CN108832821B - 一种单相三相两用两电平低频电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种单相三相两用两电平低频电源电路，包括变压器、第一整流器、第二整流器、具有第一桥臂和第二桥臂的第一单相逆变器、具有第三桥臂和第四桥臂的第二单相逆变器；变压器的输入端连接电源，变压器的第一输出端与第一整流器、第一单相逆变器依次级联，变压器的第二输出端与第二整流器、第二单相逆变器依次级联；还包括第一开关和第二开关，以可操作地同时关闭或断开第一桥臂与第二桥臂的电连接，使得第一桥臂和第二桥臂构成第一单相逆变器，或者使得第二桥臂和第二单相逆变器构成三相逆变器；第一单相逆变器、第二单相逆变器和三相逆变器均为两电平逆变器。本发明能够实现单相输出和三相输出两种输出，以用于大型电力变压器的现场干燥。

Description

一种单相三相两用两电平低频电源电路
技术领域
本发明涉及低频电源技术领域，特别涉及一种单相三相两用两电平低频电源电路。
背景技术
变压器现场安装的过程中，防止变压器受潮是非常重要的一环。近年来，变压器的电压等级和单台容量的上升趋势十分明显，为了使高电压等级和大容量的变压器能够满足绝缘干燥的要求安全运行，并且尽量延长其使用寿命，变压器的干燥除湿技术是一个关键性的问题。
目前常用变压器的水分主要是聚集在绝缘纸板和变压器油中，而这两个部分又是变压器主要的绝缘材料。当绝缘材料内的含水量过高时，会导致变压器的绝缘电阻降低，介质损耗增加，介质的击穿强度也随绝缘系统含水量增加而急剧下降，这会严重影响到变压器的安全运行，严重时还会造成放电击穿事故。变压器内绝缘纸中的含水量是影响变压器使用寿命的因素之一，当含水量过高时会明显的加剧变压器的老化。
由于以上原因，变压器的干燥除湿技术现已引起各方面包括变压器维护部门的广泛关注。目前，我国的大型电力变压器现场安装依然采用传统方法即真空干燥除湿技术。这种干燥方式真空罐周围的加热器是以空气为载热介质，在大气压力下，将变压器器身或绕组逐步加热到105℃左右，再通过热的传导将热量传到内部。对于容量的改变，只是增加热油循环时间、抽真空时间及静放时间，现场处理时间长且效率低下。而且在环境温度很低的情况下，受到滤油机加热能力的限制，热油循环中变压器油只能加热到较低温度。在这种情况下，即使延长热油循环时间，也难以达到好的干燥效果。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种单相三相两用两电平低频电源电路，所述技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种单相三相两用两电平低频电源电路，包括变压器、第一整流器、第二整流器、具有第一桥臂和第二桥臂的第一单相逆变器以及具有第三桥臂和第四桥臂的第二单相逆变器；
所述变压器的输入端连接外接电源，所述变压器的第一输出端与所述第一整流器、所述第一单相逆变器依次级联，所述变压器的第二输出端与所述第二整流器、所述第二单相逆变器依次级联；
还包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关可操作地同时关闭或断开所述第一桥臂与所述第二桥臂的电连接，使得所述第一桥臂和所述第二桥臂构成所述第一单相逆变器，或者使得所述第二桥臂、所述第二单相逆变器构成三相逆变器；
其中，所述第一单相逆变器、所述第二单相逆变器和所述三相逆变器均为两电平逆变器。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述第一整流器和所述第二整流器均采用三相桥式整流器。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述第四桥臂均包括一电容和两个IGBT管，两个所述IGBT管相串联再和所述电容并联，且每个所述IGBT管还反并联一二极管。
结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述第一开关和所述第二开关均为单刀双掷开关；
所述第一开关设置在所述第一整流器的高电平母线上；
所述第二开关设置在所述第一整流器的低电平母线上。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一开关的动触点与所述第二桥臂连接，所述第一开关的两个静触点分别与所述第一桥臂、所述第二整流器的高电平母线相连接；
所述第二开关的动触点与所述第二桥臂连接，所述第二开关的两个静触点分别与所述第一桥臂、所述第二整流器的低电平母线相连接。
