CN109803462A - 一种变压器直流加热电源 - Google Patents

Abstract

一种变压器直流加热电源，包括三相交流电源、三相桥式整流电路、滤波电路、开关电路、续流电路，其中所述三相交流电源与三相桥式整流电路的输入端相连，所述三相桥式整流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端与开关电路的输入端相连，开关电路的输出端与续流电路的输入端相连，直流加热电源的输出端与变压器相连。加热时热量是从变压器绝缘的内部产生，因此加热效率很高、耗时短、除湿效果显著。并且对变压器绕组带电加热时，加热功率可以通过调节一次侧所加电源电压大小来进行调节以满足温度需要，该方法适用于变压器出厂及现场加热干燥。

Description

一种变压器直流加热电源

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种变压器直流加热电源。

背景技术

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。

目前常用的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，因此它们的含水量对变压器的安全运行有着十分重要的意义。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。

在变压器内，除了制造时变压器的内部水分与运行时从外部侵入的水分之外，运行时油纸的绝缘老化导致其自身也会产生水分，这些水分被绝缘介质吸收后反过来又参与纤维素降解老化过程。如果含水量越大，纤维素的裂解反应就越强烈，从而纸的聚合度下降得越快，这会加速绝缘系统介电强度的降低以及变压器各项性能的劣化，直接或间接地影响到变压器的使用寿命。因此一般认为，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。

传统的变压器干燥除湿技术包括工频电源及低频电源加热，其中工频加热的加热容量十分巨大，现场难以实施。相比于工频加热，低频加热的施加电压大大降低，完成同样的加热电流，所需电源的加热容量大幅减小，不论是在工厂还是变压器使用现场，更加便于实施和使用，但是低频电源成本更高。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明提供一种适用于变压器加热的开关式直流加热电源，该电源可以根据温度需要调节输出的电压幅值，利用绕组发热的方式对变压器进行加热。与传统的工频电源及低频电源加热相比，具有成本低、体积小巧的优点，而且采用开关式直流电源设计，无需同步电路，具有电网侧功率因素高、对电网侧谐波注入小的优点。

本发明公开了一种变压器直流加热电源，具体采用以下技术方案。

一种变压器直流加热电源，包括三相交流电源、三相桥式整流电路、滤波电路、开关电路、续流电路，其中所述三相交流电源与三相桥式整流电路的输入端相连，所述三相桥式整流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端与开关电路的输入端相连，开关电路的输出端与续流电路的输入端相连，直流加热电源的输出端与变压器相连。

进一步地，变压器直流加热电源还包括电流电压检测电路，电流电压检测电路中的主控芯片通过将检测的电流电压数值与芯片内部设定的保护值比较判断，如果判定电流或电压异常，则主控芯片发出保护指令，暂停IGBT工作，进而保护IGBT不因过流过压原因而损坏，如果判定为正常，则主控芯片将获得的电流电压采样数值在内部进行处理，计算出此时输出功率大小，并将计算出的功率值与预设定的功率进行比较，如果功率偏大，主控芯片将PWM波占空比逐步减小，并实时监控电流电压检测电路返回的采样值。

开关电路采用IGBT的形式。采用推拉式输出驱动IGBT快速导通和截止。采用推拉式驱动作用有两个：一是降低IGBT开关损耗；二是能独立调节导通时间和截止时间。IGBT功率损耗与IGBT的饱和压降、导通电流和开关状态转换的时间成正比。采用推拉式驱动，一方面激励电流能推动IGBT迅速饱和导通；另一方面拉电路使IGBT的基区电荷迅速抽出，因此能迅速截止，使关断时间大为缩短。IGBT栅极电阻大小对IGBT开通和关断时间影响较大。

进一步地，三相桥式整流电路由六个相同型号的二极管组成。

进一步地，滤波电路为滤波电容器。

进一步地，开关电路为开关管。

进一步地，续流电路为续流二极管。

进一步地，开关管的受控端与驱动信号装置的输入端相连。

本发明的工作原理为：

对变压器直流加热时，其等效电路如图1所示。

等效电路中的X1、R1为加压侧绕组的漏感感抗及电阻。一般变压器设计中，绕组的漏感感抗远大于绕组电阻。当在A端和X端施加直流电压时，通过绕组电阻R1产生的发热功率能够对变压器的绝缘材料加热，达到去除绝缘材料水分的目的。

