CN104065260A - 电网供电的高压脉冲充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网供电的高压脉冲充电装置，主要由高压充电器主电路、制动模块、励磁控制模块和高压充电器控制盒组成，所述高压充电器主电路包括不控整流和IGCT开关，发电机发出三相中频交流电经过三相不控整流得到纹波较小的直流，通过并联连接在中频交流电输出端的二极管D1、电容C1，以及电阻R1构成的DC-link阻容吸收电路环节防止内部过电压，所述二极管D1和电容C1串联，所述电阻R1的一端连接在二极管D1和电容C1之间的支路上，控制串联的IGCT的开通与关断给电容器C进行脉冲充电。本发明控制简单，仅仅是在电容充电完成后关断IGCT，频率小，和充电频率一样，结构简单，电磁干扰小。

Description

电网供电的高压脉冲充电装置

技术领域

本发明涉及一种充电装置，具体涉及一种电网供电的高压脉冲充电装置。

背景技术

由于恒流充电时效率最高，所以电容充电电源要求输出为恒流，而要想使充电电流恒定，必然离不开闭环调节控制。通常系统电源是发电机输出的交流电源，所以必须经过整流，现有技术容易想到的控制方案就是对整流桥的控制和直流侧开关的控制，一般采用以下两种充电电路方案：三相相控整流控制和直流侧开关斩波控制。

三相相控整流控制的变换器主电路采用高压晶闸管三相可控整流器，控制驱动电路是实现高效稳定充电的关键，运用DSP强大的数据处理能力及其速度优势可以提高电源控制系统的精度和实时性，满足电源的更高要求，为电源控制系统的全数字化提供必要的软硬件基础。输出电压给电容器充电，通过电流霍尔HL检测充电电流，以实现电流的闭环控制，LEM用于实现检测充电电压，（同时，电流霍尔和LEM还用于输出短路检测和充电过程中电容电压跌落等检测）。对电容器充电电流及充电电压采用双闭环控制，控制电容器以恒定的电流进行充电，充电完毕后，关断晶闸管直至下一充电周期。

此方案整流桥后面需接大的平波电抗器，电抗器体积过大；系统频率较高，整流桥中晶闸管通断频繁，开关损耗较大，充电初始阶段电流很大，此时 会烧毁管子；本系统为高压大电流，采用这种方案需要精确的控制电路，但大的电磁干扰会使控制电路无法工作。

直流侧开关斩波控制主电路分两段，先是三相不控整流把从高压发电机发出的交流电DC/DC转换成直流电，然后采用可调脉宽的晶闸管斩波电路对该直流进行DC/DC变换获得符合要求的直流电给电容器充电。通过电流霍尔HL检测充电电流，以实现电流的闭环控制，电压霍尔HL用于实现检测充电电压。对电容器充电电流及充电电压采用双闭环控制，控制电容器以恒定的电流进行充电，充电完毕后，关断晶闸管直至下一充电周期。

虽然此方案去掉了大体积的平波电抗器，但是对于较高频率通断斩波用的晶闸管导致很大的也会烧毁管子；结构复杂，辅助电路较多，单管容量大，大的电磁干扰也有很大的影响。

由于需要根据电容的充电电压的变化来调整充电电流的动态输出，当系统变化速度太快、时间太短时，装置的跟随速度将是一个很大的问题，电力电子装置主电路是一个较大的惯性环节，等到控制器计算完将控制信号波形发出来，到主电路开关动作完成，再经过电容或电感带来的时间常数的延时，很多时候已经晚了，导致越控制效果越差。

因此上述两种现有技术分别存在电磁干扰大、控制精度低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是要解决上述现有技术存在的缺陷，而提供一种电磁干扰低、控制精度高、电路结构简单、充电过程中开关通断频率低的电网供电的高压脉冲充电装置。

为实现上述目的，本发明设计的电网供电的高压脉冲充电装置，主要由高压充电器主电路、制动模块、励磁控制模块和高压充电器控制盒组成，所述高压充电器主电路包括不控整流和IGCT开关，发电机发出三相中频交流电经过三相不控整流得到纹波较小的直流，通过并联连接在中频交流电输出端的二极管D1、电容C1，以及电阻R1构成的DC-link阻容吸收电路环节防止内部过电压，所述二极管D1和电容C1串联，所述电阻R1的一端连接在二极管D1和电容C1之间的支路上，控制串联的IGCT的开通与关断给电容器C进行脉冲充电，每次脉冲储存在电容器C中的能量经放电负载释放完毕后再由电源变换电路重新充电至设定的电压。

