高压直流电源（精选11篇）
高压直流电源 篇1
摘要：首先介绍了高压直流开关电源的现状及发展情况, 研究了高频开关电源的基本原理, 设计出一种实用的高压直流开关电源系统。整个电源系统以89C52单片机作为控制核心, 将输出电压, 电流采样, 经过单片机内由软件编程构成的数字PI调节器处理后控制输出电压的变化。并设计了过压和过流保护功能, 应用LED数码管显示输出电压、电流值。
关键词：开关电源,单片机
1 高压直流电源简介
高压直流电源能够将工频电网的电能变换成所需的高压直流电能供给特定的设备使用, 在当今的军事、工业、农业、医疗、科研及日常生活等领域有广泛的应用。工业上用于环保的静电除尘, 污水处理, 激光器等, 医学方面用于X光机, CT机等大型医疗设备, 科研上用于高能物理、等离子体物理, 军事上雷达发射器等。研究和开发适合个领域要求的高压直流电源已经成为一种客观需求。
2 高压开关电源简介
随着电力电子技术的不断发展和电力电子器件不断的更新换代, 大功率开关器件的问世, 推动了电源技术的发展, 将半导体功率器件作为开关, 将电源形态转变成为另一种形态, 在转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的新型电源产生了。
3 设计主要内容概述
研究高压开关电源的原理, 完成高压精密电源的方案论证, 设计计算, 设计主电路, 信号检测电路, 设计控制系统的硬件和软件。
电源的性能指标如下:
3.1 输入交流220V, 50Hz;
3.2 输出直流30KV, 3000W;
3.3 精度为5‰;
3.4 具有过流, 过压保护功能。
综合考虑各种形式电路的特点和本次设计的要求, 决定本电源系统主电路结构选用全桥式变换器, 全桥式变换器是目前应用比较广泛的一种变换电路, 在采用相同电压和电流容量的功率开关器件时, 全桥式电路可以达到最大功率, 并且它所适用的功率范围满足设计的要求。虽然这种电路存在同一桥臂上的两个功率开关器件直通的可能, 但通常选用合适的PWM控制芯片, 通过设置死区电压来解决, 因此不会对此设计构成不利因素。本电源系统采用倍压整流电路。
4 控制电路设计
4.1 控制电路结构
控制电路由单片机系统和模拟电路构成, 输出电压降压后送入A/D转换器, 变为数字量后进入单片机, 通过键盘输入给定, 给定量和反馈量将送入单片机内部由编程产生的PI调节器, 产生后级电路所需的控制信号, 经D/A转换后模拟电路部分, 并完成输出参数的显示。模拟电路接受单片机系统产生的控制信号, 产生各个功率开关器件所需的
空比是固定的, 为了避免上下两个功率开关器件直通, 此PWM驱动信号的占空比应小于50%, 并且应该使两路驱动信号有明显的死区存在。
4.2 TL494应用设计
根据功能要求、芯片技术资料设计TL494与4脚相连的部分为软启动与死区控制电路, 已经介绍过了。5脚、6脚为内置振荡器的外接阻容, 为了获得10KHz的振荡信号电阻电容分别取11K和0.01F。输出模式控制脚13脚与基准电压5V相连, 输出模式为双端模式输出, 但输出管的8脚和11脚短接, 所以输出模式仍为单端模式。1脚、16脚、2脚、15脚分别为两个误差放大器的同相输入端和反相输入端, 如图接法两个误差放大器的输出将始终为负值, 这样做的目的是为了封闭两个误差放大器, 控制信号直接由3脚给入。
5 实际系统调试
将与TL494的3脚相连的电路断开, 在3脚加一临时多圈电位计, 通过电位计以手动方式给出控制电压, 控制电压范围在0~4.0V之间。测得控制电压与波形占空比之间的关系如表1所示。
将测得的控制电压与波形占空比关系绘制成图, 如图1所示。从图中可以看出, 控制电压与波形占空比之间接近于线形关系, 这对于提高控制是非常有利的。
6 结论
通过对高压开关电源的设计研究, 可以得出如下的结论:
6.1 对于系统既要求输出电压范围可调, 又要求纹波很小的情况, 应选用复合结构的主电路结构
6.2 TL494作为主控芯片应根据具体电路
和控制方式选择该芯片的具体电路, 可以不使用TL494片内的误差放大器, 仅使用该芯片的脉宽调制功能, 同样可以得到很好的效果, 且输出脉冲占空比可调范围大。
6.3 单片机系统的应用是本设计的一个特
色, 将模拟调节器移入单片机内部, 用数字调节器替代, 可以减小硬件的复杂程度, 使电路结构简单。
高压直流电源 篇2
高压直流输电系统的运行和控制是电力系统及其自动化、电力电子等专业的一门重要技术基础课程。高压直流输电系统主要研究的内容是如何依靠电力电子变流技术以直流的形式实现电能的远距离传递的系统。通过本课程的学习，学生应掌握高压直流输电系统的基本原理、在实际电能生产系统中的运行特性、控制特性及其结构和元件等理论知识，为从事实际工作打下坚实的基础。
本课程具有较强的综合性和实用性，与工程实际联系密切，对培养学生联系工程实际，提高科学的思维能力具有重要的促进作用。
二、教学内容与要求
第一章
绪论（讲课2学时）
了解课程的主要内容，重点了解高压直流输电系统的发展概况、基本组成及与交流输电相比
第二章 换流器理论及特性方程（讲课4学时）
换流器的主要功能是完成交－直流转换，并通过HVDC联络线来控制潮流，是直流输电系统中完成电能传递的关键设备。通过本章的学习，了解掌握换流器的阀特性以及实际换流电路的结构和运行情况，掌握换相、触发延迟角、换相角、熄弧角等基本概念，整流器和逆变器的工作方式。具体教学内容和学时安排如下：
2.1、阀特性（讲课1学时）
2.2、换流器电路分析（讲课1学时）
2.3、整流器和逆变器工作方式（讲课1学时）2.4、交流量和直流量之间的关系（讲课0.5学时）2.5、多桥换流器（讲课0.5学时）重点：整流器和逆变器工作方式。难点：多桥换流器的工作方式。
作业：什么是整流器和逆变器，其各自的工作方式是怎样的？
第三章
谐波及其抑制（讲课4学时）
谐波及其抑制是高压直流输电中的重要技术问题之一。通过本篇学习，了解高压直流输电系统中的谐波来源以及类型、谐波的影响和危害、滤波装置的特性和设计办法,重点掌握换流站交、直流侧的谐波类型以及抑制，了解交流绕组的术语，认识展开图，懂得三相绕组空间对称的道理，掌握相电势有效值公式，知道其中各物理谐波的基本方法。具体教学内容和学时安排如下：
3.1、高压直流输电系统的谐波（讲课1学时）3.2、谐波抑制装置的选择（讲课1学时）
3.3、交流滤波器的设计（讲课0.5学时）
3.4、直流侧滤波器设计（讲课1学时）
3.5、增加脉波数来抑制谐波的办法（讲课1学时）重点：抑制谐波的办法。难点：滤波器设计。
作业：什么是特征谐波？什么是非特征谐波？其抑制方式有哪些？
第四章
高压直流输电系统的控制和特性（讲课5学时）
高压直流输电系统是高度可控的，采用各种控制方式，目的在于提供高效稳定的运行和功率控制的最大灵活性，同时保证设备的安全。通过本章的学习，掌握控制的基本运行原理、实现以及它们在正常和异常的系统条件下的性能。具体教学内容和学时安排如下：
4.1、控制的基本原理（讲课1学时）4.2、控制系统的实现（讲课1学时）
4.3、换流器触发脉冲控制系统（讲课1学时）4.4、换流器的全数字式控制器（讲课1学时）4.5、阀的闭锁和旁路（讲课0.5学时）4.6、启动、停运和潮流的逆转（讲课0.5学时）重点：控制的基本原理。
难点：关于阀的闭锁和旁路，启动、停运和潮流的逆转实现。作业：（1）阐述高压直流输电系统的基本控制原理。
（2）如何实现直流系统的启动、停运和潮流的逆转？
第五章 高压直流输电系统的数学模型、分析和仿真（讲课9学时）
