CN1140027C - 全波/半波自动重复频率充放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电工技术领域，涉及全波/半波自动重复频率充放电电路，包括由控制放电的开关、负载和电容组成的放电回路和分压器，充电回路由L-C恒流源电路，高压变压器、以及分别连于该高压变压器的原边及副边的一对桥式整流电路或可控硅和高压硅堆所组成，还包括分别与该充电回路和放电回路相连的充放电触发信号控制单元。本发明具有充电效率高、可数码预置充电电压值、充电电压精度高；放电稳定、工作范围宽广等优点，可显著提高劳动生产率。

Description

全波/半波自动重复频率充放电电路

技术领域    本发明属于电工技术领域，特别涉及用于避雷器阀片试验、脉冲电容器的寿命试验、雷达用调制器等场合的重复频率充放电电路设计。

背景技术    现有重复频率充放电技术主要采用下面两种传统方法：恒压充放电法及C-L-C振荡充放电法。图1为恒压充放电电路图。图中，电容器C左边为充电回路，它由调压器T’、高压变压器T₁、全波桥式整流器B、限流电阻R和电容器C组成。根据高压变压器T₁容量大小和整流器B允许通过的电流来选用限流电阻R的大小和容量。电容器C右边为放电回路，它由控制放电的开关G、负载R_F和电容C组成。当开关G接收电脉冲(或其他控制信号)击穿时，电容C先充好的能量通过开关G向负载R_F释放，这时负载R_F上通过放电电流，负载吸收能量。R₁/R₂是一分压器，用来测量电容器C上电压大小。图2为C-L-C振荡充放电电路图。图中，经调压器T’，三相全波整流器B对储能电容器C充电。然后C再经电感L和硅堆D给人工形成线F中电容器充电，同时给闸流管T_G提供阳极电压。当闸流管T_G上控制栅接收控制信号后，闸流管T_G导通，人工形成线F对脉冲变压器T₁原边放电。这时在T₁副边得到高电压脉冲加到负载R_F上。

对于恒压法，由于保护电阻R的存在，其充电效率只有50％，严重影响最大重复频率值；而对于C-L-C振荡法，由于回路不再有充电电阻，充电效率获得了提高，但同前一种方法一样，都存在一个缺陷：充电的电压值不易精确控制。上面两种电路的充电电压值一般是通过多次调节电源调压器输出值，借助示波器比较多次充放电波形来确定某一所需充电电压值的调压器对应位置，既耗时又易受人为因素影响。对于需经常变换充电电压值的场合很不实用。

已有的电压预置或采用传统的调压器输出定位法，或采用调节一只可调电阻阻值预置法，或采用多只电阻的分档切换法。其缺点是：前两种方法对照示波器多次调节，既耗时又易受人为因素影响，对于需经常变换充电电压值的场合不实用；后一种方法无法实现连续调节。而别单位用一双向可控硅代替整流桥单向可控硅组合单元，这样需设计隔离的双路触发信号。

发明内容  本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种自动重复频率充放电电路及其装置，在其电路中采用了L-C恒流源技术，场畸变火花开关，具有可随时改变预置，一经预置拨码值便是最终充电电压值；可简化可控硅触发电路的设计；放电稳定、工作寿命长、工作范围宽、开关在较长工作范围内不用调整等优点。

本发明提出一种全波自动重复频率充放电电路，包括充电回路、放电回路和分压器，所说的放电回路由控制放电的开关、负载和电容组成，其特征在于，所说的充电回路由一T形四端网络构成的L-C恒流源电路，连于该L-C恒流源电路输出端的高压变压器、以及分别连于该高压变压器的原边及副边的一对桥式整流电路所组成，还包括由桥式整流和可控硅组成的控制停止充电的电路，分别与该充电回路和放电回路相连的具有精密电压控制的充放电触发信号控制单元。本发明还提出一种半波自动重复频率充放电电路，包括充电回路、放电回路和分压器，所说的放电回路由控制放电的开关、负载和电容组成，其特征在于，所说的充电回路由一T形四端网络构成的L-C恒流源电路，连于该L-C恒流源电路输出端的高压变压器、以及分别连于该高压变压器的原边及副边的可控硅和高压硅堆所组成，还包括分别与该充电回路和放电回路相连的具有精密电压控制的充放电触发信号控制单元。

