[發(fā)明專利]一種超低頻高壓電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110405447.3
• 申請(qǐng)日: 2011-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102412739A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志強(qiáng);唐瑤;李國(guó)鋒;劉志剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M7/02
• 分類號(hào): H02M7/02;H02M7/537;H02M7/12;H01F27/28
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種超低頻高壓電源，包括主電路和控制電路，其特征在于：所述的主電路包括整流濾波電路、LCC諧振逆變器、高頻升壓變壓器和飛盤(pán)式旋轉(zhuǎn)整流裝置；

LCC諧振逆變器采用四個(gè)IGBT組成的全橋逆變拓?fù)洌總€(gè)橋臂并聯(lián)一個(gè)緩沖電容；逆變器使用串聯(lián)諧振電感L_S、串聯(lián)諧振電容C_S、并聯(lián)諧振電容C_P構(gòu)成LCC諧振單元，其中，L_S包含了變壓器的漏感，C_P包含了變壓器的分布電容；高頻升壓變壓器的分布參數(shù)通過(guò)移相調(diào)頻雙重控制的LCC諧振逆變器進(jìn)行補(bǔ)償；

高頻升壓變壓器采用Z型分段分層纏繞；變壓器初級(jí)采用五根相互絕緣的導(dǎo)線按照逆時(shí)針?lè)较蚶p繞在一起；變壓器次級(jí)的一層的末端與下一層的首端Z型相連，變壓器次級(jí)分為四段，串級(jí)連接，每一段分為十層；

飛盤(pán)式旋轉(zhuǎn)整流裝置由上下各兩個(gè)固定電極：固定電極A(701)、固定電極B(702)、固定電極C(703)、固定電極D(704)，以及與之對(duì)應(yīng)的四個(gè)旋轉(zhuǎn)電極：旋轉(zhuǎn)電極A(705)、旋轉(zhuǎn)電極B(706)、旋轉(zhuǎn)電極C(707)、旋轉(zhuǎn)電極D(708)組成；頂部固定板(710)上的兩個(gè)固定電極A(701)、固定電極B(702)，分別接高頻升壓變壓器的次級(jí)輸出端29、30；底部固定板(711)上的固定電極C(703)和固定電極D(704)，分別接飛盤(pán)式旋轉(zhuǎn)整流裝置的輸出端31、32；四個(gè)相差90°的旋轉(zhuǎn)電極A(705)、旋轉(zhuǎn)電極B(706)、旋轉(zhuǎn)電極C(707)和旋轉(zhuǎn)電極D(708)分別安裝在圓形飛盤(pán)(712)的上、下兩側(cè)；旋轉(zhuǎn)電極A(705)和旋轉(zhuǎn)電極B(706)分別與固定電極A(701)、固定電極B(702)交替接觸，構(gòu)成一對(duì)電極；旋轉(zhuǎn)電極C(707)、旋轉(zhuǎn)電極D(708)分別與固定電極C(703)、固定電極D(704)交替接觸，構(gòu)成另一對(duì)電極；飛盤(pán)由步進(jìn)電機(jī)(709)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式為正轉(zhuǎn)180°，相隔固定時(shí)間后，反轉(zhuǎn)180°，采用限位裝置使步進(jìn)電機(jī)停在180°的位置，避免突然停止產(chǎn)生的失步；飛盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和脈沖停止的時(shí)間共同決定；飛盤(pán)上固定四個(gè)高壓硅堆D₀₁、D₀₂、D₀₃、D₀₄組成橋式整流電路，四個(gè)高壓硅堆隨著飛盤(pán)旋轉(zhuǎn)，使整流電路的輸出極性改變從而得到需要的超低頻波形；通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制飛盤(pán)旋轉(zhuǎn)，并控制其旋轉(zhuǎn)速度使輸出電壓頻率可調(diào)；高壓輸出端輸出的電壓最大幅值為100kV，從0到100kV連續(xù)可調(diào)，輸出超低頻頻率由0.01Hz-10Hz連續(xù)可調(diào)；飛盤(pán)和固定板由厚度為10mm的絕緣材料有機(jī)玻璃制成，電極材料為鎢銅；

所述的控制電路，由外部采樣芯片和控制芯片組成；外部采樣芯片對(duì)被測(cè)電纜的電壓電流實(shí)時(shí)采樣并完成A/D轉(zhuǎn)換；控制芯片完成以下功能：驅(qū)動(dòng)波形發(fā)生器、LCC軟開(kāi)關(guān)控制，串口數(shù)據(jù)通訊、故障狀態(tài)采集、故障分析輸出、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超低頻高壓電源，其特征在于，高頻升壓變壓器變壓器的絕緣通過(guò)聚四氟乙烯膜和電纜紙配合使用進(jìn)行絕緣，并通過(guò)在次級(jí)增加電纜紙制作的油道進(jìn)行散熱處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超低頻高壓電源，其特征在于，LCC諧振逆變器控制方式如下：

對(duì)電感電流值和負(fù)載電壓電流值進(jìn)行采樣，當(dāng)電感電流過(guò)零時(shí)，開(kāi)通Q1，此時(shí)Q1是零電流開(kāi)通；半個(gè)周期后，關(guān)斷Q1，由于Q1兩端有反并聯(lián)電容，電容限制了開(kāi)關(guān)管兩端的電壓上升率，從而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；電感電流i_Ls給C₁充電，C₃放電，當(dāng)C3電壓為零時(shí)，Q1～D3自然換向完成；由于C1的緩沖作用，Q1關(guān)斷時(shí)電壓上升率很小，近似于零電壓關(guān)斷；再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，D3導(dǎo)通，Q3兩端的電壓為零，此時(shí)開(kāi)通Q3，則Q3為零電壓開(kāi)通，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期關(guān)斷Q3，同樣由于其并聯(lián)緩沖電容的作用，實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷；按照同樣的方式在下半個(gè)周期里開(kāi)通和關(guān)斷Q2和Q4，實(shí)現(xiàn)每個(gè)開(kāi)關(guān)管的零開(kāi)關(guān)；為了保持輸出電壓的穩(wěn)定，需要根據(jù)負(fù)載的電流電壓值進(jìn)行閉環(huán)控制；當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，減小開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的移相角，增加占空比，從而在保證軟開(kāi)關(guān)的同時(shí)仍然能夠保持輸出電壓穩(wěn)定；反之，在負(fù)載電流變小時(shí)，增大開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的移相角，減小占空比；采用移相和調(diào)頻雙重控制方式對(duì)LCC諧振電路進(jìn)行控制，利用高頻升壓變壓器的漏感和分布電容，實(shí)現(xiàn)三元件諧振，使開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通和零電壓關(guān)斷，反并聯(lián)二極管D1、D2、D3、D4自然關(guān)斷(ZVS)，不存在關(guān)斷損耗。