CN102692577A - 大功率高频变压器测试系统 - Google Patents

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陈�峰
曾庆军
鲁通
曲晨曦
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Abstract

本发明公开了一种大功率高频变压器测试系统，该系统包括三相调压器、三相整流器、功率逆变器、驱动电路、控制电路、空负载测试仪、温度测试仪、示波器和霍尔元件，与三相市电连接的三相调压器依次通过三相整流器、功率逆变器和霍尔元件与待测高频变压器连接；控制电路通过驱动电路与功率逆变器连接；在霍尔元件上设有示波器，空负载测试仪设置在霍尔元件与待测高频变压器之间；温度测试仪设置在待测高频变压器上。本发明采用三相全桥不可控整流、高速IGBT逆变技术以及DSP全数字控制技术，电路简洁，稳定可靠性强，对高频变压器的试验起到了很好的效果。

Description

大功率高频变压器测试系统
技术领域
本发明涉及一种电力系统的检测装置，具体地说间一种对大功率高频变压器进行检测的大功率高频变压器测试系统。
背景技术
随着工业水平的逐步提高，电力电子技术的发展，传统的工频供电已经无法满足现阶段的供电需求。传统的工频供电术采用半控型器件晶阀管控制，动态响应的速度慢，会产生大量的谐波污染，而且电源效率低，功率因素小，输出电压脉动大，供电效率低，变压器体积与重量大，原材料损耗大，这种供电方式越来越不满足要求，将逐渐被新型的供电方式所取代。随之取代它的是高频供电方式，它能很好地改善上述缺点，提高电源效率，增大功率因素，实现节能，但高频供电方式相对于工频供电方式的系统复杂性也随之增加。因此，高压高频大功率变压器是高频供电方式的关键部分，除了担负着升压、传递能量和安全隔离的重要作用之外，还直接影响到电路的运行。因此，高压高频大功率变压器的设计亦显得尤为重要，与此同时，对高频变压器的生产试验也具有非常重要的意义。其中变压器的损耗是变压器的重要性能参数，一方面表示变压器在运行过程中的效率，另一方面表明变压器在设计制造的性能是否满足要求。变压器空载损耗、负载损耗和短路阻抗测量、耐压测试都是变压器的例行试验。
发明内容
为了能对大功率高频变压器进行在线测试，本发明的目的是提供一种大功率高频变压器测试系统，在该测试系统中采用三相全桥不可控整流、高速IGBT逆变技术以及DSP全数字控制技术，电路简洁，稳定可靠性强，对高频变压器的试验起到了很好的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种大功率高频变压器测试系统，其特征在于：该系统包括三相调压器、三相整流器、功率逆变器、驱动电路、控制电路、空负载测试仪、温度测试仪、示波器和霍尔元件，与三相市电连接的三相调压器依次通过三相整流器、功率逆变器和霍尔元件与待测高频变压器连接；控制电路通过驱动电路与功率逆变器连接；在霍尔元件上设有示波器，空负载测试仪设置在霍尔元件与待测高频变压器之间；温度测试仪设置在待测高频变压器上。
本发明中，三相调压器将三相市电经过调压后通过三相整流器整流滤波得到直流母线电压；并通过功率逆变器得到高频电压。控制电路采用基于DSP的全数字控制技术对功率逆变器的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，并对脉冲的宽度进行调制，改变功率逆变器输出电压的大小和输出频率。驱动电路采用SCALE系列驱动器，将0-3V 的PWM数字信号经过光耦隔离和放大得到驱动IGBT栅极的0-15V的 PWM信号，安全可靠的驱动IGBT和MOSFET。
功率逆变器选用IGBT并联来实现开关管，使逆变的输出电压达到要求。三相整流器的三相全桥不可控整流电路不用中线，输出电压高，输出纹波小，输入谐波小，功率因数大，对电网的谐波污染少，整流滤波得到直流母线电压。
本发明是一种基于大功率高频变压器的测试平台，本发明将三相市电经过调压器调压，通过三相全桥不可控整流器，三相全波不可控整流电路不用中线，输出电压高，输出纹波小，输入谐波小，整流滤波得到直流母线电压，然后再通过IGBT高频逆变器得到高频电压(一般为5~50kHz)。输入端采用三相全桥不控整流电路，功率因数大，对电网的谐波污染少，控制电路采用基于DSP的全数字控制技术，对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，所获得的输出平滑且低次谐波少，按一定的规则对脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。该硬件控制电路简单，系统稳定性可靠性强。驱动电路采用SCALE系列驱动器，将0-3V 的PWM数字信号经过光耦隔离和放大得到驱动IGBT栅极的0-15V的 PWM信号，能安全可靠的驱动IGBT和MOSFET。逆变电路选用IGBT并联来实现开关管，相对于传统的MOSFET与晶体二极管的组合和电力晶体管，具有电压控制特点和耐受高电压高电流密度的能力，其允许的电流密度甚至超过了电力晶体管，其中应用零电压关断技术使用电容并联IGBT，减小逆变模块输出电压尖峰，降低损耗，使逆变的输出电压达到要求，对高频变压器进行空载测试和负载测试，空载测试是将变压器任一组线圈施加额定电压，其它线圈开路的情况下，测量变压器的空载损耗和空载电流；以验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求，检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等；负载测试是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，测得短路损耗，所加的电压为短路电压，求得的阻抗为短路阻抗；计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。过程中用示波器记录下输入电压和电流的瞬时值，以获得某一磁密下负载的输入功率。
本发明采用的三相全桥不可控整流、高速IGBT逆变技术以及DSP全数字控制技术优点十分突出，电路简洁，稳定可靠性强，对高频变压器的试验起到了很好的效果。本发明结构简洁，模块清晰可靠，保证了检测系统可控性强，稳定，安全可靠。本发明适用于高频变压器测试中。
附图说明
图1 是本发明的系统原理图。
具体实施方式
一种本发明所述的大功率高频变压器测试系统，见图1，该系统包括三相调压器1、三相整流器2、功率逆变器3、驱动电路4、控制电路5、空负载测试仪6、温度测试仪7、示波器8和霍尔元件9，与三相市电连接的三相调压器1依次通过三相整流器2、功率逆变器3和霍尔元件9与待测高频变压器10连接；控制电路5通过驱动电路4与功率逆变器3连接；在霍尔元件9上设有示波器8，空负载测试仪6设置在霍尔元件9与待测高频变压器10之间；温度测试仪7设置在待测高频变压器10上。
三相调压器将三相市电经过调压后通过三相整流器整流滤波得到直流母线电压；并通过功率逆变器得到高频电压。控制电路采用基于DSP的全数字控制技术对功率逆变器的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，并对脉冲的宽度进行调制，改变功率逆变器输出电压的大小和输出频率。驱动电路采用SCALE系列驱动器，将0-3V 的PWM数字信号经过光耦隔离和放大得到驱动IGBT栅极的0-15V的 PWM信号，安全可靠的驱动IGBT和MOSFET。
功率逆变器选用IGBT并联来实现开关管，使逆变的输出电压达到要求。三相整流器的三相全桥不可控整流电路不用中线，输出电压高，输出纹波小，输入谐波小，功率因数大，对电网的谐波污染少，整流滤波得到直流母线电压。
输入三相市电，通过调整三相调压器，改变加在被测高频变压器上的方波电压幅值。在不同输入电压下对霍尔元件的输出进行测量，记录变压器的输入电压，霍尔元件的输出电压，输出电压根据电流换算系数，计算变压器的输入电流得到。在测试过程中，对每一组数据都进行录波，以计算铁芯损耗。将有关数据输入计算机得出通过铁芯的磁密和电场强度。测得一组电压电流的有效值，即可得到超微晶铁芯的基本磁化曲线（B-H曲线）。用示波器记录下输入电压和电流的瞬时值（至少一个周期的波形数据），以获得某一磁密下负载的输入功率。单位重量的超微晶铁芯损耗等于铁芯总损耗/铁芯重量，铁芯总损耗等于被测超微晶铁芯的输入功率减去铜耗。
本发明电路简洁，稳定可靠性强，对高频变压器的试验起到了很好的效果，适用于高频变压器测试中。

