高压侧电容取能电源的研究
相角控制法的电流互感器取电电源设计
相角控制法的电流互感器取电电源设计以电流互感器的原理为基础，设计了电流互感器取电线圈的负载模型，从而为相角控制法的电流互感器取电电源设计奠定了良好的基础，本文就对其设计进行了详细的分析。
标签：相角控制电流互感器取电线圈电力运行部门在获取运行数据中一个非常重要的获取手段就是通过电力系统在线监测来实现的。
电流互感器取电法1.1.电流互感器取电法的简述目前我国常用的高压侧设备供电方式主要氛围以下三种方式：激光供能法、分压电容取电法口和电流互感器取电法这三种，在这三种供电方式中电流互感器取电法是最常用的，这主要是由于该方法能够充分利用互感器原理，使一些高压导线上的能量能够以电能的形式输出，而且该方法还具有体积不大、绝缘封装简单、结构紧凑、无危险性的特点，因此是目前最常用的一种取电方式。
1.2.电流互感器取电原理模型如图1所示为取电线圈的负载等效模型：图1 取电线圈的负载等效模型根据图1和全电流、电磁感应定律，用公式（1）来表示E：（1）在公式（1）中：副边线圈的匝数用N2来表示；磁芯的磁导率用?来表示；取电线圈磁化的电流用I来表示；取电线圈磁芯截面积用S来表示；取电线圈磁芯磁路长度用L来表示。
二、取电线圈输出功率本实验在对取电线圈输出功率的特性进行研究时，采用的实验磁芯为晶粒取向冷轧硅钢片30Q110，它的磁路长度总共为20.5公分，截面积为1100mm2，副边匝数为210匝。
2.1.相角控制时输出功率相角控制器件所用的可控硅是双向的，在零点有电压经过时就会出现自动关断现象，而且在正常情况下，1个工频周期能够导通2次，如果控制取电线圈能够在正负两个1/2的周期内的功率输出导通角，这两个都为θ，那么就可以用公式（2）来表示取电线圈的输出功率P，即：P=∫0θ（?fSI12sin（2φ）sin2（wt-φ）/L）d（wt）（2）在公式（2）中：导通角用θ来表示，取值范围为0 ～π；而原边电流频率为f=50Hz。
电子式电流互感器的设计
电子式电流互感器的设计摘要:电子式电流互感器的设计是电路供电问题中的一个难点和重点。
本文通过对电子电流互感器常用供电方案比较及电子式电流互感器的设计方案探讨,说明了电子式电流互感器的设计。
关键词:电子式电流互感器高压侧电源供能电路在目前研究的重点和热点一般是电子式电流互感器的设计方面,电子式电流互感器具有广阔的发展前景.本文所设计的是一种新型的电子式电流互感器,它具有明显的优点,其绝缘结构非常简单,重量较轻,体积较小,灵敏度高,可靠性高,测量范围相对较大大,频带较宽。
在高频开关的电源中,不仅需要检测出开关管和电感等元器件。
还要用电流检测方法对互感器、霍尔元件进行检测。
电子式电流互感器有频带较宽、能耗较小、价格较便宜、信号还原性较好等许多的优点。
在双端变换器中,电子式电流互感器的功率变压器,原为流过的正负对称双极性电流脉冲,它没有直流分量的影响,这然电流互感器可以很好的应用。
1 常用供电方案的分析比较1.1 激光供能激光供电系统主要是采用其它光源或者是激光,在低电位侧利用光纤把光能量传到高电位的一侧,再利用光电转换器件把光能量转换成电能量,经过ＤＣ－ＤＣ再次变换以后提供稳定的电源进行输出。
激光供能是一种新的供电方式,激光供能的优点把能量以光形式通过光纤传到高压侧,让高压和低压电实现了完全隔离,不让其再受电磁场干扰的影响,其稳定可靠,并且安全。
但激光供电也有设计难点,如下:第一，受激光输出功率的大小限制,尤其是光电转换效率影响,该方法提供的能量是非常有限的,制作成本也相对较高。