实际的高压直流输电系统往往和交流系统相互连接，形成交直流输电系统的相互作用，从而产生一系列电压不稳定性、暂态不稳定性、动态过电压等问题，为了预计可能出现的问题并提供解决措施，建立准确的高压直流输电系统拓扑方程变得必要。通过本章的学习，掌握描述高压直流系统的各种模型、求解方法以及相关的仿真计算。具体教学内容和学时安排如下：
5.1、用于高压直流系统控制研究的标准模型（讲课1学时）
5.2、高压直流输电系统的稳态模型和潮流的顺序解法（讲课2学时）5.3、交、直流潮流的改进统一解法（讲课1学时）
5.4、高压直流输电系统的线性状态空间模型（讲课1学时）5.5、高压直流输电系统的暂态仿真（讲课2学时）5.6、静止无功补偿器的暂态仿真（讲课1学时）
5.7、稳定研究中高压直流输电系统模型选择的一般原则（讲课1学时）重点：高压直流输电系统的暂态仿真。难点：高压直流输电系统的暂态仿真。作业：做一个简单的两机系统内嵌直流系统的暂态仿真，了解功率传输过程中交流侧和直流侧电压电流的变化。
第六章 提高交流系统性能的附加直流控制（讲课6学时）
高压直流输电系统中，基本的控制量式整流器控制的直流电流和逆变器的直流电压。通过本章的学习，了解有关附加控制的原理和设计方法、最近发展的高级控制技术等。具体教学内容和学时安排如下：
6.1、概述和定义（讲课2学时）
6.2、最优功率调节控制器的设计（讲课0.5学时）
6.3、提高交流系统暂态稳定性的附加控制（讲课0.5学时）6.4、阻尼交流系统的次同步振荡（讲课0.5学时）6.5、模糊逻辑控制和变结构控制（讲课0.5学时）6.6、自校正电流控制器的设计（讲课1学时）
6.7、直流换流器的无功功率和电压控制（讲课1学时）
重点：提高交流系统暂态稳定性的附加控制，直流换流器的无功功率和电压控制。难点：阻尼交流系统的次同步振荡，模糊逻辑控制和变结构控制。作业：（1）提高交流系统暂态稳定性的附加控制有哪些？
（2）如何抑制交流系统的次同步振荡？
第七章
交流和直流系统间的相互作用（讲课4学时）
交流和直流系统间相互作用的性质以及相关问题在很大程度上取决于交流系统与所连直流系统容量的相对大小。本章的主要内容是讨论与弱交流系统连接的直流系统的有关问题以及处理这些问题的办法。通过本章的学习，了解短路比、有效短路比、暂态电压稳定性以及强迫换相等基本概念，掌握解决弱系统有关问题的方案，暂态交流电压的现象以及可能引起的系统问题，谐波的不稳定性机制以及缓解办法，具体教学内容和学时安排如下：
7.1、概述和定义（讲课0.5学时）
7.2、暂态交流电压稳定性（讲课0.5学时）7.3、动态过电压和控制设备（讲课0.5学时）
7.4、强迫换相和GTO电压源换流器（讲课0.5学时）7.5、谐波不稳定性及其缓解办法（讲课0.5学时）
7.6、弱背靠背直流联络线的稳定性和电压崩溃（讲课0.5学时）7.7、背靠背换流站的统一控制（讲课0.5学时）7.8、实际直流系统与弱交流系统连接的设计和性能特征（讲课0.5学时）重点：暂态交流电压稳定性。
难点：弱背靠背直流联络线的稳定性和电压崩溃，背靠背换流站的统一控制。作业：（1）什么是背靠背直流系统？
（2）如何实现实际直流系统与弱交流系统的连接？
第八章
高压直流输电系统的故障和保护（讲课2学时）
高压直流输电系统包括换流器、直流输电线路和换流站的交流部分，其中任何一部分发生故障，都会影响整个直流输电系统运行的可靠性和有关设备的安全。本章将对换流器异常运行、交流和直流系统故障的响应以及主要保护的配置分别予以讨论。通过本章的学习，了解换流器异常运行的相关现象、交流和直流系统故障的响应以及主要的保护手段等内容，重点掌握换相失败的概念。具体教学内容和学时安排如下：
8.1、换流器的异常运行（讲课0.5学时）
8.2、交流和直流系统故障的响应（讲课0.5学时）8.3、高压直流输电系统主要保护的配置（讲课1学时）重点：高压直流输电系统主要保护的配置。
难点：换流器的异常运行，交流和直流系统故障的响应。作业：（1）换流器异如何实现常运行的表现有哪些？
（2）如何实现高压直流输电系统主要保护的配置？ 第九章
多端直流输电系统（讲课2学时）
多端直流输电系统结构充分开发了高压直流输电技术的经济优点和技术优点。通过本章的学习，了解多端直流输电系统结构、基本控制特性和控制系统的组成。具体教学内容和学时安排如下：
9.1、多端直流输电系统的结构和控制特性（讲课0.5学时）9.2、多端直流控制系统的组成（讲课0.5学时）
9.3、多端直流输电系统的小功率分接逆变器（讲课1学时）重点：多端直流输电系统的结构和控制特性。难点：多端直流输电系统的小功率分接逆变器。
作业：请阐述多端直流输电系统的结构特征和控制特性。
第十章
多馈入直流输电系统（讲课1学时）
多馈入直流输电系统结构比较新，分析起来相对复杂。通过本章的学习，了解多馈入直流输电系统的分类、与交流系统的相互作用、恢复策略和稳定控制等。具体教学内容和学时安排如下：
10.1、概述（讲课0.5学时）
10.2、多馈入直流输电系统的同步和阻尼转矩控制（讲课0.5学时）
重点：多馈入直流输电系统的同步和阻尼转矩控制。难点：多馈入直流输电系统的同步和阻尼转矩控制。作业： 阐述多馈入直流输电系统的阻尼转矩控制特点。
第十一章
新的高压直流输电系统方案（讲课1学时）
为了简化结构、节约投资、降低运行和维护费用、减少换流站损耗、增加系统运行的灵活性和可靠性，近年来致力于研究一些新的高压直流输电系统方案。通过本章的学习，了解这些新方案的结构和运行特点。具体教学内容和学时安排如下：
11.1、发电机－换流器的直接联接（讲课0.5学时）
11.2、无换流变压器的直流输电系统（11.2节和11.3节合并讲课0.5学时）
11.3、高压直流输电系统的并联线路投切
重点：高压直流输电系统的并联线路投切。难点：发电机－换流器的直接联接。
作业：如何实现发电机－换流器的直接联接？其技术特点有哪些？
三、教学方式
课堂讲授，PPT与板书相结合
四、考核方式与成绩评定
考核方法：闭卷笔试 成绩评定：总分100分，平时20%，期末80%
五、教材及主要参考书目
教材：《高压直流输电系统的运行和控制》李兴源 主编，科学出版社，1998年 参考书：浙江大学直流输电教研组 主编：直流输电，电子工业出版社，1994年
（大纲撰写人：刘群英）（大纲审稿人：）
全日制研究生《高压直流及新型输配电技术》课程教学大纲
一、教学目的
高压直流输电系统的运行和控制是电力系统及其自动化、电力电子等专业的一门重要技术基础课程。高压直流输电系统主要研究的内容是如何依靠电力电子变流技术以直流的形式实现电能的远距离传递的系统。通过本课程的学习，学生应掌握高压直流输电系统的基本原理、在实际电能生产系统中的运行特性、控制特性及其结构和元件等理论知识，为从事实际工作打下坚实的基础。
本课程具有较强的综合性和实用性，与工程实际联系密切，对培养学生联系工程实际，提高科学的思维能力具有重要的促进作用。
二、教学内容与要求
第一章
绪论（讲课2学时）
了解课程的主要内容，重点了解高压直流输电系统的发展概况、基本组成及与交流输电相比
第二章 换流器理论及特性方程（讲课4学时）
换流器的主要功能是完成交－直流转换，并通过HVDC联络线来控制潮流，是直流输电系统中完成电能传递的关键设备。通过本章的学习，了解掌握换流器的阀特性以及实际换流电路的结构和运行情况，掌握换相、触发延迟角、换相角、熄弧角等基本概念，整流器和逆变器的工作方式。具体教学内容和学时安排如下：
2.1、阀特性（讲课1学时）
2.2、换流器电路分析（讲课1学时）
2.3、整流器和逆变器工作方式（讲课1学时）2.4、交流量和直流量之间的关系（讲课0.5学时）2.5、多桥换流器（讲课0.5学时）重点：整流器和逆变器工作方式。难点：多桥换流器的工作方式。
