CN207339661U - 并联式变频脉宽调制方波谐振电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种并联式变频脉宽调制方波谐振电源，包括：与外接电源相连接的电源输入模块；n个与电源输入模块相连接的整流滤波模块；与整流滤波模块相连接并产生四路初级PWM信号的PWM逆变功率模块；与PWM逆变功率模块相连接，并调整各路初级PWM信号形成四路控制PWM信号的相位矫正模块；n个与整流滤波模块一一对应并由控制PWM信号控制的电压控制型IGBT桥式逆变模块；与IGBT桥式逆变模块相连接的励磁变压器；与励磁变压器相连接并与被试品相连接而形成谐振回路的谐振单元。本实用新型采用并联方案来提高电源的输出电压和功率，从而为大功率的现场交流耐压试验提供支持，且其系统稳定性和可靠性较高，满足试验要求。

Description

并联式变频脉宽调制方波谐振电源

技术领域

本实用新型属于电工计数及高压电气领域，具体涉及一种并联式变频脉宽调制方波谐振电源。

背景技术

随着国家大力发展海上风力发电及海岛用电；特高压的超长管道母线，及城市电网改造等，以上几种情况中需要对高压长电缆及高压管道母线的交流耐压试验需求也越来越多。在没有交流耐压设备前，大都对其进行直流耐压试验，但直流耐压试验存在着诸多对高压设备的损伤的问题，而有了大容量设备后才可采用国际通用的交流耐压。

高压串联谐振试验设备采用的变频电源基本采用脉宽调制方波变频电源，它具有良好的高压放电抗冲击能力、效率高等优点。但变频脉宽调制方波谐振电源在现场试验时输出电压和功率有限，没有相应可并联的试验设备，现场需要大功率方波谐振电源时会由于运输困难以及时间有限等因素无法完成相应试验。同时相应的并联方波谐振电源技术不太成熟，多台变频方波谐振电源并联时输出方波的同相位难以得到保障，因此谐振系统可靠性就难以得到保正。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够提高电源电压和功率且系统可靠性较好的并联式变频脉宽调制方波谐振电源。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种并联式变频脉宽调制方波谐振电源，用于针对被试品进行交流耐压试验，所述并联式变频脉宽调制方波谐振电源包括：

与外接电源相连接的电源输入模块；

分别与所述电源输入模块相连接的n个整流滤波模块；

与所述整流滤波模块相连接并用于产生四路初级PWM信号的PWM逆变功率模块；

与所述PWM逆变功率模块相连接，并调整各路所述初级PWM信号的相位使其一致而形成四路控制PWM信号的相位矫正模块；

n个与各所述整流滤波模块一一对应的电压控制型IGBT桥式逆变模块，n为大于1的整数；每个所述IGBT桥式逆变模块中包括四个桥式连接的IGBT管，每个所述IGBT桥式逆变模块均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端以及四个由各所述IGBT管的驱动端构成的控制端，所述第一输入端和第二输入端均与对应的所述整流滤波模块相连接，各所述控制端分别与四路所述控制PWM信号对应相连接；

用于产生高压信号的励磁变压器，各所述IGBT桥式逆变模块的第一输出端相并接后与所述励磁变压器的一个输入端相连接，各所述IGBT桥式逆变模块的第二输出端相并接后与所述励磁变压器的另一个输入端相连接；

与所述励磁变压器相连接并能够与所述被试品相连接而形成谐振回路的谐振单元。

优选的，每个所述IGBT桥式逆变模块中两个所述IGBT管相串联构成第一桥臂，另两个所述IGBT管相串联构成第二桥臂，所述第一桥臂和所述第二桥臂相并联且并联的两端分别形成所述IGBT桥式逆变模块的第一输入端和第二输入端，所述第一桥臂的中点形成所述IGBT桥式逆变模块的第一输出端，所述第二桥臂的中点构成所述IGBT桥式逆变模块的第二输出端。

优选的，各所述IGBT桥式逆变模块中对应的所述IGBT管连接相同的一路所述控制PWM信号。

优选的，每个所述IGBT管的源极和漏极之间均并联有二极管。

优选的，所述谐振单元包括与所述被试品构成所述谐振回路的电抗器、电容器。

优选的，所述谐振单元还包括用于对所述高压信号进行测量用的分压器。

优选的，所述整流滤波模块的一个输出端经直流正极母线连接至对应的所述IGBT桥式逆变模块的第一输入端，所述整流滤波模块的另一个输出端经直流负极母线连接至对应的所述IGBT桥式逆变模块的第二输入端；每个所述IGBT桥式逆变模块所连接的所述直流正极母线和所述直流负极母线均设置于接地屏蔽结构中。