结合第一方面，在第五种可能的实现方式中，每个桥臂的中点还分别串联有一输出电感。
结合第一方面至第一方面的第五种任意一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，还包括第三开关，所述第三开关可操作地同时关闭所述第一桥臂的中点与所述第三桥臂的中点的电连接、以及所述第二桥臂的中点和所述第四桥臂的中点的电连接，使得所述第一单相逆变器与所述第二单向逆变器的输出并联。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述第三开关为一双刀单掷开关。
结合第一方面至第一方面的第五种任意一种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，还包括第四开关，所述第四开关可操作地关闭所述第一桥臂的中点与所述第四桥臂的中点的电连接，使得所述第一单相逆变器与所述第二单向逆变器的输出串联。
结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，还包括第四开关，所述第四开关可操作地关闭所述第一桥臂的中点与所述第四桥臂的中点的电连接，使得所述第一单相逆变器与所述第二单向逆变器的输出串联。
本发明实施例提供的单相三相两用两电平低频电源电路，具有以下有益效果：
通过开关对不同桥臂之间进行电路组合，可以方便地组合出单相低频电源和三相低频电源，进而可以使用低频短路法对工作变压器进行加热，从内部将变压器器身绝缘加热到指定的温度，达到干燥变压器的效果。相对于热油循环方法，低频加热电源方法可大大加快温度上升的速度，缩短加热时间，改善干燥加热效果。另外在电源电路中采用的两电平逆变器具有简单可靠、控制成熟的优点，对于低频加热电源来说更加实用、且经济性较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明提供的一种单相三相两用两电平低频电源电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种单相三相两用两电平低频电源电路，该单相三相两用两电平低频电源电路通过开关对不同桥臂之间进行电路组合，可以方便地组合出单相低频电源和三相低频电源，进而可以使用低频短路法对工作变压器进行加热，从内部将变压器器身绝缘加热到指定的温度，达到干燥变压器的效果。
其中，本发明实施例中的低频短路法，其基本原理是将变压器二次侧短路，将一次侧接入低频加热电源，低频加热电源逆变出低频的三相电压，使变压器的电抗大大减小，功率因数较大，流过一个较大的短路电流，由于总阻抗减小，所以所需电压大小也大大减小。短路电流使变压器绕组发热，从内而外地加热变压器，从而可以使得变压器的绝缘中的水分以及变压器油中的水分挥发出来，对单相变压器或三相变压器进行加热干燥。
下面结合附图对本发明实施例提供的单相三相两用两电平低频电源电路作进一步说明。
图1是本发明提供的一种单相三相两用两电平低频电源电路的结构示意图，如图1所示，单相三相两用两电平低频电源电路包括变压器10、第一整流器20、第二整流器30、具有第一桥臂40和第二桥臂50的第一单相逆变器(图中未标号)、具有第三桥臂60和第四桥臂70的第二单相逆变器(图中未标号)以及第一开关S1和第二开关S2，其中，第一单相逆变器的输出端口标示为A1和A2，第单相逆变器的输出端口标示为B1和B2。
具体的，变压器10的输入端连接外接电源，变压器10的第一输出端与第一整流器20、第一单相逆变器依次级联，变压器10的第二输出端与第二整流器30、第二单相逆变器依次级联；其中，变压器10为三相三绕组变压器，高压绕组额定电压为10kV，两个低压绕组的额定电压为690V。第一整流器20的交流侧与变压器10的第一输出端相连接，第一整流器20的直流侧与第一桥臂40、第二桥臂50依次级联；第二整流器30的交流侧与变压器10的第二输出端相连接，第二整流器30的直流侧与第三桥臂60、第四桥臂70依次级联。通过第一整流器20、第二整流器30可以分别将变压器10输出的交流电整流成直流电。
第一开关S1和第二开关S2连接在第一桥臂40与第二桥臂50之间，第一开关S1和第二开关S2还与第二单相逆变器相连接，第一开关S1和第二开关S2可操作地同时关闭第一桥臂40与第二桥臂50的电连接，使得第一桥臂40和第二桥臂50构成第一单相逆变器，同时，第三桥臂60和第四桥臂70构成第二单相逆变器，此时，第一单相逆变器的输出电源经由输出端口A1和A2输出，第二单相逆变器的输出电源经由输出端口B1和B2输出。第一开关S1和第二开关S2还可操作地同时断开第一桥臂40与第二桥臂50的电连接，使得第二桥臂50、第二单相逆变器构成三相逆变器，此时，该三相逆变器的输出电源经由输出端口B1、B2和A2输出。