作业：什么是整流器和逆变器，其各自的工作方式是怎样的？
第三章
谐波及其抑制（讲课4学时）
谐波及其抑制是高压直流输电中的重要技术问题之一。通过本篇学习，了解高压直流输电系统中的谐波来源以及类型、谐波的影响和危害、滤波装置的特性和设计办法,重点掌握换流站交、直流侧的谐波类型以及抑制，了解交流绕组的术语，认识展开图，懂得三相绕组空间对称的道理，掌握相电势有效值公式，知道其中各物理谐波的基本方法。具体教学内容和学时安排如下：
3.1、高压直流输电系统的谐波（讲课1学时）
高压直流电源 篇3
【关键词】高压开关柜；直流控制电源；继电保护；改进方案
开关柜带有的继电保护，融汇了本源的保护原理、开关柜固有的功能、控制电源配有的软硬件。这样的管控方案，带有凸显的安全特性。控制电源，可以经由查验，获取到衔接着开关柜的独特储能，并查验出直流态势下的跳闸隐患。这样的保护路径，为开关柜的可用保护，供应了搭配着的思路。从现状看，高压开关柜架构下的继电保护，还存留着多样弊病。因此，要摸索最佳情形下的继电保护。
一、电源带有的故障解析
（一）概要的故障情形
很長时段以来，高压情形下的开关柜之内，线圈及衔接着的触头，常常发觉到烧毁现象。开关柜以内，储能类的电容器，会被损毁，或者爆裂。经由修护，消除掉了如上故障以后，体系内的断路器，也没能自动去跳闸。
开关柜以内，直流态势下的控制电源，经由整流以后，会衔接起可被调和的新电源，以及特有的合闸电源。体系产出了事故后，万能表带有的侧电压，能超出330伏；继电器内的线圈，带有的额定电压，还被管控在220伏；储能框架下的电压容器，带有的耐压，没能超出460伏。由此可辨识出：体系内的过压，毁损了原有的继电器，以及衔接着的电容器。经由多次调和，更替了触发插件，然而，没能彻底消解掉这一故障。
解析可知：断路器在特有的合闸时点上，开关柜以内的合闸线圈，接纳了100安之上的大电流。这样的状态，让这一电源装置，在很短时段内，就缺失了可用电压。装置搭配着的负压反馈，凸显了作用。但是，合闸以后，直流装置带有的输出电压，却没能回复既有的设定数值，而是被抬到了那一时点内的最大状态。因此，继电器带有的线圈、衔接着的触头、储能类的电容器，负载了偏多的电压，就被毁损掉。
图1 控制电源带有的体系
（二）事故化解的路径
依循如上的解析结果，把开关柜以内的控制电源，脱离开直流态势下的电源装置；在装置固有的交流侧以内，引出了新电源。再衔接起半导体情形下的二极管，就搭建出了独特的整流电路。经由整流，给体系内的控制电源，设定出单独框架下的供电路径。这样一来，控制电源带有的电压，就被稳固在了常规数值，维护好了现有的继电安全。控制电源带有的体系，如图1所示。
二、电机起动带有的疑难解析
（一）概要的故障情形
某一时段之内，开关柜带有的同步电机，在起动的那种瞬间，产出了过流跳闸的弊病。出口方位内的继电器，被毁损了衔接触头。这样的状态，在每月以内，会超出22次。配件的毁损，干扰到了常规态势下的开机通风；少油情形下的断路器，衔接着的动静触头，也被毁损。因此，机器产出的油体质量，被缩减。机器修护耗费掉的经费递增，与此同时，设备又存留着偏多的运转隐患。
（二）事故化解的路径
开关柜以内的电机，与既有的规格契合。电流继电器，在特有的两相式情形下，供应可用的速断保护。电流若超出了既有的负荷，则启动这一过负荷态势下的保护。在这之中，过负荷涵盖的每一动作，都搭配着44安这样的电流整定；整定耗费掉8秒的时段。一次动作情形下的电流整定，升至了355安。经由审慎的查验，发觉到电机现有的起动电流，比对过流速断态势下的整定值，还是偏小的。这样一来，电流继电器，就很难维持住常规态势下的动作。开关柜经由操作，产出振动，也会引发特有的保护误动。然而，经由查验，排除掉了这一潜藏可能。
电机起动的那一时点上，存留着两个独特的分量：稳定态势下的周期分量，以及更替着的、非周期态势下的分量。在这之中，非周期态势下的分量，涵盖着的最大数值，会关涉到接入时段内的电网状态。若接入时点上，电源电压带有过零情形，则会升至最大的那种分量；若接入时点上，电源电压带有的数值最大，则会缩减至现有的最小分量。非周期态势下的这种分量，会伴随时间更替，而渐渐去衰减。因此，回避掉这一分量产出的保护干扰，能促动合闸疑难的化解。
明晰了断路器带有的合闸弊病，就可以摸索出适宜的化解路径。非周期态势下的分量，数值偏大，且衰减速率也偏快。因此，要在体系内的回路中，增添特有的延时通道。这样做，就能回避掉尖峰电流产出的继电干扰。通常情形下，非周期的独特分量，历经了4秒以后，会缩减到零。顾及到开关柜现有的多样要素，可以设定出0.4秒的特有动作时间。
三、可用的改进路径
（一）安设继电保护
直流情形下的控制电源，应安设继电保护。经由改进的保护路径，可以分出定时限的独特保护，以及两相式的独特保护。依循给出来的保护时限，可以描画出精准的曲线，为开关柜搭配着的继电保护，供应依托。衔接着的软件，应提升原有的处理成效。可以依循制备好的曲线，以及测量得来的电流数值，把描画的曲线，存留在电源控制以内。若发觉到体系内的故障电流，则读取存留着的数据，以便获取到迟延数值。若电源带有的过流，凸显了递增态势，那么延迟的时段会延长；若电源带有的过流，凸显了递减态势，那么延迟的时段会缩减。若这一故障被化解掉，则可获取到原初的那种数值。
在合闸时，体系内的线圈，常常会发觉到过载态势。为了维护好稳固的体系电压，回避掉配件烧毁的弊病，就应增添查验的精准性。接纳微机的辅助，以便解析查验到的数据，明晰体系内带有危险的那些线圈及触头。要注重平日内的修护，一旦发觉到潜藏故障，即可去修护。
（二）建构出接地框架
设定出继电保护的独特时限，搭建起可用的接地框架。二段式的新框架，衔接着体系内的电阻，能供应精准的过流保护。开关柜带有的端口，衔接着独特的零序保护。经由核定，获取到体系内的过流保护。直流控制这一类别的电源，应接纳既有的参数，才可确认体系内的定额电流。
多样的配电网，都安设了接地路径，以及没能衔接地表的那种路径。在很多情形以下，体系内的接地电流，还是偏小的。最近几年，配网延展了原有的电缆数目；电缆原有的容量，也被增添。因此，直流控制这一类别的电源，应当更替原有的测量范畴。开关柜搭配着的网络，可以创设出最佳情形下的动作值。电源现有的电磁干扰，会把描画出来的波形扭曲，也会限缩体系内的采样精度。
（三）接纳零序保护
直流控制这样的体系，应接纳特有的零序保护。把开关柜固有的三相回路，更替成可用的这种保护；与此同时，还要衔接起外部态势下的互感器。若安设了合成电路，则可搭配着简单的那种保护构架。但是，这样一来，查验获取到的数值，就缺失了精准特性。因此，可以增添互感器原有的精度，提升管控速率。
若体系内的三相电流，凸显了平衡态势，则不会查验出零序电路；若现有的三相电流，没能平衡，则产出特有的零序电流。要预备好特有规格的互感器，搜集得来如上的零序电流。若这样的电流，超出了给出来的限度，则吸合体系内的接触器，断开这一电路。
四、结束语
经由改进的电源体系，涵盖了常规态势下的继电保护。体系内的开关柜，缩减了烧毁线圈的原有概率，增添了起动速率，跳闸配件也很稳固。可用的继电保护，能延展开关柜带有的可靠性，缩减修护必备的耗费。只有明晰常常见到的继电故障，才能制备出适宜的管控办法。
参考文献
[1]苏玉成.高压开关柜直流控制电源和继电保护的改进方案[J].矿山机械，2005（01）.
[2]陆济.宝钢某电气室高压开关柜存在问题改善[J].电气开关，2004（06）.
[3]林振南.高压开关柜增设电容储能无压释放装置[J].设备管理维修，2009（04）.