优选的，所述接地屏蔽结构包括依次设置的第一外壳接地层、三层绝缘层以及第二外壳接地层，所述直流正极母线设置于第二层所述绝缘层与第三层所述绝缘层之间，所述直流负极母线设置于第三层所述绝缘层以及第四层所述绝缘层之间。

优选的，第m个所述IGBT桥式逆变模块所对应的接地屏蔽结构中的第二外壳接地层同时作为第m+1个所述IGBT桥式逆变模块所对应的接地屏蔽结构中的第一外壳接地层，1≤m≤n-1。

优选的，各所述IGBT桥式逆变模块的第一输出端和第二输出端均通过硬质绝缘屏蔽引线引出。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型采用并联方案来提高电源的输出电压和功率，从而为大功率的现场交流耐压试验提供支持，且其系统稳定性和可靠性较高，满足试验要求。

附图说明

附图1为本实用新型的并联式变频脉宽调制方波谐振电源的原理示意图。

附图2为本实用新型的并联式变频脉宽调制方波谐振电源中部分电路的电路图。

附图3为本实用新型的并联式变频脉宽调制方波谐振电源中接地屏蔽结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1和附图2所示，一种用于针对被试品进行交流耐压试验用的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，包括电源输入隔离模块、n个（n为大于1的整数）整流滤波模块、PWM逆变功率模块、相位矫正模块、n个IGBT桥式逆变模块、励磁变压器以及谐振单元。

电源输入模块与外接电源相连接从而获得电源信号。各个整流滤波模块分别与电源输入模块相连接并对电源信号进行整流滤波，每个整流滤波模块的输出端包括正输出端和负输出端。PWM逆变功率模块与任一个整流滤波模块相连接，从而其用于产生四路初级PWM信号。为了使这四路初级PWM信号的相位保持一致，设置与PWM逆变功率模块相连接的相位矫正模块来并调整各路初级PWM信号的相位使其一致，从而形成四路控制PWM信号输出。在附图2中，在相位矫正模块402的辅助后，由401输出稳定的四路方波信号201、202、203、204，即四路控制PWM信号。

IGBT桥式逆变模块为电压控制型IGBT桥式逆变模块，且n个IGBT桥式逆变模块分别与n个整流滤波模块一一对应连接。具体的，每个IGBT桥式逆变模块中包括四个桥式连接的IGBT管，其中两个IGBT管相串联构成第一桥臂，另两个IGBT管相串联构成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂相并联，每个IGBT管的源极和漏极之间均并联有二极管。每个IGBT桥式逆变模块均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端以及四个由各IGBT管的驱动端构成的控制端，则第一桥臂和第二桥臂相并联的两端分别形成IGBT桥式逆变模块的第一输入端和第二输入端，而第一桥臂的中点形成IGBT桥式逆变模块的第一输出端，第二桥臂的中点构成IGBT桥式逆变模块的第二输出端。每个IGBT桥式逆变模块的第一输入端和第二输入端均与其对应的整流滤波模块的两个输出端相连接，而各控制端分别与四路控制PWM信号相连接。并且，在各个IGBT桥式逆变模块中，对应位置的IGBT管连接相同的一路控制PWM信号。如附图2所示，图中示出了两个IGBT桥式逆变模块，101、103分别是两个IGBT桥式逆变模块的第一输入端，二者分别与对应的整流滤波模块的一个输出端，如正输出端相连接，102、104分别是两个IGBT桥式逆变模块的第二输入端，二者分别与对应的整流滤波模块的另一个输出端，如负输出端相连接，从而通过101、102、103、104分别向两个IGBT桥式逆变模块中输入直流信号。而每个IGBT桥式逆变模块中，四个IGBT管的驱动端分别为301、302、303、304以及301’、302’、303’、304’，它们分别与201、202、203、204相连接从而获得四路控制PWM信号，来分别控制四个IGBT管，从而完成逆变的可控方波输出。其中，对应的IGBT管连接相同的一路控制PWM信号，即301、301’连接同一路控制PWM信号，302、302’连接同一路控制PWM信号，303、303’连接同一路控制PWM信号，304、304’连接同一路控制PWM信号。两个IGBT桥式逆变模块的第一输出端701、701’并接，两个IGBT桥式逆变模块的第二输出端702、702’并接，从而输出交流电。