其中，第一单相逆变器、第二单相逆变器和三相逆变器均为两电平逆变器。
此外，第一开关S1和第二开关S2均可以连接有一控制器(未图示)，可以藉由该控制器发送控制信号来控制第一开关单元80的关闭或断开，该控制器可以为一数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)。此外，每一个桥臂还连接有控制电路(未图示)，再对桥臂进行组合构建单相逆变器或三相逆变器之后，单相逆变器或三相逆变器可以在控制电路的作用下，能够将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源，以输出给输电线路或负荷设备。
在一个实施例中，参照图1所示，第一整流器20和第二整流器30均采用三相桥式整流器。其中，三相桥式整流器是由六个整流二极管(图中未标号)作桥式连接，两两整流二极管相对接，通过采用三相桥式整流器能够将工频电源进行整流，经中间直流环节平波后为逆变电路提供所需的直流电源，同时能够吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压，从而避免由此而损坏变频器。
在一个实施例中，参照图1所示，第一桥臂40、第二桥臂50、第三桥臂60和第四桥臂70均包括一电容(图中未标号)和两个IGBT管(图中未标号)，两个IGBT管相串联再和电容并联，其中，该电容的值可以为8mF，且每个IGBT管还反并联一二极管。在实际应用中，电容的值还可以为其他值，本发明实施例对具体的数值不加以限定。
本实施例中，通过在各桥臂前分别并联一电容，能够减小直流电压和电流的波动，起到对整流电路的输出进行滤波的作用。
在一个实施例中，第一开关S1和第二开关S2均为单刀双掷开关，其中，第一开关S1设置在第一整流器20的高电平母线上，第二开关S2设置在第一整流器20的低电平母线上。
在一个实施例中，参照图1所示，第一开关S1的动触点与第二桥臂50连接，第一开关S1的两个静触点a、b分别与第一桥臂40、第二整流器30的高电平母线相连接；第二开关S2的动触点与第二桥臂50连接，第二开关S2的两个静触点a、b分别与第一桥臂40、第二整流器30的低电平母线相连接。
当第一开关S1、第二开关S2的动触点分别接通第一开关S1、第二开关S2的静触点a时，第一桥臂40和第二桥臂50并联组成第一单相逆变器，同时第三桥臂60和第四桥臂70并联组成第二单相逆变器。也就是说，此时，整体电路包括两个单相低频电源。
当第一开关S1、第二开关S2的动触点分别接通第一开关S1、第二开关S2的静触点b时，第一整流器20和第一桥臂40相连，不构成任何电路，也不工作，此时，第二整流器30和第二桥臂50、第三桥臂60、第四桥臂70相互连接，组成三相低频电源。
需要说明的是，第一开关和第二开关在单相三相两用两电平低频电源电路中的连接结构并不局限于上述设置，在其他实施方式中，还可以进行其他设置。本发明实施例对于第一开关和第二开关在单相三相两用两电平低频电源电路中的连接结构不作具体限定。
进一步地，参照图1所示，每个桥臂的中点还分别串联有一输出电感，其中，桥臂的中点即为该桥臂的两个IGBT中间的连接点。每个桥臂模块的中点都通过一个输出电感输出，该输出电感的电感量可以为0.2mH。在实际应用中，输出电感的电感量还可以为其他值，本发明实施例对具体的数值不加以限定。
本实施例中，通过连接有输出电感可以实现对输出电压进行滤波，进而可以消除浪涌、启动脉冲以及其他脉冲波形对输出电压的干扰。
在一个实施例中，继续参照图1所示，本发明提供的单相三相两用两电平低频电源电路还可以包括第三开关S3，第三开关S3可操作地同时关闭第一桥臂的中点与第三桥臂的中点的电连接、以及第二桥臂的中点和第四桥臂的中点的电连接，使得第一单相逆变器与第二单向逆变器的输出并联。优选地，第三开关S3为一双刀单掷开关。
具体来说，当第一开关S1、第二开关S2的动触点分别接通第一开关S1、第二开关S2的静触点a时，单相三相两用两电平低频电源电路工作在两组单相低频电源的状态，此时闭合第三开关S3，可以使两个单相低频电源的输出并联，并联后的电源可以经由输出端口A1和A2输出，从而增大输出电流大小。
本实施例中，通过在单相三相两用两电平低频电源电路中设置第三开关，当电路工作在两组单相低频电源的状态，此时闭合第三开关，可以使两个单相低频电源的输出并联，从而增大输出电流大小。