静电涂油机高压直流电源系统研究 篇4
1 工作原理
1.1 主回路工作原理
主回路电路:单相380V电网电压经空气开关、交流接触器、电抗器、主路熔断器和两只反并联可控硅调压后加到高压变压器, 升压经硅堆全波整流出直流负高压, 通过阻尼电阻送涂油机涂油刀梁, 使油液雾化并吸附到钢板上。
主回路中电流互感器取出一次电流信号供电流反馈用。四只压敏电阻吸收主回路中的浪涌电压, 阻容并联在可控硅阴阳板之间, 以吸收可控硅换向过电压。阻尼电阻用以在电场闪络时吸收高频电压和限制冲击电流, 保护高压电缆及高压变压器。
1.2 控制回路工作原理
控制回路主要由三片四运放集成电路LM324、集成触发器KC05及三端稳压器等组成给定积分单元、电压调节单元、移相触发单元、电压反馈单元、电流反馈单元、保护单元及稳压电源单元等组成。
1.2.1 给定积分单元
该单元由集成运算放大器、电阻、电容、电位器及场效应管等组成。其作用是将柜门上电压给定电位器提供的阶跃电压信号变换成缓慢上升的电压信号, 以避免因输出电压过快而造成高压变压器的冲击。用电位器调节积分器斜率, 也就是调节信号上升的速率。场效应管 (T1) 为电子开关, 其作用是保证系统运行前及故障保护时电压给定信号为零。
1.2.2 电压调节单元
该单元由集成运算放大器、电阻、电容、电位器及场效应管等组成, 此单元其实是一个比例积分调节器, 其作用是将电压给定信号和电压反馈信号进行比例积分调节, 以保证输出电压稳定。通过电位器调节比例系数使系统保持稳定。同样, 场效应管 (T2) 为电子开关, 其作用是保证系统运行前及故障保护时调节器输出为零。
1.2.3 移相触发单元
该单元由集成触发器、电阻、电容、电位器、三极管等组成。集成触发器为可控硅移相触发器KC05, 它具有锯齿波线形好, 移相好范围宽, 控制方式简单, 有失交保护, 输出电流大等优点。它的8脚输出两个相位相差180度的脉冲, 经功放电路放大, 送到脉冲变压器去触发可控硅。同步交流18V电压通过电阻加至集成触发器的15脚和+15V电源端16脚。6脚是触发器输入端, 输入电压越高, 输出脉冲就越前移, 可控硅输出电压就越高。
1.2.4 电压反馈单元
该单元由集成运放、场效应管、电位器、电容及电阻等组成。三个运放均组成为反相比例放大器, 将变压器上“KV”端取来的电压取样信号经电阻和场效应管反相隔离放大, 再经运放再次放大得到电压反馈信号, 送电压调节单元及保护单元。电压反馈信号的大小可以调节和显示。
1.2.5 电流反馈单元
该单元由集成运放、稳压管、电位器、电阻、电容组成。由集成运放、稳压管和电阻组成交流放大器, 将互感器检恻到的弱小电流信号进行放大整流, 经运算放大器再次放大后, 通过5V稳压管送电压调节单元。涂油机正常工作时高压电流很小, 信号被5V稳压管阻断, 不能送到电压调节单元。短路时电流增大, 电流反馈信号也增大并超过5V, 穿过稳压管送到电压调节单元, 使触发器给定电压减小, 高压变压器输出电压减小, 电流也将减小, 使短路电流控制在限定值内。
1.2.6 保护单元
该单元由集成运算放大器、三极管、二极管、电位器、电阻、电容等组成。集成运算放大器有四个, 第一个运算放大器组成反相差值放大器, 它将电压给定信号和电压反馈信号的差值进行放大, 经第二个运算放大器反相后, 送到剩余的两个运算放大器 (U3C、U3D) , 利用电位器调节差值放大倍数。运算放大器U3C、U3D组成二个相同的比较器, U3C与积分给定单元和电压调节单元的保护有关, 其输出控制电子开关场效应管 (T1、T2) ;U3D的输出经放大后控制中间继电器, 给PLC发出故障信号。用电位器调节两比较器的比较门槛, 通常设定为4.8V。正常工作时, 电压给定与反馈信号的差值小于4.8V, 两比较器输出均约-13V, 使电子开关T1、T2断开, 给定积分单元和电压调节单元正常输出;三极管截止, 中间继电器不工作。当闪络故障发生时, 差值信号就大于4.8V, 两比较器输出均约+13V, 使T1、T2接通, 给定积分单元和电压调节单元输出均为零, 高压变压器输出也为零;这时导通, 中间继电器吸合, 发出故障信号。另外, 在高压启动前, -15V电源信号通过接触器的常闭点, 经电阻、二极管送到U3C的反相端, 使U3C输出约+13V左右信号, 同样使高压变压器输出为零。
1.2.7 稳压电源单元
该单元由三端稳压器7815和7915分别产生+15V和-15V两路直流电源, 供控制系统使用。
2 总结
该电源具有短路、限流、限压等保护功能, 并具有操作方便、检修容易、运行可靠等优点, 在实际生产中故障率很低, 有效地提高了生产效率和产品质量, 使莱钢板带产品更具市场竞争力。
参考文献
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[3]王兆安, 刘进军.电力电子技术.机械工业出版社, 2009.
一种小型化高压小功率电源 篇5
摘要：论述了一种小型化的高压电源，它一改传统的高、低压组合式为一体化式，从而使体积、重量都大大减小。同时指出了开关电源技术在高压小功率电源应用中存在的问题和解决办法。在研制和实验过程中应用了PSPICE仿真技术，给出实测和仿真波形。关键词：小型化 高压变压器 高压电源 仿真
引言
高压电源已经被广泛地应用?医学、工业无损探伤、车站、海关检验等检测设备中，也广泛应用于诸如雷达发射机、电子航空图显示器等军事领域。传统的高压电源体积大、笨重，严重影响了所配套设备的发展。目前的高压电源多采用开关电源形式，大大降低了体积重量，增加了功率，提高了效率。特别是高压小功率开关电源，几乎都是开关电源结构。本文所讨论的高压小功率开关电源，是为X射线电视透视系统配套设计的。这种系统是对原始X射线设备的改进，它增加一个叫做图像增强器的设备。这种设备采用电极对电子进行加速和聚焦，因而需要与之相配套的小功率高压电源。
1 方案选择
小功率高压电源最常用的例子是电视机的.阳极高压发生器，它将几十伏的直流电源，通过功率变换和高压变压器升压，再整流滤波，变为高压输出；另一个应用实例是负离子发生器，常采用晶闸管调压方式。以上两种调压方式都需要一台单独可调的辅助电源，即高、低压组合方式。这样便加大了电源的体积和复杂程度。加之，由于电路结构形式的不同，它们的输出电压范围的调节很有限，需要大范围调节时，只能通过改变供电电压来实现。而X射线增强器的主路电压调节范围近10kV，上述电路形式很难满足要求。本文采用的半桥谐振式开关电源，成功地解决了以上问题。
2 技术指标
输入电压220（1±10％）V，（50±0.5）Hz；或宽范围输入电压180～250V。
输出电压／电流
阳极（正）电压/电流
标称值＋25kV/1mA，
电压范围＋23kV～＋32kV；
标称值＋7.35kV/200μA，
电压范围＋6.0kV～＋7.8kV；
标称值＋0.985kV/200μA；
电压范围＋0.8kV～＋1.1kV；
阴极（负）电压/电流
标称值－0.75kV/500μA；
电压范围－0.5kV～－1kV。
以上4路电压连动输出。
高压直流电源 篇6
摘要：文章简单介绍了直流输电系统的发展历史和技术优势，描述了基于计算机技术的高压直流输电系统的教学培训系统的工作原理、实现方法、技术特点，指出在当前直流输电发展迅速的时代教学培训系统将会发挥积极的作用。
关键词：高压直流输电；计算机技术；教学培训；仿真
一 引言
人类对电的认识和应用以及电力科学的发展首先是从直流电开始的。1882 年，法国物理学家M·得彼列茨进行了历史上第一次直流输电试验，将1.5kW、1.5～2kV 的直流电通过电报线路驱动57km外的水泵旋转，这次试验虽然线路功耗高达78%，几乎没有使用价值，但它标志着高电压、远距离大容量输电的崭新开始。接下来由于高效率的交流发电机和电动机的发明，以及变压器可以对交流电方便的升压和降压，交流输电开始占据主导地位。1972 年，加拿大伊尔河（Eel River）HVDC输电工程正式投入使用，这座20MW、2×80kV 背靠背式HVDC输电工程以首次全部采用晶闸管阀而著称于世。
二 技术特点
直流输电与交流输电相比，其优点和特点明显：
1）输送容量大，输送功率的大小和方向可以快速控制和调节；
2）直流输电系统的投入不会增加原有电力系统的短路电流容量，也不受系统稳定极限的限制；
3）直流架空线路的走廊宽度约为交流线路的一半，可以充分利用线路走廊的资源；
三 对于教学系统的需求
