CN108599611A - 一种基于电网直供的大功率脉冲电源 - Google Patents

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李志新
赵文春
周国华
洪泽宏
杨律
郭成豹
刘月林
卿意
武美娜
刘娣
孙建龙
胡安
胡石明
潘京
王文进
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Naval University of Engineering PLA
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Abstract

本发明涉及电气设备技术领域，特别是一种基于电网直供的大功率脉冲电源。包括二十四脉波不控整流器：用于将三相交流市电转化成三路直流电输出至三相三重斩波单元；三相三重斩波单元：每个三相三重斩波单元分别对应二十四脉波不控整流器的一路直流输出，用于将不稳定的直流电压变换成负载所需的稳定的直流电压，并分别输出至一个换向单元；换向单元：用于实现输出电流正负方向转换，并输出至消磁线圈。解决了网侧输入的电流波形畸变的问题，并保证了输出直流电压的波形质量。同时，二十四脉波不控整流器相对于可控硅整流而言提高了装置的功率因数，而且也保证了后续器件的直流稳定性。

Description

一种基于电网直供的大功率脉冲电源
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域，特别是一种基于电网直供的大功率脉冲电源。
背景技术
为防止舰艇受到水中磁性兵器及空中磁探测威胁，国内外都比较重视并提出了相应的消磁技术。消磁电源一般分为主电源和副电源两类设备，消磁主电源输出一般电流较大，且是以一定规律的递减脉冲序列。副电源输出电流较小，恒流方式输出，且方向可调。
作为消磁站的重要组成部分，消磁副电源系统主要负责提供舰艇消磁所需的补偿电流，其供电质量优劣直接决定着消磁站消磁能力及消磁作业效率。以往消磁站副电源一般使用三相不控整流和可控硅半控斩波，使用刀闸开关来完成电流的换向。三相不控整流对电网侧电能质量要求较高，功率因数较低且所产生的谐波较高；可控硅半控斩波调节精度低，且电流稳定度较差；传统消磁站使用刀闸开关来改变输出电流方向，由于刀闸开关属于机械开关，其动作时间较长，导致电流方向切换速度慢，且无法在通电时随时改变电流方向，人机交互差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有低谐波、高精度、高稳定、可程控换向及电流大小调节功能的基于电网直供的大功率脉冲电源。
本发明的技术方案为：一种基于电网直供的大功率脉冲电源，包括
二十四脉波不控整流器：用于将三相交流市电转化成三路直流电输出至三相三重斩波单元；
三相三重斩波单元：每个三相三重斩波单元分别对应二十四脉波不控整流器的一路直流输出，用于将不稳定的直流电压变换成负载所需的稳定的直流电压，并分别输出至一个换向单元；
换向单元：用于实现输出电流正负方向转换，并输出至消磁线圈。
较为优选的，所述二十四脉波不控整流器包括用于将三相交流市电变为四组三相交流电的十二相移相变压器和用于将交流电转化为直流电的二十四脉波不控整流桥。
较为优选的，所述十二相移相变压器包括两台六相移相变压器T1和T2，所述两台六相移相变压器T1和T2均采用Dy11Dd0联结形成，网侧采用延边三角形接法。
较为优选的，所述六相移相变压器T1移相为+7.5度，所述六相移相变压器T2移相为-7.5度。
较为优选的，所述十二相移相变压器输出的四组三相交流电分别通过一个交流断路器与二十四脉波不控整流桥连接，每个所述交流断路器通过电动操作机构同步控制。
较为优选的，所述十二相整流桥包括十二组并联设置的二极管，每组二极管包括串联设置的两个二极管单体，每个二极管单体均并联有RC吸收电路，并串联有熔断器，所述熔断器设有故障反馈触点。
较为优选的，所述换向单元包括驱动板和由晶闸管构成的H桥电路，所述驱动板通过光纤连接有主控板，所述驱动板在主控板的控制下控制H桥电路中各个晶闸管的导通与截至。
较为优选的，所述三相三重斩波单元包括直流进线断路器、支撑电容、三重斩波功率单元、电感、卸荷装置及输出滤波电容。
本发明的有益效果是：本发明的输入级通过十二相移相变压器与二十四脉波不控整流桥组成的AC/DC变换器则很好的解决了网侧输入的电流波形畸变的问题，并保证了输出直流电压的波形质量。同时，二十四脉波不控整流器相对于可控硅整流而言提高了装置的功率因数，而且也保证了后续器件的直流稳定性。再加上二十四脉波不控整流器几乎无开关器件，这在很大程度上的提高了装置的可靠性与控制上的简便性。本发明中间的功率变换单元采用三相三重斩波器的电路拓扑进行设计。相比用可控硅作为功率器件的变流器，三相三重斩波器提高了几个数量级的开关频率，这点能够极大的减小纹波系数。而相比于普通的单重斩波器，三相三重斩波器理论上可以提高三倍的电流输出能力。同时三相三重斩波器也比普通单重斩波器纹波频率也提高三倍，这点也会减小输出纹波，而且能够减小电抗器大小与体积需求。输出部分加上换向器，可以使得该装置能够正负双极输出，提高了使用的便利性。
附图说明
图1为本发明一种基于电网直供的大功率脉冲电源的拓扑图；
图2为二十四脉波不控整流器电路图；
图3为三相三重斩波单元电路图；
图4为换向单元控制图；
图中：1-二十四脉波不控整流器，2-三相三重斩波单元，3-换向单元，4-消磁线圈，101-十二相移相变压器，102-二十四脉波不控整流桥。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种基于电网直供的大功率脉冲电源包括二十四脉波不控整流器1、三相三重斩波单元2和换向单元3，该高精度程控电源具有三路输出，每路电流大小及方向均可通过本地操作端或远程监控端程控调节。二十四脉波不控整流器1输入端与三相交流市电连接，二十四脉波不控整流器1包括三个输出端，二十四脉波不控整流器1的三个输出端分别与一路三相三重斩波单元2连接，每路三相三重斩波单元2输出端均与一路换向单元3连接，换向单元3输出端与消磁线圈4连接。
