直流高壓成比例的高壓電壓測量信號；負載回 路有直流電流傳感器CT向控制電路提供與輸出電流成比例的高壓電流測量信號。圖4為本實用新型的控制及監(jiān)控保護接口電路原理圖如圖4所示，控制電路包括ARM微處理器、FPGA可編程邏輯電路、監(jiān)控保護接口電 路、IGBT驅(qū)動監(jiān)控電路、液晶顯示器和操控界面等組成。微處理器和可編程邏輯電路通過 監(jiān)控保護接口電路和光纖隔離信號轉(zhuǎn)換電路接收高壓檢測電路的高壓電壓測量信號、高壓 電流測量信號和冷卻油溫測量信號；監(jiān)控保護接口電路還與直流電源電路及逆變電源電路 連接，實現(xiàn)對直流電源電路及逆變電源電路工作狀態(tài)和參數(shù)的監(jiān)測和控制?？删幊踢壿嬰娐放cIGBT驅(qū)動監(jiān)控電路連接，驅(qū)動控制并監(jiān)測直流電源電路和逆 變電源電路的大功率IGBT開關(guān)模塊工作狀態(tài)和參數(shù)。此外還有光電隔離的RS232接口轉(zhuǎn)換電路，可以連接上位機(工控機等)。控制電路監(jiān)測、控制和調(diào)整直流電源、逆變電源的工作狀態(tài)；通過液晶顯示器和操 控界面可以讀取和設(shè)置、修改裝置的運行參數(shù)；通過光電隔離與高壓檢測電路連接，向控制 電路提供與輸出直流高壓電壓成比例的高壓電壓測量信號；負載回路有直流電流傳感器 CT向控制電路提供與輸出高壓電流成比例的高壓電流測量信號。從而使裝置的直流高壓輸 出電壓穩(wěn)定可控；通過光電隔離的電流測量電路監(jiān)測系統(tǒng)的直流高壓輸出電流，由此掌控 負載回路的工作狀態(tài)，在異常時可以停止高壓輸出以保護負載和本裝置的安全；通過光電 隔離的油溫監(jiān)測電路監(jiān)測倍壓筒中絕緣油的溫度，由此開啟或停止油循環(huán)冷卻系統(tǒng)；通過 光電隔離的RS232接口電路與上位機(工控機等)進行通信，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)控功能。[0033] 監(jiān)控保護接口電路與直流電源電路及逆變電源電路連接，實現(xiàn)對直流電源電路及 逆變電源電路的監(jiān)測和控制?？刂齐娐吠ㄟ^硬件和軟件監(jiān)測各種工作狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)，如 直流穩(wěn)壓電源輸出電壓、逆變電源輸出交流方波電流值和倍壓整流輸出的直流高壓電壓、 電流等，在系統(tǒng)運行發(fā)生異常時，及時發(fā)現(xiàn)故障并且迅速啟動相應(yīng)的保護。并且通過液晶顯 示器和上位機顯示相應(yīng)的故障和保護信息，同時還發(fā)出聲光報警信號。
權(quán)利要求一種直流高壓電源裝置，包括直流電源電路、逆變電源電路、升壓變壓器、倍壓整流電路、控制電路，其特征在于直流電源電路輸出的穩(wěn)定可調(diào)的直流電源提供給移相全橋型方波逆變電源，逆變電源輸出的中頻交流方波與方波激勵型升壓變壓器的原邊連接，升壓變壓器的副邊與多級倍壓整流電路連接，控制電路與直流電源電路、逆變電源電路以及倍壓整流電路的高壓檢測電路連接，實現(xiàn)對裝置的工作狀態(tài)和參數(shù)的控制和監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源裝置，其特征在于直流電源電為非隔離串聯(lián) 降壓開關(guān)型直流電源電路，包括三相全波整流電路、以大功率IGBT開關(guān)模塊QO為核心組成 PWM脈寬調(diào)制電路、高頻濾波電路；在控制電路的控制下，三相交流電經(jīng)整流后，通過PWM脈 寬調(diào)制電路調(diào)制和高頻濾波輸出穩(wěn)定可調(diào)的直流電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源裝置，其特征在于逆變電源為移相全橋型方 波逆變電源電路，包括大功率IGBT開關(guān)模塊Ql Q4組成的逆變電路，大功率IGBT開關(guān)模 塊Ql Q4在控制電路的驅(qū)動和控制下將直流電源變換成交流方波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源裝置，其特征在于交流方波經(jīng)過方波激勵型 升壓變壓器升壓后，再經(jīng)過多級倍壓整流電路，獲得OV至400kV可調(diào)的直流高壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源裝置，其特征在于高壓檢測電路包括在倍壓 整流電路輸出端并聯(lián)的N個分壓電阻Rl和均壓保護電阻R2組成的直流分壓器，向控制電 路提供與輸出直流高壓電壓成比例的高壓電壓測量信號；負載回路有直流電流傳感器CT 向控制電路提供與輸出高壓電流成比例的高壓電流測量信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源裝置，其特征在于控制電路包括微處理器、可 編程邏輯電路、監(jiān)控保護接口電路、IGBT驅(qū)動監(jiān)控電路；微處理器和可編程邏輯電路通過 監(jiān)控保護接口電路和光纖隔離信號轉(zhuǎn)換電路接收高壓檢測電路的高壓電壓測量信號、高壓 電流測量信號和冷卻油溫測量信號；監(jiān)控保護接口電路還與直流電源電路及逆變電源電路 連接，實現(xiàn)對直流電源電路及逆變電源電路工作狀態(tài)和參數(shù)的監(jiān)測和控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源裝置，其特征在于可編程邏輯電路與IGBT驅(qū) 動監(jiān)控電路連接，驅(qū)動控制并監(jiān)測直流電源電路和逆變電源電路的大功率IGBT開關(guān)模塊 工作狀態(tài)和參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流高壓電源裝置，其特征在于升壓變壓器和倍壓整流電 路安裝在倍壓筒中，倍壓筒中加注絕緣油并且設(shè)置了油溫監(jiān)測和油循環(huán)冷卻系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型提供一種直流高壓電源裝置，包括直流電源電路、逆變電源電路、升壓變壓器、倍壓整流電路、控制電路，直流電源電路輸出的穩(wěn)定可調(diào)的直流電源提供給移相全橋型方波逆變電源，逆變電源輸出的中頻交流方波與方波激勵型升壓變壓器的原邊連接，升壓變壓器的副邊與多級倍壓整流電路連接，控制電路與直流電源電路、逆變電源電路以及倍壓整流電路的高壓檢測電路連接，實現(xiàn)對裝置的工作狀態(tài)和參數(shù)的控制和監(jiān)測?？刂齐娐钒ㄎ⑻幚砥鳌⒖删幊踢壿嬰娐?、監(jiān)控保護接口電路、IGBT驅(qū)動監(jiān)控電路；其可編程邏輯電路與IGBT驅(qū)動監(jiān)控電路連接，驅(qū)動控制并監(jiān)測直流電源電路和逆變電源電路的大功率IGBT開關(guān)模塊工作狀態(tài)和參數(shù)。
文檔編號H02M3/335GK201623632SQ20102011994
公開日2010年11月3日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者楊莉 申請人:武漢市泛科變電檢修設(shè)備制造有限公司