近年来我国高压直流输电领域发展迅速，已建设多个端对端高压直流输电工程和背靠背高压直流输电工程，每个新的工程建设中都需要招聘一批新员工，因此，即使是已经在换流站工作了一段时间的员工，也需要再进一步进行一些非日常操作的教育和培训。
四 系统软件组成
整个系统的软件包括一次设备仿真部分、二次设备仿真部分、运行人员监控系统，分别针对换流站中的一次设备、二次设备、监控设备。其中运行人员监控系统和换流站实际使用的系统相同，这样对于换流站运行人员而言，其面对的系统和实际系统相同，从而达到教学和培训目的。一次和二次设备同样使用计算机技术实现，其中一次设备部分使用三维虚拟显示技术实现整个换流站一次设备的模型，学员可以在场景中“巡视”，实地“观看”到设备的动作和运行情况。
五 系统功能及其实现
整个教学培训系统的主要功能包括四个方面，分别是教学功能、练习功能、自动评分功能、考核功能，这四个方面基本包括了一个完成的教学培训过程的全部，每个教学培训过程一般从教员的示范开始，即教学功能，示范后由学员依据所学内容自由练习，经过一段时间的练习后参加统一考核，便于教员了解学员的学习情况，以及判断学员是否已经掌握了教学内容，在此过程中，自动评分系统一直作用于联系模式和考核模式下。
1）练习功能的实现方法
练习功能是在系统的练习模式下实现的，在此模式下运行时，每两个学员为1组，即1个整流站学员，1个逆变站学员，下面以学员A和学员B代替，在其中1个学员站上启动数据模型，在此模式下，学员A和学员B的操作，会经过本机的数据服务传递到数据模型中，经过数据模型处理后其结果传递到学员A和学员B的数据服务，再反应到学员A和学员B的操作界面上。
2）教学功能的实现方法
教学功能是在系统的教学功能下实现的，在此模式下运行时，两个教员站之间按照学员练习模式组成一个完整的端对端直流输电系统，其中一个作为整流站，另外一个作为逆变站，在其中1个教员站上启动数据模型，该模型模拟整个端对端直流输电系统，教员站1和教员站2上都启动数据服务和操作界面，所有整流站的学员站启动操作界面，并连接到教员站1的数据服务上，所有逆变站的学员站启动操作界面，并连接到教员站2的数据服务上。
3）自动评分系统的实现方法
自动评分系统主要包括三个方面，和一般的考试基本相同，即出题、答案和评卷，在其中使用计算机辅助操作，使该过程更加自动化，简化教员的劳动量，降低工作强度。首先是题库的维护，包括题目的获取、添加、修改和删除，然后是答案的自动生成系统，用来给图库中的题目生成標准答案，最后是自动评分部分，该部分依据上一步骤中的标准答案和该学员的操作记录来评判学员对于该题目的完成情况，并给出评价。
出题部分：所有的试题都以一个操作任务的形式保存在数据库中，所有教员站和学员站可以访问此数据库得到试题的列表，每个试题的表现形式都是一个以字符串表示的试题题目。在学员站获得试题列表后，只能选择题目来获得操作任务，不能对试题进行其他操作，在教员站上，可以操作数据库进行试题的获取、修改、添加和删除，操作方式就是基本的数据库操作，答案自动生成：在教员站上，选取一个题目后，可以为此题目生成答案，生成答案时不需要手动添加内容，只需要按照试题要求完成试题要求的操作任务即可，操作过程会记录下来生成操作列表，作为答案写入数据库中。所有的试题都使用字符串来表示和描述，所有操作也都以字符串来描述，在生成答案的过程中，教员的所有操作都生成一个用来描述的字符串，待操作完成后，所有操作记录即这些字符串列表被写入到数据库中作为标准答案。在这个系统中，所有的试题和答案都是自描述的，不需要手动填写，系统本身并不需要了解试题或者答案所代表的内容和含义，只是以字符串的方式把试题和答案保存到数据库中。
自动评分过程：在学员站上，选取一个题目后，学员开始答题，所有操作过程被记录下来，此部分和教员生成答案的过程一致，当操作完成后，所有记录的操作过程上传至服务器，供自动评分系统使用。在本方法中，由于所有的操作记录为计算机自动生成，所以相同的操作在教员生成答案时和学员答题时生成的描述操作的字符串完全相同，在自动评分时，通过字符串比较，会把学员的操作记录和教员操作记录生成的答案进行对比。
操作正确的判断依据：两者操作项目和操作顺序完全一致，则判定此次操作为正确操作；操作项目缺失的判断依据：在教员操作时生成的答案中存在的操作序列，在学员的操作序列中没有，则认为缺少了对应的操作项目，则在评分记录中含有操作项目缺失；操作顺序错误的判断依据：两者的操作项目一致，但是学员的操作顺序和教员的操作顺序不一致，则认为器操作顺序有误；进行了额外操作的判断依据：在学员操作时生成的操作序列中存在，在教员操作时生成的答案中未存在，则认为进行了额外的操作，则在评分记录中含有操作了未允许操作设备。
3）考核功能的实现方法
教学功能是在系统的考核功能下实现的，在此模式下运行时，运行方式和练习模式时相同，其结构和数据流程都没有变化，差异在于在此模式下，所有学员机的初始状态都是教员机确定的。
六结束语
在当前电网不断扩展、直流输电工程逐渐增多、大区联网势在必行、智能电网飞速发展的今天，对于直流输电领域的专业运行和检修人才的需要会越来越多，而在实际运行过程中并不能掌握直流输电领域的全部知识，很多对于异常情况、突发情况的演练也无法进行，因此直流输电教学培训系统的应用会更加广泛，并且会发挥更大的作用。
参考文献：
高压直流电源 篇7
恒流高压直流电源简称“恒流源”, 该电源应用在电除尘器上, 与“电压源”相比具备很多优点:其一是该电源在电除尘器上的供电特性呈“正反馈”工作, 即电源输出电功率大小与除尘器所需电功率大小成正比关系;如当除尘器某时刻粉尘浓度变大, 要除尘器保持除尘效率不变则需要给除尘器供电的高压电源在该时刻同步增大输出功率;正由于恒流源输出电流恒定, 而输出电压随负载大小变化而变化, 当粉尘浓度变大时, 则恒流电源输出电压也同步增大, 所反应在除尘器上即电源输出电功率是同步增大。而正是由于恒流电源对除尘器来说是正反馈工作, 所以该电源适应工况能力强, 运行稳定, 且能长期保持高沉积效率。其二是该电源输出波形无畸变, 能提高除尘器的运行电压、电流水平, 提高除尘器的工作效率;由于除尘器机械特性在除尘器安装好后是一定的, 则对该除尘器来说无能采用何种电源其击穿电压也是一定的, 在同样的峰值电压下, 那么输出波形无畸变的电源相对于波形有畸变的电源来说其工作电压肯定要高些。其三是该电源由于是一种电流源, 故能承受瞬态、稳态的短路情况;且采用模块式并联结构, 其可性更高, 操作简单、维修方便。
二、恒流高压直流电源的三种控制工作方式
恒流高压直流电源目前有三种控制工作方式:第一种是最原始的手动控制工作方式, 即所有的开机操作程序全部在控制柜面板上采用按钮形式, 投入电除尘器的工作电流的大小由操作员根据电流选择键的开关来控制;第二种是采用液晶显示屏、触摸开关与单片机相结合的自动控制的工作方式, 同时可进中央DCS系统进行中央控制;第三种是采用触摸屏与PLC相结合的自动控制方式。
1、HVCC-1型:手动控制方式
该种控制方式是恒流高压直流电源最原始的工作方式, 基本工作方式是全部的操作开关采用按扭形式, 电流的调节是人工根据需要来增加或减少电流选择键以达到所需电流大小的目的。
2、HVCC-2型:RTU与EPIC相结合的自动控制方式, 同时可进中央DCS系统集中控制
该型号电源具备HVCC-1型恒流高压直流电源基本供电特点, 即恒流输出、正反馈工作特性;同时控制回路采用先进的单片机和外围芯片, 实现自动化控制。其RTU控制工作模式有:1、电压整定值工作方式2、电流整定值工作方式3、普通火花跟踪工作方式4、DCS集中控制电流整定值工作方式5、DCS集中控制电压整定值工作方式。该电源具备以下工作特点:1、可现场手动工作控制, 相当于应用HVCC-1型2、可现场RTU设定参数, 实现自动工作方式3、无需通讯协议, 直接连入工厂DCS系统集中控制4、可在RTU上实现一次电流值、一次电压值、二次电流值和整定值、二次电压值和整定值同步显示5、可实现在中央DCS上显示二次电压值和二次电流值6、具有数据的记录保存及打印功能7、故障报警停机有:门开关、安全连锁、过欠电压、过氧。该电源中央控制要求如下:
电收尘器恒流源设备向DCS系统提供下列信号
备妥信号:允许DCS远程启动信号运行信号:高压控制系统运行信号 (无源接点, DI) 综合报警信号:设备故障报警信号
二次电压反馈信号:电收尘器二次高压电压值 (4~20m A对应0~100%, AI) 电流值 (4~20m A对应0~100%, AI)