在一个实施例中，继续参照图1所示，本发明提供的单相三相两用两电平低频电源电路还可以包括第四开关S4，第四开关S4可操作地关闭第一桥臂的中点与第四桥臂的中点的电连接，使得第一单相逆变器与第二单向逆变器的输出串联。优选地，第四开关S4为一单刀单掷开关。
具体来说，当第一开关S1、第二开关S2的动触点分别接通第一开关S1、第二开关S2的静触点a，且断开第三开关S3时，单相三相两用两电平低频电源电路工作在两组单相低频电源的状态，此时闭合第四开关S4，可以使两个单相低频电源的输出串联，串联后的电源可以经由输出端口A2和B1输出，从而增大输出电压大小。
本实施例中，通过在单相三相两用两电平低频电源电路中设置第四开关，当电路工作在两组单相低频电源的状态，此时断开第三开关，可以使两个单相低频电源的输出串联，从而增大输出电压大小。
本发明实施例提供的单相三相两用两电平低频电源电路，通过开关对不同桥臂之间进行电路组合，可以方便地组合出单相低频电源和三相低频电源，进而可以使用低频短路法对工作变压器进行加热，从内部将变压器器身绝缘加热到指定的温度，达到干燥变压器的效果。相对于热油循环方法，低频加热电源方法可大大加快温度上升的速度，缩短加热时间，改善干燥加热效果。另外在电源电路中采用的两电平逆变器具有简单可靠、控制成熟的优点，对于低频加热电源来说更加实用、且经济性较高；此外，还可以在电路中通过开关对两个单相低频电源的串并联组合，以提高输出电压或者输出电流。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种单相三相两用两电平低频电源电路，其特征在于，包括变压器、第一整流器、第二整流器、具有第一桥臂和第二桥臂的第一单相逆变器以及具有第三桥臂和第四桥臂的第二单相逆变器；
所述变压器的输入端连接外接电源，所述变压器的第一输出端与所述第一整流器、所述第一单相逆变器依次级联，所述变压器的第二输出端与所述第二整流器、所述第二单相逆变器依次级联；
还包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关可操作地同时关闭或断开所述第一桥臂与所述第二桥臂的电连接，使得所述第一桥臂和所述第二桥臂构成所述第一单相逆变器，或者使得所述第二桥臂和所述第二单相逆变器构成三相逆变器；
其中，所述第一单相逆变器、所述第二单相逆变器和所述三相逆变器均为两电平逆变器；
所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述第三桥臂和所述第四桥臂均包括一电容和两个IGBT管，两个所述IGBT管相串联再和所述电容并联，且每个所述IGBT管还反并联一二极管；
所述第一开关和所述第二开关均为单刀双掷开关；
所述第一开关设置在所述第一整流器的高电平母线上；
所述第二开关设置在所述第一整流器的低电平母线上；
所述第一开关的动触点与所述第二桥臂连接，所述第一开关的两个静触点分别与所述第一桥臂、所述第二整流器的高电平母线相连接；
所述第二开关的动触点与所述第二桥臂连接，所述第二开关的两个静触点分别与所述第一桥臂、所述第二整流器的低电平母线相连接。
2.根据权利要求1所述的单相三相两用两电平低频电源电路，其特征在于，所述第一整流器和所述第二整流器均采用三相桥式整流器。
3.根据权利要求1所述的单相三相两用两电平低频电源电路，其特征在于，每个桥臂的中点还分别串联有一输出电感。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的单相三相两用两电平低频电源电路，其特征在于，还包括第三开关，所述第三开关可操作地同时关闭所述第一桥臂的中点与所述第三桥臂的中点的电连接、以及所述第二桥臂的中点和所述第四桥臂的中点的电连接，使得所述第一单相逆变器与所述第二单相逆变器的输出并联。
5.根据权利要求4所述的单相三相两用两电平低频电源电路，其特征在于，所述第三开关为一双刀单掷开关。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的单相三相两用两电平低频电源电路，其特征在于，还包括第四开关，所述第四开关可操作地关闭所述第一桥臂的中点与所述第四桥臂的中点的电连接，使得所述第一单相逆变器与所述第二单相逆变器的输出串联。
7.根据权利要求6所述的单相三相两用两电平低频电源电路，其特征在于，还包括第四开关，所述第四开关可操作地关闭所述第一桥臂的中点与所述第四桥臂的中点的电连接，使得所述第一单相逆变器与所述第二单相逆变器的输出串联。
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