进一步地，上述电阻R1的另一端串联连接有三个IGCT开关，每个IGCT开关的输入端均连接有控制器，所述控制器的输入端连接有同步信号检测单元，所述每个IGCT开关的两端均并联连接有二极管、电阻，以及电阻和电容串联电路，所述电容器C的充电电路和充电电压分别反馈至所述同步信号检测单元。

上述的IGCT，是指集成门极换流晶闸管，Intergrated Gate Commutated Thyristors，是一种中压变频器开发的用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体开关器件，即：集成门极换流晶闸管=门极换流晶闸管+门极单元。

本发明控制简单，仅仅是在电容充电完成后关断IGCT，频率小，和充电频率一样，结构简单，电磁干扰小。

附图说明

图1为本发明的高压充电器主电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

电网供电的高压脉冲充电装置，主要由高压充电器主电路、制动模块、励磁控制模块和高压充电器控制盒组成，高压充电器主电路包括不控整流和IGCT开关，发电机发出三相中频交流电经过三相不控整流得到纹波较小的直流，通过并联连接在中频交流电输出端的二极管D1、电容C1，以及电阻R1构成的DC-link阻容吸收电路环节防止内部过电压，二极管D1和电容C1串联，电阻R1的一端连接在二极管D1和电容C1之间的支路上，电阻R1的另一端串联连接有三个IGCT开关，每个IGCT开关的输入端均连接有控制器，控制器的输入端连接有同步信号检测单元，每个IGCT开关的两端均并联连接有二极管、电阻，以及电阻和电容串联电路，电容器C的充电电路和充电电压分别反馈至同步信号检测单元。

并联连接在中频交流电输出端的二极管D1、电容C1，以及电阻R1构成的DC-link阻容吸收电路环节控制串联IGCT的开通与关断给电容器C进行脉冲充电，每次脉冲储存在电容器C中的能量经放电负载释放完毕后再由电源变换电路重新充电至设定的电压。

如图1所示，发电机PM发出三相中频交流电经过三相不控整流得到纹波较小的直流，通过并联连接在中频交流电输出端的二极管D1、电容C1，以及电阻R1构成的DC-link阻容吸收电路环节防止内部过电压。IGCT1、IGCT2、IGCT3的输入端分别连接有控制器，控制器的输入端连接同步信号检测单元的输出端，IGCT1的两端分别并联连接有二级管D2、电阻R2，还并联连接有串联的电阻R2和电容C2；IGCT2的两端分别并联连接有二级管D3、电阻R4，还并联连接有串联的电阻R5和电容C3；IGCT3的两端分别并联连接有二级管D4、电阻R6，还并联连接有串联的电阻R7和电容C4；IGCT1、IGCT2、IGCT3串联连接后，还连接有放电负载和电容器C的一端，电容器C的一端引出充电电路和充电电压分别反馈至同步信号检测单元，电容器C的另一端连接三相不控整流器。

本发明在充电的过程中，仅仅是在电容充电完成后关断IGCT，频率小，和充电频率一样；结构简单，电磁干扰对不需要高精度控制的系统影响就不大。

Claims (2)

1.一种电网供电的高压脉冲充电装置，主要由高压充电器主电路、制动模块、励磁控制模块和高压充电器控制盒组成，其特征在于：所述高压充电器主电路包括不控整流和IGCT开关，发电机发出三相中频交流电经过三相不控整流得到纹波较小的直流，通过并联连接在中频交流电输出端的二极管D1、电容C1，以及电阻R1构成的DC-link阻容吸收电路环节防止内部过电压，所述二极管D1和电容C1串联，所述电阻R1的一端连接在二极管D1和电容C1之间的支路上，控制串联的IGCT的开通与关断给电容器C进行脉冲充电，每次脉冲储存在电容器C中的能量经放电负载释放完毕后再由电源变换电路重新充电至设定的电压。

2.根据权利要求1所述的电网供电的高压脉冲充电装置，其特征在于：所述电阻R1的另一端串联连接有三个IGCT开关，每个IGCT开关的输入端均连接有控制器，所述控制器的输入端连接有同步信号检测单元，所述每个IGCT开关的两端均并联连接有二极管、电阻，以及电阻和电容串联电路，所述电容器C的充电电路和充电电压分别反馈至所述同步信号检测单元。