DCS系统向电收尘器恒流源设备提供下列信号
复位信号:关机或故障报警后重新启动 (无源接点, DO)
启动/关机信号:启动和停止电收尘器恒流源 (无源接点, DO)
恒流源设备运行电流设定信号: (4~20m A, DC) 控制恒流源设备运行电流, 即控制二次电流值的大小, AO;
上述DI (开关量输入点) 、DO (开关量输出点) 、AI (模拟量输入点) 、AO (模拟量输出点) 均对于DCS系统而言。
3、HVCC-3型:触摸屏与PLC、DCS系统相结合的工作方式
该型号电源采用西门子TP170A触摸屏, S7-200 CPU226 PLC为主要控制部件, 其电源内部元气件更少, 更加模块化, 结构更简单, 方便用户维修, 运行更加可。该型号电源通过触摸屏的组态和PLC的编程以实现自动控制的要求。电源开机后触摸屏显示五种工作模式可供选择, 分别是:1、手动工作模式2、PLC电流整定值工作模式3、PLC电压整定值工作模式4、DCS集中电流整定值工作模式5、DCS集中电压整定值工作模式。
该型号的恒流高压直流电源人机界面更加直观简洁, 既可以实现现场自动控制运行的工作模式, 也可以通过专用模块与中央DCS系统直接连接以实现中央控制要求。该类型电源采用模块化成熟产品“PLC”, 大大简化产品内部结构线路, 减少故障点, 使产品工作更加稳定, 而且PLC在市场上来讲是一种通用产品;用户更换起来十分方便;但该型号产品的硬件成本较HVCC-2型来说相对更高一些, 目前只适合一些要求很高, 经济条件较好的用户单位。
三、恒流高压直流电源的应用事例
高压直流电源 篇8
关键词：高频逆变,数字化,高压直流电源
1 电源系统整体设计
随着这几年电子电力技术的快速发展,如MOSFET、IGBT等新一代电子器件的应用,高频逆变技术的逐步成熟,出现了数字智能化高压电源,与其相比它突出的优点是:储能少、重量轻、效率高、体积小、响应速度快、设计与制造周期短。由于其优越的特点,如今已逐步代替了传统高压的电源。50/60 Hz交流电流首先通过整流后得到相应的直流电,经过高频逆变、高频变压器、整流器输出高压,进行误差信号的进一步处理产生IGBT功率开关管的PWM控制信号并通过负载电压反馈信号与指定电压信号相比较,采用闭环反馈来实现输出电压的精确控制。开关电源技术的数字高压电源具有纹波系数低、重量轻、保护速度快、体积小、稳定性高、控制精度高等优点,因此它必将在高压电源中有着更广泛的应用。基于高频逆变数字化高压电源的工作系统如图1所示。
1.1 整流滤波电路
如图2所示,集成稳压电路采用了集成芯片7824和7924,将电网220V单相交流电压通过集成稳压电路产生48V的直流电源。
1.2 逆变电路
如图3所示,本系统的DC/AC电路采用半桥逆变电路,电路采用两个MOSFET作为主开关器件,将两个开关管Q1和Q2并联作为半桥的上下臂。输入48V的直流电压,通过Q1和Q2在一个周期内交替导通,若各自导通半个周期,可以输出一个幅值为24V的方波电压uo。为了高低压之间的信号隔离,在将方波电压输入高频升压变压器T2前,要将得到的方波信号先送入隔离变压器T1。最后经高频升压变压器升压得到8k V的直流电。
1.3 正负双向倍压整流电路
倍压整流电路是一种直流输出电压高于变压器二次侧峰值电压几倍以至更多倍数的整流电路,通常使用在高电压、小电流的设备中。如图4所示为传统的倍压电路,它是利用了二极管的整流和导引作用,将电压分别贮存到各自的电容上,然后利用电容极性相加的原理将其串接起来,使输出高于输入电压。由于传统的倍压电路受电容串联放电的影响,使得输出电压波形纹波较大,因此不适合高精度要求的场合。
因此,本系统采用了正负双向倍压整流电路方案,如图5所示为设计的正负双向10倍压电路。电路中一个倍压整流电路的负极接另一个倍压整流电路正极,两个电路共用地,接负极为公共地的倍压整流电路输出为正电压,接正极为公共地的倍压整流电路输出为负电压。将高频变压器T2二次侧的4k V电压通过正负双向倍压电路,输出可以分别得到+40k V和-40k V的电压,即输出总电压为80k V的高压。
由于正负双向倍压整流电路的对称性,使得系统的正负脉动值可以相互抵消,从而大大减小了系统的输出纹波;由于双向倍压电路的内部压降也较传统电路小,因此正负双向倍压电路不但具有更好的稳定性,带负载能力也更强。
1.4 PWM控制电路
系统控制电路采用的是集成PWM控制方式,通过脉冲宽度调制(PWM)方式控制逆变电路桥中的开关管通断。
设计的电路采用的是以SG3525为核心的PWM控制器,SG3525是美国Silicon General公司推出的PWM控制器,是一种性能优良、功能齐全、通用性强的单片集成PWM控制器。它采用双通道输出,每一通道的驱动电流最大可达500m A,且输出级采用了推挽电路,因此能够直接驱动功率GTR和功率MOSFET,其工作频率高达400k Hz,具有欠压关断、可编程软启动等特点。如本电路中,SG3525的输出端口OUTA和OUTB分别接控制开关Q3、Q5和Q1、Q7,通过控制开关的通断达到控制电路的目的。为了避免干扰,它们之间要接光电耦合器TLP520。
1.5 管电流和管电压采样电路
由于电源在工作中,输入的电网电压会经常发生变化,为了保证电源具有稳定的输出,因此要求电源应具有自我调节功能。这就需要实时采样主电路中的输出电压和电流,图6为设计的管电流和管电压采样电路,通过此电路将采样到的主电路电压和电流值送到控制器中处理,将得到的数据与寄存器中的标准参考值进行比较,根据比较的结果反馈到主电路中使电路作出相应的调节,从而达到稳定的输出的目的。
设计的电路配套的辅助电源涉及到三种电源电压+18V、±15V、+5V,因此对应的要用到的集成稳压器有7818、7815、7805三种,这三种电路都由降压电路、整流滤波电路和集成稳压器等几部分组成。图7为产生±15V的电源电路,另外两个电路雷同。
2 系统性能测试
2.1 电路的稳定性测试
电路的稳定性即测试输入的电源电压变化对电路输出电压的影响。为了验证新设计的电路优越性,在保证输出电流2m A不变的情况下,调整电路的输入电压值,分别记录下采用半波电容二极管倍压电路和双向倍压电路的电路输出值,得到的数据见表1与表2。由表1~表2可知,当输出电流不变的情况下,采用双向倍压电路的高压直流电源明显比相传统的采用半波电容二极管倍压电路的电压输出更稳定,因此新设计的电路具有更好的稳定性。
2.2 电路纹波系数测试
从表1测试数据看采用正负双向倍压整流电路的测试结果,当电路的电流输出为2m A一定时,电压输出值最小为79.5k V,最大为80.3k V,即电路的纹波小于0.8k V,故纹波系数小于1%。从表2测试数据看采用半波电容倍压电路的测试结果。当电路的电流输出为2m A一定时,电压输出值最小为71.95k V,最大为88.7k V,即电路的纹波大于16k V,故纹波系数大于18%。因此,相对于采用半波电容二极管倍压电路,采用正负10倍的倍压整流电路纹波系数明显更小,且电路精度更高。
3 结束语
文章设计基于高频逆变数字化直流电源,经测试结果表明,所设计的高压直流电源不但稳定度高,而且纹波系数小,完全能够满足高端电器的技术要求。
参考文献
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高压直流电源 篇9
1 直流滤波器型式
直流滤波器包括无源和有源滤波器。无源滤波器型式有单调谐、双调谐、三调谐以及高通等之分。无源滤波器具有结构简单、可靠性高和维护方便等特点,但其频率特性易受电气元件老化等影响[6]。有源滤波器按照结构不同主要分为并联型、串联型两类。虽然有源滤波器具有滤波性能好和占地小等优点,但在实际直流工程中实现商业投运的不多,其技术尚不很成熟[7]。
1.1 单调谐滤波器
单调谐滤波器结构和阻抗特性如图1所示。单调谐滤波器的优点是结构简单,对单一次谐波滤除能力强,损耗和维护要求都比较低。缺点是当滤除多个谐波时需装设多组滤波器,如此占地面积、投资以及维护成本相应都要上升。随着技术与滤波器设计制造能力的提高,在新近的直流输电工程中,直流滤波器一般不再考虑装设单调谐滤波器。
1.2 双调谐滤波器