在不可控三相整流电路中，整流后的不可调节直流电压经过调节开关管的波形占空比就可以达到调节输出直流电压的目的。

该方法加热时热量是从变压器绝缘的内部产生，因此加热效率很高、耗时短、除湿效果显著。并且对变压器绕组带电加热时，加热功率可以通过调节一次侧所加电源电压大小来进行调节以满足温度需要，该方法适用于变压器出厂及现场加热干燥。

附图说明

下面结合附图对本技术方案作进一步说明：

图1是本发明的变压器直流加热时的等效电路图。

图2是本发明的直流加热电源的示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种变压器直流加热电源，包括三相交流电源1、三相桥式整流电路2、滤波电路3、开关电路4、续流电路5，其中所述三相交流电源1与三相桥式整流电路2的输入端相连，所述三相桥式整流电路2的输出端与滤波电路3的输入端相连，所述滤波电路3的输出端与开关电路4的输入端相连，开关电路4的输出端与续流电路5的输入端相连，直流加热电源的输出端与变压器相连。

三相桥式整流电路2由六个相同型号的二极管组成。

滤波电路3为滤波电容器。

开关电路4为开关管。

续流电路5为续流二极管。

开关管的受控端与驱动信号装置的输入端相连。

直流加热电源工作时，三相不可控桥式整流电路2输出固定直流电压Ud，滤波电路将整流后的输出电压进行滤波，尽可能减小输出电压中的脉动成分。当给开关管D的控制信号g施加一定频率的波脉宽调制信号时，其输出端子DC1、DC2可以输出高低不同的直流电压，电压的调节可以控制开关管的占空比来完成。电路中，当开关管开通时，电流由开关管输出到R1、X1回到整流电路的负极。当开关管关断时，由于X1的存在，电感中的电流会由R1、X1、D组成的续流回路维持电流的流通。通常X1远大于R1，回路的时间参数很大，变压器加热电流为平滑的直流电流。

本发明的开关电路采用IGBT的形式。采用推拉式输出驱动IGBT快速导通和截止。采用推拉式驱动作用有两个：一是降低IGBT开关损耗；二是能独立调节导通时间和截止时间。IGBT功率损耗与IGBT的饱和压降、导通电流和开关状态转换的时间成正比。采用推拉式驱动，一方面激励电流能推动IGBT迅速饱和导通；另一方面拉电路使IGBT的基区电荷迅速抽出，因此能迅速截止，使关断时间大为缩短。IGBT栅极电阻大小对IGBT开通和关断时间影响较大。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种变压器直流加热电源，包括三相交流电源、三相桥式整流电路、滤波电路、开关电路、续流电路，其中所述三相交流电源与三相桥式整流电路的输入端相连，所述三相桥式整流电路的输出端与滤波电路的输入端相连，所述滤波电路的输出端与开关电路的输入端相连，开关电路的输出端与续流电路的输入端相连，直流加热电源的输出端与变压器相连；其中开关电路采用IGBT的形式，并且采用推拉式输出驱动IGBT快速导通和截止，使得IGBT开关损耗降低并且能独立调节导通时间和截止时间；

其中变压器直流加热电源还包括电流电压检测电路，电流电压检测电路中的主控芯片通过将检测的电流电压数值与芯片内部设定的保护值比较判断，如果判定电流或电压异常，则主控芯片发出保护指令，暂停IGBT工作，进而保护IGBT不因过流过压原因而损坏，如果判定为正常，则主控芯片将获得的电流电压采样数值在内部进行处理，计算出此时输出功率大小，并将计算出的功率值与预设定的功率进行比较，如果功率偏大，主控芯片将PWM波占空比逐步减小，并实时监控电流电压检测电路返回的采样值。

2.根据权利要求1的变压器直流加热电源，其中所述三相桥式整流电路由六个相同型号的二极管组成。

3.根据权利要求1的变压器直流加热电源，其中所述滤波电路为滤波电容器。

4.根据权利要求1的变压器直流加热电源，其中所述开关电路为开关管。

5.根据权利要求1的变压器直流加热电源，其中所述续流电路为续流二极管。

6.根据权利要求4的变压器直流加热电源，其中所述开关管的受控端与驱动信号装置的输入端相连。