Claims (6)

1.一种大功率高频变压器测试系统，其特征在于：该系统包括三相调压器（1）、三相整流器（2）、功率逆变器（3）、驱动电路（4）、控制电路（5）、空负载测试仪（6）、温度测试仪（7）、示波器（8）和霍尔元件（9），与三相市电连接的三相调压器（1）依次通过三相整流器（2）、功率逆变器（3）和霍尔元件（9）与待测高频变压器（10）连接；控制电路（5）通过驱动电路（4）与功率逆变器（3）连接；在霍尔元件（9）上设有示波器（8），空负载测试仪（6）设置在霍尔元件（9）与待测高频变压器（10）之间；温度测试仪（7）设置在待测高频变压器（10）上。
2.根据权利要求1所述的大功率高频变压器测试系统，其特征在于：三相调压器（1）将三相市电经过调压后通过三相整流器（2）整流滤波得到直流母线电压；并通过功率逆变器（3）得到高频电压。
3.根据权利要求1所述的大功率高频变压器测试系统，其特征在于：控制电路（5）采用基于DSP的全数字控制技术对功率逆变器（3）的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，并对脉冲的宽度进行调制，改变功率逆变器（3）输出电压的大小和输出频率。
4.根据权利要求1所述的大功率高频变压器测试系统，其特征在于：驱动电路（4）采用SCALE系列驱动器，将0-3V 的PWM数字信号经过光耦隔离和放大得到驱动IGBT栅极的0-15V的 PWM信号，安全可靠的驱动IGBT和MOSFET。
5.根据权利要求1所述的大功率高频变压器测试系统，其特征在于：功率逆变器（3）选用IGBT并联来实现开关管，使逆变的输出电压达到要求。
6.根据权利要求1所述的大功率高频变压器测试系统，其特征在于：三相整流器（2）的三相全桥不可控整流电路不用中线，输出电压高，输出纹波小，输入谐波小，功率因数大，对电网的谐波污染少，整流滤波得到直流母线电压。
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