双调谐滤波器结构和阻抗特性如图2所示。双调谐滤波器[8]的主要优点是可以同时滤除两个特定谐波。与两个单调谐滤波器相比,只需一个高压电容器,占地小,投资少,损耗低,滤波器数量减少,便于备用和维护。主要缺点是谐振作用可能导致低压元件的暂态定值较高,并且由于电气元件数目较多,通常需要两组避雷器。双调谐滤波器在国内早期直流工程中得到普遍采用,如葛南、天广、三常和三广直流工程都采用了该种滤波器。
1.3 三调谐滤波器
三调谐滤波器结构和阻抗特性如图3所示。三调谐滤波器与双调谐滤波器相比,其优点更为突出,占地、投资更少,损耗也更低,也便于备用和维护。但现场调谐比较困难。国内新近的直流工程都采用该种滤波器形式。
1.4 有源滤波器
有源直流滤波器接线如图4所示。目前有源直流滤波器的研究仍然是热点,其发展前景也很好。如果控制器设计得当,以及相关技术满足要求,有源直流滤波器可有效消除直流侧谐波。但由于其技术尚不很成熟,我国天广直流工程采用了该种直流滤波器形式[9],但是运行情况并不理想,其相关技术有待进一步的研究。
2 直流滤波器设计原则和流程
直流滤波器的设计原则:在直流滤波器性能和定值得到满足的前提下,使直流滤波器的投资费用最少[10]。通常采用等效干扰电流来衡量直流滤波器的性能。
工程上确定直流滤波器参数和方案是一个不断试凑的过程[11]。首先,参考以往工程直流滤波器的参数,并结合经济性,确定滤波器的主电容值和所采用的滤波器型式,然后再计算直流滤波器的性能与定值等指标,校验滤波器配置是否满足要求。在直流滤波器性能得到满足的前提下,高压电容器的电容值越小越经济。在实际直流工程设计中,直流滤波器设计通常考虑1～50次谐波。
在初步选定了直流滤波器的型式、主电容值以及调谐次数之后,确定一组滤波器元件参数,然后计算各种运行方式下的各个负荷水平的滤波器性能,即等效干扰电流(Ieq)。若性能超标,则查看计算谐波结果,明确主要由哪次谐波引起的,然后调整直流滤波器元件参数,使对应次的谐波阻抗减小。如多次调整之后仍有负荷水平不能满足性能要求,则需改变调谐次数重复上述的过程。改变调谐次数仍不满足,则需考虑增大主电容值继续上述的过程。直流滤波器设计具体流程如图5所示。
3 双调谐直流滤波器参数设计方法
由之前的设计流程可知,为方便滤波器设计,在设计过程中需保持主电容值和调谐次数不变。1个基本双调谐滤波器和等效的2个单调谐滤波器结构如图6所示。
双调谐滤波器的导纳为:
2个单调谐滤波器导纳为:
由于两者等效,有:
经化简合并得:
为使式(4)在任何角频率下都成立,而且仅当a=b=c=d=e=f=g=0时,可得双调谐滤波器和2个单调谐滤波器储能元件之间的关系:
假设双调谐滤波器的调谐次数为N1,N2,ω0为基波角频率,则有:
为了获得一组初始的滤波器参数,可令Ca=Cb=C1/2,根据式(9)和式(10)求得La和Lb,然后由式(5—8)可得双调谐滤波器的L值和C值。
4 双调谐直流滤波器参数计算实例
设计1个基本的双调谐直流滤波器,假定调谐次数为N1=12,N2=24。主电容值C1=1.6e-6 F。针对该主电容值和调谐次数,应用第4节的参数计算方法,计算两组单调谐直流滤波器参数。
通过式(5—8),可计算获得对应的两组双调谐直流滤波器参数。
2组双调谐直流滤波器的阻抗特性比较见图7。
由图7可看出,两组滤波器主电容值和调谐次数一样,而工作特性的阻抗不一样,其结果是改变滤波器性能与定值。具备表现为,某些频率段阻抗有所改变,可起到调整特定频率段谐波的作用,使1～50次谐波综合等效干扰效果满足性能要求。因此,采用本文所述的调节方法,可保持双调谐滤波器的主电容值和调谐次数不变,方便调节滤波器参数,提高滤波器设计效率。参数具体如何优化选择,仍然是需要进一步研究的问题。
5 结束语
本文论述了直流滤波器的型式和设计原则,总结了直流滤波器设计流程。研究了一种基于等效原则,并适用于实际工程的双调谐直流滤波器的设计方法,推导了其相应的等效计算公式。该方法可有效提高直流滤波器的设计效率。本文仅重点研究了一种参数的调节方法,而如何具体获得最优的滤波器参数,有待进一步研究。
摘要：论述了高压直流系统直流滤波器设计的原则和具体流程,并以双调谐直流滤波器设计为例,研究了一种适用于工程实际的直流滤波器设计方法,推导了双调谐滤波器与两个单调谐滤波器等效的数学表达式。通过调整两个等效单调谐直流滤波器的参数,进而设计出满足要求的双调谐直流滤波器。根据该设计方法,可以方便地调整双调谐直流滤波器的参数,并能保持双调谐滤波器的主电容值和调谐次数不变,节省了直流滤波器设计时间,提高了效率。最后,通过一个计算实例,验证了本文所述设计方法的有效性。
关键词：高压直流输电,直流滤波器,双调谐滤波器,性能计算,定值计算
参考文献
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高压直流输电系统损耗浅析 篇10
关键词：高压,直流,输电系统,损耗
整个换流站的损耗可分为晶闸管阀的损耗、换流变压器的损耗、交流滤波器的损耗、并联电容器组的损耗、并联电抗器的损耗、平波电抗器的损耗、直流滤波器的损耗、PLC滤波器的损耗等, 下面将按设备的种类分项说明。
1 晶闸管阀的损耗
一个典型晶闸管阀的简化等效电路如图1所示, 它包含了一个阀中所有串联的晶闸管的作用。CAC和RAC是R-C阻尼电路中的集中电容和电感值。RDC表示直流均压电阻器和其它在阻断时导致损耗的电阻。它还包含了晶闸管漏电流的效应。CS包括了杂散电容和电涌分布电容 (如果采用的话) 。LS表示饱和电抗器, 它用来限制di/dt在安全值范围内, 并改善快速增长电压的分布。RS表示阀的电流导通分量的电阻, 如:母线、接触电阻、饱和电抗器绕组的电阻等。
假设换相期间阀的电流是线性的 (实际上, 阀换相期间的电流波形是正弦波形的一部分) 。这种简化对于损耗计算结果几乎没有影响, 然而, 梯形电流大大简化了计算。对于每个晶闸管阀而言, 它的损耗可大致分为导通过程、导通状态、关断过程、关断状态四个时间段的损耗, 具体来说可分为八个部分, 即导通状态下的晶闸管损耗、晶闸管扩散过程的损耗、其它导通损耗、关断期间与直流电压相关的损耗、关断期间与电阻相关的阻尼损耗、电容充放电引起的阻尼损耗、关断过程的损耗、阀电抗器的损耗等。
综上所述, 晶闸管阀的损耗共有八个部分, 它们分别是:晶闸管的导通损耗, 是在导通状态下晶闸管上的电流和电压产生的损耗, 和电阻上存在电压、电流时就会产生损耗是一样的道理;晶闸管的扩散损耗, 是由触发后建立全导通的延迟过程引起的, 是实际和理想的通态电压差值和电流的乘积;其它的导通损耗主要是由阀主回路中的电阻引起, 而非晶闸管引起;直流电压相关损耗, 是阀的并联电阻产生的损耗, 由非导通期间阀两端的电压引起, 包括由晶闸管的断态和反向电流引起的损耗;电阻相关的阻尼损耗, 由通过串联电容交流耦合的电路的电阻元件和非导通期间阀两端的电压共同决定;电容充放电引起的阻尼损耗, 由阀电容存储的能量随阀阻断电压的级变变化而产生;关断损耗, 是当晶闸管关断时, 其中的反向电流在晶闸管和阻尼电阻中产生的额外损耗;电抗器的损耗, 由三部分组成:绕组的电阻损耗、铁芯的涡流损耗和磁滞损耗等如果在绕组上采用额外的阻尼电路, 也将产生损耗。以上各部分损耗分别计算、加和, 就可以得到全部晶闸管阀的损耗。
2 换流变压器的损耗
换流变压器绕组中的电流含有谐波 (大小取决于换流站的运行参数) , 在确定换流变压器的损耗时应该考虑谐波的影响。对于相同均方根值的电流而言, 非正弦电流在换流变压器中产生的损耗比正弦波要大。在空载状态下, 变压器带电但阀阻断, 此时的变压器损耗就是空载损耗。空载损耗 (即铁芯损耗) 应该根据IEC60076-1确定。
在运行状态下, 变压器的运行损耗应为激磁损耗 (即铁芯损耗) 和由电流大小决定的损耗 (负荷损耗) 之和。负载状态下, 谐波电压将用在换流变上。当变压器分接头位置与负荷水平相适应, 交流系统电压额定时, 可认为负载运行时的铁芯损耗等于空载损耗。忽略谐波电压对激磁电流的影响。变压器的负荷损耗应考虑电流的基波、谐波的共同作用, 由以下几个步骤确定:
3 交流滤波器的损耗
为了确定损耗大小, 换流器被看作是谐波电流源, 且交流系统开路, 因此换流器产生的所有谐波电流都看作流入交流滤波器。每条滤波支路中流过的谐波电流 (计算每个滤波元件损耗的基础) 应该用换流器产生的总的谐波电流计算。
3.1 交流滤波器的电容器损耗
滤波器电容的基频损耗应该根据IEC60871-1确定。电容器组的额定三相Mvar值应该由电容值和电容器组上的基频电压决定。谐波电流产生的损耗很小, 可以忽略不计。