上述两种自动重复频率充放电电路中的充放电触发信号控制单元可由指轮拨码、BCD码—二进制码制转换、数模转换、比较器所组成，所说的指轮拨码开关设置预充高压值，所说的BCD码—二进制码转换电路将指轮拨码的BCD码转换为二进制码，再通过数模转换芯片及运放转变为模拟电压输出，此电压与分压器输入信号经过比较器比较，根据比较结果来决定是否触发充电停止可控硅，达到可用数码方式预置所充高压值的目的。

上述的自动重复频率充放电电路中的控制放电的开关可采用场畸变火花开关，该开关由上电极、下电极，位于该上、下电极形成的间隙中间的触发极，支撑两个主电极的绝缘筒及上下绝缘盘，该触发极由上下绝缘盘固定几何位置，并通过两端锁紧螺母、垫圈将开关各部件锁紧形成一整体，该触发极两端和压紧螺母和气嘴连接。该开关工作寿命长、放电稳定、开关在较长工作范围内不用调整。

本发明的工作原理结合图3简述如下：

(1)T型L-C恒流源简析

图3中所示的L-C恒流源电路为一T形四端网络，简析此电路可知：

当恒流源的L₁(L₁＝L₂＝L)与C满足ω²LC＝1，且电感品质因数Q值足够高时，变换器输出端电流几乎与负载阻抗无关而与U₁成正比，在极限情况下，也就是当绕组的电阻可以忽略不计(Q→∞，R→0)，并且认为耦合系数K_C等于1时，有如下电流表达式： ${\stackrel{\·}{I}}_2=-j{\stackrel{\·}{U}}_1/2\mathrm{\ωL},$ 即输出电流不随负载变化，故称为恒流输出。

恒流输出的优点是：充电效率高、可短路工作。在图3中是利用可短路工作的特点当充电电压达到所需值时，触发可控硅使L-C输出短路而停止充电过程。由于I₂保持不变，换路时电路中不会出现暂态过程。而恒压充电电路无此优点。

对图3电路，其充放电最大重复频率f为： $f=2I_{3m}/\mathrm{\π}{C}_2{U}_C,$ 如C₂，U_C一定，最大重复频率通过调节I₃来改变。而调节I₃一是通过在L-C前面接入调压器，调节调压器输出来实现；二是省掉调压器，将L-C恒流源的L分抽头、C分组，再通过切换将不同组合的L-C接入电路来实现。

本发明的特点及效果：

(1)本发明由指轮拨码、码制转换、数模转换组成充放电触发信号控制单元，可随时改变预置，一经预置拨码值便是最终充电电压值。

(2)本发明的全波充电回路采用了双整流桥技术，高压实验变压器前级有一个整流桥单向可控硅组合单元，此技术可简化可控硅触发电路的设计

(3)本发明的半波充放电电路结构简单，适用于只有单套管高压变压器的场合。

(4)本发明的放电回路中采用场畸变火花开关，放电稳定、工作寿命长、工作范围宽、开关在较长工作范围内不用调整。

(5)由于本发明的电路具有高效充电、稳定放电、数码设置及自动运行的特点，大大减轻了试验员工作压力及避免了人为因素对试品造成的损坏，有效提高了产品质量和劳动生产率。