用于产生高压信号的励磁变压器与IGBT桥式逆变模块相连接，即各IGBT桥式逆变模块的第一输出端相并接后与励磁变压器的一个输入端相连接，各IGBT桥式逆变模块的第二输出端相并接后与励磁变压器的另一个输入端相连接，从而将交流电输入到励磁变压器内。励磁变压器的两路输出中，502接地，在501端输出高电压。

谐振单元与励磁变压器相连接，它能够与被试品相连接而形成谐振回路的。通常，谐振单元包括与被试品构成谐振回路的电抗器、电容器，还可以包括用于对高压信号进行测量用的分压器。从而励磁变压器输出的高电压引入谐振单元中用以进行测试被试品。

在上述方案中，整流滤波模块的一个输出端经直流正极母线连接至其对应的IGBT桥式逆变模块的第一输入端，整流滤波模块的另一个输出端经直流负极母线连接至其对应的IGBT桥式逆变模块的第二输入端。每个IGBT桥式逆变模块所连接的直流正极母线和直流负极母线均设置于接地屏蔽结构中。如附图3所示，接地屏蔽结构包括依次设置的第一外壳接地层601、三层绝缘层1以及第二外壳接地层602，直流正极母线101设置于第二层绝缘层与第三层绝缘层之间，直流负极母线102设置于第三层绝缘层以及第四层绝缘层之间。上述以第一个IGBT桥式逆变模块对应的接地屏蔽结构为例，而当有多个IGBT桥式逆变模块并接时，第m个IGBT桥式逆变模块所对应的接地屏蔽结构中的第二外壳接地层同时作为第m+1个IGBT桥式逆变模块所对应的接地屏蔽结构中的第一外壳接地层，1≤m≤n-1。即如附图2中，第1个IGBT桥式逆变模块的第二外壳接地层602同时也为第2个IGBT桥式逆变模块的第一外壳接地层，而603为第2个IGBT桥式逆变模块的第二外壳接地层。

在上述方案中，各IGBT桥式逆变模块的第一输出端和第二输出端均通过硬质绝缘屏蔽引线引出，即701、702、701’、702’均采用硬质绝缘屏蔽引线，该硬质绝缘屏蔽引线的结构与输入侧的接地屏蔽结构相类似，不再赘述。

综上所述，该方案中：

1、本方案是为了解决高电压试验时电压及功率要求高而难以实现的问题，其采用多台同种变频脉宽调制方波谐振电源，即IGBT桥式逆变模块并联的方式来满足现场的具体实验要求。

2、多台同种变频脉宽调制方波谐振电源并联并且相位一致的情况下，电压相互并联来达到输出的较高电压，完成相应电压等级的现场实验，并且也可以单台单独工作，十分便捷高效。

3、多台变频脉宽调制方波谐振电源并联时输出脉宽相位的同步性非常重要，因此本方案对设备输出的同步性要求很高。以前设备的结构和布线等可以现对随意，但相互并联的设备中结构必须相似且对称，各元器件相互作用以及布线不同所产生的寄生电感电容会对输出波形同步性产生影响这对并联系统是致命的，因此对多台方波谐振电源的结构和布线有严格的要求，各元器件和布线都十分规范并且一致所以在实际情况下系统十分稳定。

4、原本以电压型控制IGBT的输出系统改变为以电流型控制IGBT的输出系统，由于电流对比电压对电感和电容引起的变化较小使得输出波形相位更加稳定，这样也就增强了整个系统的可靠性。

5、相同工艺生产的变频脉宽调制方波谐振电源存在无法避免的差异，从而导致其输出波形会存在一定的差异，采用相位矫正模块辅助可以将此差异控制至允许的误差范围内。

6、多台方波谐振电源并联，组合式结构，避免了设备庞大笨重，更适应现场试验条件。

7、输入直流采用叠层母排设计，并分别有屏蔽层接地，这样保证了母线上的寄生电感和寄生电容量控制在合理范围内。

8、各方波谐振电源输出也采用硬质的屏蔽引线且长度基本相似，屏蔽后该引线抗干扰能力强产生的寄生电感十分有限，而且在硬质的情况下寄生电容也基本不会造成输出方波的相位差。