如图2所示，二十四脉波不控整流器1采用24脉波十二相不控整流，其包括十二相移相变压器101和二十四脉波不控整流桥102。十二相移相变压器101将三相交流市电变为4组三相交流电,十二相移相变压器101由T1，T2两台六相移相变压器组成，且均采用Dy11Dd0联结的绕组形式，网侧采用延边三角形接法，T1移相+7.5度,T2移相-7.5度。四组三相分别经一交流断路器进入二十四脉波不控整流桥102中，四个断路器(Q1～Q4)的分合均通过电动操作机构同步控制，即操控信号为同一一脉冲信号。本装置控制断路器脉冲信号即可以使用软件控制也可以通过万能转换开关硬件控制，该控制方式可以有效地防止在软件失控的情况下，整流部分无法断电的情况发生。二十四脉波不控整流桥102(即十二相整流桥)中每个二极管(1-24号二极管)均配备RC吸收电路以及熔断器(FU1～24)，且熔断器配有故障反馈触点，将每个熔断器故障反馈触点分别接入一继电器根据继电器指示灯来判定熔断器的状态，可快速判定故障熔断器的位置。
如图3所示，三路三相三重斩波单元2的输入均与二十四脉波不控整流器1正负母排连接，每路输出均通过断路器单独控制，三相三重斩波单元2主要由直流进线断路器、支撑电容、三重斩波功率单元、电感、卸荷装置及输出滤波电容组成，其输出是电流换向器的输入。同时辅以直流预充电回路、放电回路及相应的电量传感器。采用三相三重斩波将二十四脉波不控整流器1输出的不稳定的直流电压变换成负载所需的稳定的直流电压，起到稳压限流的作用。该设计可以满足纹波电流小于1％的要求。
如图4所示，换向单元包括驱动板(图中未示出)和由晶闸管构成的H桥电路，驱动板通过光纤连接有主控板，驱动板在主控板的控制下控制H桥电路中各个晶闸管的导通与截至。当晶闸管触发板接收到主控制器输出正向命令时，1号、4号晶闸管导通，2号、3号截止，流过负载的电流为正向电流；当晶闸管触发板接收到主控制器输出负向命令时触发2号、3号晶闸管导通，1号、4号截止，流过负载的电流为负向电流。为防止晶闸管过流损坏以及换向时发生过压故障，晶闸管均配置有熔断器和RC吸收电路。
本电源还包括控制单元，控制单元的主要功能包括：根据操控人员输入的指令要求，控制PWM脉冲使斩波输出电流质量满足相应要求，控制输出电流大小，监控装置自身的状态，提供友好的人机接口界面，并提供远程操作与监控接口。该控制单元采用DSP+ARM+FPGA组成的全数字控制系统，其中DSP主要负责对斩波电路的控制，ARM负责实现本地及远程通信，FPGA主要是方便扩展外部接口。本电源的柜体面板嵌入有一块工控触摸屏，通过该触摸屏可直观的观察设备运行状态，且该触摸屏作为本地操控端可以很方便的控制电源输出大小及电流方向。柜内内部遵循模块化设计，三路输出独立控制，输出端均使用快速连接器，使得与消磁线圈的连接和切换更加便捷。高精度程控电源每路输出均配有绝缘电阻在线监测装置，保证安全性的同时，可检测负载与地发生短路故障。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：包括
二十四脉波不控整流器(1)：用于将三相交流市电转化成三路直流电输出至三相三重斩波单元(2)；
三相三重斩波单元(2)：每个三相三重斩波单元(2)分别对应二十四脉波不控整流器(1)的一路直流输出，用于将不稳定的直流电压变换成负载所需的稳定的直流电压，并分别输出至一个换向单元；
换向单元(3)：用于实现输出电流正负方向转换，并输出至消磁线圈(4)。
2.如权利要求1所述基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：所述二十四脉波不控整流器(1)包括用于将三相交流市电变为四组三相交流电的十二相移相变压器(101)和用于将交流电转化为直流电的二十四脉波不控整流桥(102)。
3.如权利要求2所述基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：所述十二相移相变压器(101)包括两台六相移相变压器T1和T2，所述两台六相移相变压器T1和T2均采用Dy11Dd0联结形成，网侧采用延边三角形接法。
4.如权利要求3所述基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：所述六相移相变压器T1移相为+7.5度，所述六相移相变压器T2移相为-7.5度。
5.如权利要求2所述基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：所述十二相移相变压器(101)输出的四组三相交流电分别通过一个交流断路器与二十四脉波不控整流桥(102)连接，每个所述交流断路器通过电动操作机构同步控制。
6.如权利要求2所述基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：所述十二相整流桥(102)包括十二组并联设置的二极管，每组二极管包括串联设置的两个二极管单体，每个二极管单体均并联有RC吸收电路，并串联有熔断器，所述熔断器设有故障反馈触点。
7.如权利要求1所述基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：所述换向单元(3)包括驱动板和由晶闸管构成的H桥电路，所述驱动板通过光纤连接有主控板，所述驱动板在主控板的控制下控制H桥电路中各个晶闸管的导通与截至。
8.如权利要求1所述基于电网直供的大功率脉冲电源，其特征在于：所述三相三重斩波单元(2)包括直流进线断路器、支撑电容、三重斩波功率单元、电感、卸荷装置及输出滤波电容。
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