附图说明

图1为已有技术中的恒压充放电电路原理图。

图2为已有技术中的C-L-C振荡充放电电路原理图。

图3为本发明的全波自动重复频率充放电电路原理图。

图4为本发明半波自动重复频率充放电电路原理图。

图5为本发明的场畸变火花开关实施例结构示意图。

图6为本发明的充放电触发信号控制单元总体结构及原理框图。

图7为本发明的充放电触发信号控制单元实施例中的BCD码—二进制码转换电路及数模转换器部分电路图。

图8为本发明的充放电触发信号控制单元实施例中的精密放大单元，比较器，及延时单元电路部分电路图。

具体实施方式    本发明的自动重复频率充放电电路实施例结合各附图详细说明如下：

本发明的一种全波自动重复频率充放电电路实施例如图3所示。

电路工作过程简述如下：图3中L-C恒流源由电感L₁、L₂及电容C₁组成T形四端网络。恒流源输出电流I₂给高压变压器T₂提供原边输入电流。变压器T₂副边输出电流I₃、电压U₃经桥式整流电路B₂向放电回路主电容C₂充电。放电回路由主电容C₂、场畸变火花开关G₁和负载R_F组成。分压器R₁/R₂用来测量主电容C₂上电压，并自动输入到充放电触发信号控制系统控制充放电的重复执行。由四只二极管组成的桥式整流B₁和可控硅SCR组成控制停止充电的电路。当主电容C₂上电压U_C到达预定值，由控制系统发出停止充电信号，这时可控硅SCR导通，恒流源输出电流I₂就通过可控硅SCR，高压变压器T₂没有电流流过，主电容C₂上充电停止。G₁是场畸变火花开关，r₁/r₂是开关触发极固定电位用的分压器。当C₂充满电荷，控制系统给出开关触发信号加到开关触发单元时，高压触发脉冲经耦合电容加到触发极上。这时开关主电极间电场强烈畸变，开关放电导通。这样，完成了一次充放电，第二次充放电自动连续下去。为使上述电路工作更可靠，在电路输入端还可设置一过流保护的熔断器FU1，在变压器的原边设置一过压保护继电器DJ。

本发明的一种半波自动重复频率充放电电路实施例如图4所示。它是由图3转变而来，适用于单套管高压变压器的场合。装置主要由下列元器件组成：L₁，L₂为恒流源电感，C₁为恒流源电容，SCR为可控硅，T为高压试验变压器，C₂为充电电容，R₁，R₂为分压器，G₁为场畸变火花开关，D为高压硅堆，R_F为放电负载。本电路工作过程简述如下：充电过程开始，L-C恒流源输出电流I₂通过高压变压器T对电容C₂充电，分压器对C₂上充电电压值进行采样，此采样值送入充放电触发信号控制系统。当充电电压值达到设定值时，由充放电触发信号控制系统给出触发信号去触发控制充电停止的可控硅SCR，可控硅导通，L-C恒流源输出短路，停止对C₂充电，C₂上电压保持不变(实际上有漏泄放存在)，直到控制系统输出信号给开关触发单元，场畸变火花开关触发信号到来，开关G₁放电，C₂将能量对负载释放，新的充电过程又重新开始。充放电过程按一定频率自动重复进行。

本发明的场畸变火花开关结构实施例如图5所示。开关主间隙d_s由上电极2、下电极5形成，触发极4位于主间隙中间1/2d_s处。触发极引入不改变主间隙电场的均匀性。3是支撑两个主电极2、5的绝缘筒，为了增大沿面放电距离，内外表面都开槽31、32。触发极4由上下绝缘盘1和6固定几何位置，并通过两端锁紧螺母8、垫圈7将开关各部件锁紧形成一整体。同时触发极4又是气体循环流动连接件，两端和压紧螺母9和气嘴10连接，一端进气，一端出气，让气体自动更换式循环，以保证多次放电后主间隙绝缘强度不会下降。

本发明设计的一套具有精密电压控制的充放电触发信号控制单元，其主要特点是：采用指轮拨码设置预充电压值，以实现在要求精度范围内充电电压值连续可调的目的。结合图6，图7和图8分别详细说明如下：