本方案解决了大型电力设备的现场串联谐振试验问题。并联式变频脉宽调制方波谐振电源可根据输出电压和功率的需要采用单个或多个方波谐振电源并联，更能实现组合式模块化结构，适应现场试验条件，适应性强，使用叠层母排结构和硬质绝缘引线有效的控制寄生电感和电容，这样每个方波谐振电源的输出波形相位不会存在偏差提高了试验的实用性和效率使得系统更加稳定可靠。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种并联式变频脉宽调制方波谐振电源，用于针对被试品进行交流耐压试验，其特征在于：所述并联式变频脉宽调制方波谐振电源包括：

与外接电源相连接的电源输入模块；

分别与所述电源输入模块相连接的n个整流滤波模块；

与所述整流滤波模块相连接并用于产生四路初级PWM信号的PWM逆变功率模块；

与所述PWM逆变功率模块相连接，并调整各路所述初级PWM信号的相位使其一致而形成四路控制PWM信号的相位矫正模块；

n个与各所述整流滤波模块一一对应的电压控制型IGBT桥式逆变模块，n为大于1的整数；每个所述IGBT桥式逆变模块中包括四个桥式连接的IGBT管，每个所述IGBT桥式逆变模块均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端以及四个由各所述IGBT管的驱动端构成的控制端，所述第一输入端和第二输入端均与对应的所述整流滤波模块相连接，各所述控制端分别与四路所述控制PWM信号对应相连接；

用于产生高压信号的励磁变压器，各所述IGBT桥式逆变模块的第一输出端相并接后与所述励磁变压器的一个输入端相连接，各所述IGBT桥式逆变模块的第二输出端相并接后与所述励磁变压器的另一个输入端相连接；

与所述励磁变压器相连接并能够与所述被试品相连接而形成谐振回路的谐振单元。

2.根据权利要求1所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：每个所述IGBT桥式逆变模块中两个所述IGBT管相串联构成第一桥臂，另两个所述IGBT管相串联构成第二桥臂，所述第一桥臂和所述第二桥臂相并联且并联的两端分别形成所述IGBT桥式逆变模块的第一输入端和第二输入端，所述第一桥臂的中点形成所述IGBT桥式逆变模块的第一输出端，所述第二桥臂的中点构成所述IGBT桥式逆变模块的第二输出端。

3.根据权利要求 2所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：各所述IGBT桥式逆变模块中对应的所述IGBT管连接相同的一路所述控制PWM信号。

4.根据权利要求1或2或3所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：每个所述IGBT管的源极和漏极之间均并联有二极管。

5.根据权利要求1所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：所述谐振单元包括与所述被试品构成所述谐振回路的电抗器、电容器。

6.根据权利要求5所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：所述谐振单元还包括用于对所述高压信号进行测量用的分压器。

7.根据权利要求1所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：所述整流滤波模块的一个输出端经直流正极母线连接至对应的所述IGBT桥式逆变模块的第一输入端，所述整流滤波模块的另一个输出端经直流负极母线连接至对应的所述IGBT桥式逆变模块的第二输入端；每个所述IGBT桥式逆变模块所连接的所述直流正极母线和所述直流负极母线均设置于接地屏蔽结构中。

8.根据权利要求7所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：所述接地屏蔽结构包括依次设置的第一外壳接地层、三层绝缘层以及第二外壳接地层，所述直流正极母线设置于第二层所述绝缘层与第三层所述绝缘层之间，所述直流负极母线设置于第三层所述绝缘层以及第四层所述绝缘层之间。

9.根据权利要求8所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：第m个所述IGBT桥式逆变模块所对应的接地屏蔽结构中的第二外壳接地层同时作为第m+1个所述IGBT桥式逆变模块所对应的接地屏蔽结构中的第一外壳接地层，1≤m≤n-1。

10.根据权利要求1所述的并联式变频脉宽调制方波谐振电源，其特征在于：各所述IGBT桥式逆变模块的第一输出端和第二输出端均通过硬质绝缘屏蔽引线引出。