3.2 交流滤波器的电抗器损耗
电抗器中的基频和谐波电流都应考虑。电抗器基频下的阻抗和基频、谐波频率下的品质因数应该在工厂测量, 并根据绕组的最大运行温度修正。
3.3 交流滤波器的电阻损耗
电阻中的损耗应该计及基频和谐波电流。电阻值应由工厂测量得到, 并根据电阻的运行温度修正。经过滤波器电阻的各次谐波都应计算到。
4 并联电容器组的损耗
并联电容器辅以滤波器向交流系统提供无功功率。并联电容器组中的功率损耗应该在投入该组的各种工况下决定, 它在基频下的损耗应该根据IEC60871-1决定。电容器组的三相Mvar额定值应由电容值和其基频端电压的决定, 谐波电流引起的损耗可不计。整个电容器组的损耗应由下式计算:
其中:P1:电容器平均每k Var容量消耗的功率, 单位为k W/kVar;S:系统额定电压和频率下, 电容器组的额定容量。
5 直流平波电抗器的损耗
平波电抗器中的电流是直流电流, 并带有谐波。平波电抗器损耗的直流分量应由工厂试验 (根据IEC60289和IEC60076-1) 得到。 (此处可参考IEEE标准)
谐波电流引起的绕组损耗应由计算得到。计算中用到各负荷水平下的谐波电流幅值和对应的谐波电阻值。谐波电流值由相关的谐波计算公式计算。谐波电阻由测量得到。如果采用铁芯—油箱结构, 还应计算励磁损耗。总的运行损耗应为直流损耗、谐波损耗 (及励磁损耗) 之和。
6 直流滤波器的损耗
直流滤波器连接在换流器的高压端和低压端之间。计算滤波器中流过的谐波电流时应该将换流器用一个电压源和阻抗代替。用相应公式来计算换流器的谐波电压。平波电抗器和直流线路用它们的实际阻抗代替。计算中认为交流系统运行在额定频率, 滤波元件运行在额定值。
6.1 直流滤波器的电容器损耗
直流滤波器的电容器损耗主要是直流均压电阻器损耗和电容器的谐波损耗, 后者很小, 可以忽略不计。
电容器组的总电阻R, 由各电容器单元均压电阻的平均值 (产品试验得到) 和电容器组的结构得到。
6.2 直流滤波器的电抗器损耗
计算电抗器中的损耗应:在某负荷水平下, 根据相应的运行参数计算电抗器中的谐波电流, 在工厂试验中测量谐波频率下电抗器的电抗值和品质因数, 并根据绕组的最大运行温度进行修正。
6.3 直流滤波器的电阻损耗
计算电阻损耗时应考虑所有的谐波电流。电阻器的电阻值R应该由工厂测量确定。流过电阻器的谐波电流应在换流站的不同负荷水平, 和相应的运行参数下计算。
7 辅助设备和站用电的损耗
站用电的消耗按换流站的服务设施、运行需要和环境条件变化, 另外也包括间歇性负载:供热, 冷却、照明和维护设备。附件损耗应该分别根据空载及各种负荷水平, 直接在每个损耗源的主馈线进行测量。只在特殊条件下产生的附件损耗不应计入。对间歇性负载的损耗, 应该在一定的运行时间内测量, 然后对结果取平均值。当主馈线还对其他设备供电时, 应该减去这类设备的损耗。
8 RI (radiointerference) /PLC滤波器的损耗
除了交、直流的谐波滤波器, 有些情况下还需要其它设备以抑制射线干扰, 或对电力线载波系统的干扰。这类设备可能由是串联在交、直流系统中的电抗器支路 (可能并联有调谐电容) 组成, 也可能是并联的支路, 或是串并联混合的结构。并联支路的损耗很小, 可忽略不计。对于串联滤波器, 仅考虑电抗器中的损耗。
参考文献
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[4]张勇军.高压直流输电[M].华南理工大学出版社, 2007.
高压直流电源 篇11
本人在放射设备的维修中遇到过多起高压电源模块损坏的故障, 这些模块根本无法维修, 也很难购买到, 即使有二手的拆机件也是价值很高, 为了节省时间和费用就想办法自制高压电源来修复设备。在多次实践中, 自制的高压电源经过不断改进越来越简单, 可靠。现将经历叙述如下。
多年前在维修一台早期进口的胃肠X线机, 经检查为影像增强器高压电源损坏, 该电源为影像增强器提供25kV阳极高压、10kV副阳极高压、及-500V聚焦极电压。该电源放置在X线机电气柜里, 为一40×30×20cm的封闭金属盒, 输入电压为交流220V, 输出由两根8mm粗的高压电缆及两根普通导线经电缆地沟和影像增强器远距离连接。由于该机已使用近20年, 无法找到该配件, 所以决定将其打开维修。小心锯开盒子发现盒内充满绝缘油, 所有电路悬空浸在油中。取出电路分析:220V交流直接经高压变压器升压、高压整流、滤波、高阻值电阻分压等电路得到各组输出电压。检查是高压变压器次级开路, 经尝试无法修复或自制此变压器。于是参考其它影像增强器高压电路, 用24V直流供电, 制做一振荡电路, 一路整流输出-500V, 另一路升为2000V左右交流用高压二极管、高压电容15倍倍压整流后得到25kV、40uA的直流高压。注意所有元件的耐油性, 并利用原高压电源的高阻分压电路分出10kV电压。焊好输入线和输出高压线缆, 将整个电路利用绝缘绳悬空在一个塑料桶内, 注意高压电路的所有边缘均距桶边保持3cm以上距离, 桶内注满绝缘油, 盖好上盖以防回潮和落尘。将桶固定在机柜内, 开机调试, 影像增强器阳极高压稳定, 输出屏亮度均匀、聚焦良好、图像清晰, 视野基本没变。使用近4年高压再没发生故障, 后因医院更新设备整机淘汰。此法虽然比较笨拙、不美观, 但实用。
后期的影像增强器小高压电路均是小体积固态绝缘封装, 就固定在影像增强器外壳上, 遇到的几例小高压损坏的故障无法用上述油浸方式制作代换市场上原装小高压报价几万元二手的也要上万元, 为了节约资金还是采用上述电路组装, 用绝缘胶封灌代换, 效果还行, 缺点是高压电路手工制作体积稍大, 绝缘工艺较难理想, 容易击穿, 由于封灌, 一旦故障全部报废。
几年前遇到一台80kW高频胃肠机监视器黑屏故障, 检查显像管尾板各极电压正常、而阳极无高压, 特殊的是显像管所用20kV阳极高压不是由行扫描电路升压输出, 而是由一个独立模块输出的。仔细检查该模块输入24V电压正常, 输出-50V和360V正常, 高压输出线直接到显像管阳极, 经试验无高压, 分析为内部升压电路故障。由于高压电路全部用绝缘胶固封在铝盒内, 无法完好打开, 便无维修机会。联系厂家无此高压模块供应, 只能换整个监视器, 而这种进口的高扫监视器价格在五万多元, 为了节约还是下决心代换修复。由于该显像管高压不是由传统的行输出变压器供给, 于是想到用彩电行输出制作振荡电路并升压为该显像管供高压, 这样做完全不用考虑电路绝缘问题。就在设计电路时, 不经意发现网上有一24V供电CRT高压电源, 原电路如图1。
经分析完全能为该显像管提供高压, 而且电路简单制作方便。按此电路制作一小印刷版组装完成, 整个电路固定在空余处, 只代换20kV高压, 其余电路均用原显示器电路。通电调试, 一举成功, 效果良好, 使用几年来性能稳定。其基本原理是:NE 555构成脉冲发生器, 调节VR 2可使之产生频率为20kHz左右的脉冲, 电位器VR 1调脉宽。TR 1为推动级, 脉冲变压器T1采用反极性激励, 即TR 1导通时TR 2截止, TR 1截止时TR 2导通及组成高压保护电路。VR 2用于调频率, 可调整高压大小。VR 1、VR 2选用精密可调电阻, T1选用18Ψ彩电行输出变压器变通使用, 其阳极可得到20～23kV高压。实际使用中三端稳压7812因压降大而发热, 可在其输入端串接一2W、68Ψ电阻即可, TR 2因负载较轻, 温升不大可不加散热器。
上述电路的代换成功, 启发了将该电路引入X线影像增强器的小高压代换中。去年在维修一台岛津500mA胃肠机时, 故障现象为透视时有X线产生, 但显示器无图像。经检查影像增强器输出屏无图像。查影像增强器电路LV变换器30V直流输入正常, 输出PC端-350V、G 1端-500V正常, 输出去HV模块的+24V正常。进一步检查HV输出无25kV高压。由于HV模块固态封装, 所以同样用上述电路制作代换。T2选用21吋彩电行输出变压器, 输入输出对应接好开机调试, 效果良好。将整个电路用电脑电源盒装入, 固定在影像增强器侧壳上, 注意屏蔽接地, 以减少对其它电路的干扰, 使用近两年工作稳定。另外利用彩行自身的聚焦电位器和聚焦线还可得到1-5kV的另一组高压;若将25kV输出至另一个单独的带高压输入孔和高压输出线及聚焦线的彩电聚焦电位器内, 通过再串联百兆级的电阻可同时得到25kV和3-15kV两组高压, 可供给需要第二阳极高压的影像增强器使用。