图6为为本发明的充放电触发信号控制单元总体结构及原理框图。包括指轮拨码开关、BCD码—二进制码转换电路、数模转换电路，由多片集成运放构成的精密放大单元，比较电路和放电触发延时电路。其中，指轮拨码开关(根据精度要求选择位数)用于设置预充高压值，BCD码—二进制码转换电路(由多片74184码制转换芯片组合而成)将指轮拨码的BCD码转换为二进制码，再通过数模转换芯片(如AD7520)及运放转变为模拟电压输出，此电压与分压器输入信号经过比较器比较，根据比较结果来决定是否触发充电停止可控硅。

触发信号同时送至一时延单元(由74123模块组成)，再经过放大后去触发场畸变火花开关，启动放电过程。调节时延单元中的时延电阻便可对重复频率进行调节。

图7为本发明的充放电触发信号控制单元实施例中的BCD码—二进制码转换电路及数模转换器部分电路图。图8为本发明的充放电触发信号控制单元中的精密放大单元，比较器，及延时单元电路部分电路图。

图7中2片74LS04和6片74184将JZ1和JZ2输入的3位拨码指轮提供的BCD码转换为二进制码，再经过AD7520及LM741实现数模转换。

图8中IC1、IC2、IC3(皆为LM741)组成的精密放大单元，有很强的抑制共模干扰能力，IC4(LM311)为比较器，IC10(74LS123)及外围元件组成延时单元电路，R21为放电延时调节电阻，本图输出的两路信号分别为可控硅触发信号和火花开关触发信号。

对使用三位拨码情形，运行结果表明，在2KV-40KV(设计要求)充电范围内，预置电压值与最终储能电容上的充电电压值误差可控制在±2％内(误差主要取决于分压器精度)。

由于是预先设置好指轮拨码，再开始充放电过程，故对数模转换芯片几乎没有转换速率的要求，这样可降低产品成本。

Claims (4)

1.一种全波自动重复频率充放电电路，包括充电回路、放电回路和分压器，所说的放电回路由控制放电的开关、负载和电容组成，其特征在于，所说的充电回路由一T形四端网络构成的L-C恒流源电路，连于该L-C恒流源电路输出端的高压变压器、以及分别连于该高压变压器的原边及副边的一对桥式整流电路所组成，还包括在原边由桥式整流和可控硅组成控制停止充电的电路，分别与该充电回路和放电回路相连的具有精密电压控制的充放电触发信号控制单元。

2.一种半波自动重复频率充放电电路，包括充电回路、放电回路和分压器，所说的放电回路由控制放电的开关、负载和电容组成，其特征在于，所说的充电回路由一T形四端网络构成的L-C恒流源电路，连于该L-C恒流源电路输出端的高压变压器、以及分别连于该高压变压器的原边及副边的可控硅和高压硅堆所组成，还包括由桥式整流和可控硅组成的控制停止充电的电路，分别与该充电回路和放电回路相连的具有精密电压控制的充放电触发信号控制单元。

3.根据权利要求1或2所述自动重复频率充放电电路，其特征在于，所说的充放电触发信号控制单元由指轮拨码、BCD码—二进制码转换、数模转换、比较器及运放所组成，所说的指轮拨码开关设置预充高压值，所说的BCD码—二进制码转换电路将指轮拨码的BCD码转换为二进制码，再通过数模转换芯片及运放转变为模拟电压输出，此电压与分压器输入信号经过比较器比较，根据比较结果来决定是否触发控制停止充电的可控硅。

4.根据权利要求1或2所述自动重复频率充放电电路，其特征在于，所说的控制放电的开关采用场畸变火花开关，该开关由上电极、下电极，位于该上、下电极形成的间隙中间的触发极，支撑两个主电极的绝缘筒及上下绝缘盘，该触发极由上下绝缘盘固定几何位置，并通过两端锁紧螺母、垫圈将开关各部件锁紧形成一整体，该触发极两端和压紧螺母和气嘴连接。

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