第二，激光供电的输出功率和发光波长都会受到温度的影响,一定要采取相应的措施实现对温度的自动控制。
1.2 母线电流取能供电在母线电流取能供电中为了平衡负载的电阻。
供电的都是能量来自高压母线的电流,电能的获取是利用一个套在母线上磁感应线圈来实现的,母线环的周围有大量的磁场,并通过磁场来获取所需的能量,再经过处理,提供给高压的电子线路。
高压电容取能装置
高压电容取能装置1. 简介高压电容取能装置是一种能够将高压电容器中储存的电能通过合适的方式转化为可用能源的装置。
高压电容器通常用于存储大量的电能，但是由于高压电容器本身的特性，无法直接将其输出为电力供应。
因此，高压电容取能装置的设计和研发成为了一项重要的课题。
2. 高压电容器的特性高压电容器是一种能够储存大量电能的装置，其具有以下特性：•高电压：高压电容器通常具有较高的额定电压，可以在其内部储存大量的电能。
•大容量：高压电容器的容量通常较大，可以储存大量的电能。
•快速充放电：高压电容器具有较低的内阻，可以实现快速的充放电过程。
•长寿命：高压电容器的使用寿命较长，可以进行多次充放电循环。
3. 高压电容取能装置的工作原理高压电容取能装置的工作原理可以简单描述如下：1.充电：将高压电容器连接到合适的电源上，通过控制电路将电能输入到高压电容器中，使其充电。
2.存储：一旦高压电容器充满电能，取能装置会将充电电路断开，将高压电容器中的电能存储起来。
3.取能：当需要使用储存的电能时，取能装置会通过控制电路将储存的电能转化为所需的能源形式，如电力、热能等，供应给外部设备或系统。
4. 高压电容取能装置的应用领域高压电容取能装置具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：•电力系统：高压电容取能装置可以用于电力系统中的储能装置，用于调节电力系统的稳定性和可靠性。
•交通运输：高压电容取能装置可以应用于电动汽车、混合动力汽车等交通工具中，提供动力支持和能量回收。
•新能源领域：高压电容取能装置可以用于太阳能、风能等新能源系统中，储存和调节能源供应。
•工业生产：高压电容取能装置可以用于工业生产中的能源回收和利用，提高能源利用效率。
5. 高压电容取能装置的优势和挑战5.1 优势•高效能储存：高压电容器可以储存大量的电能，具有高能量密度和高功率密度，能够快速充放电。
•长寿命：高压电容器具有较长的使用寿命，可以进行多次充放电循环。
6.3kV发电机出口电压互感器三倍频感应耐压试验方法
6.3kV发电机出口电压互感器三倍频感应耐压试验方法摘要：分析和研究了6.3kv发电机出口电压互感器三倍频感应耐压试验的方法，并且与实际案例相结合，作出详细研究。
关键词：电压互感器;绝缘试验;三倍频感应耐压试验;1 压力变压器三频感应压力测试现场预防事项电压互感器三倍频感应耐压试验的进程中，为预防因谐振和其他有关原因造成过电压现象，必须装设过流保障与过压保障设备。
依据所测试绕组额定电流的1.15～1.5倍设置过电流保护参数，设定过压保护值为试验电压的1.15～1.5倍(一般取值为1.2/1.3倍)；试验前须对高压绕组进行检查，确定尾端接地可靠，以及高压绕组及其他非加压的二次绕组没有首尾短路的情况，从而避免设备和人身伤害；试验前需使用电压测试高压侧测量方法检测高压测量设备，以确保设备的精度，并确定测量设备已正确可靠接地。
应对电压互感器加压的二次绕组额定电流进行核对，电压互感器三倍频感应耐压试验过程中，严格禁止试验被测电流大于互感器再次额定电流。
若确实不能将测试电流缩小在互感器二次绕组的额定电流范围内需采取有效限流的措施，如加装过流保护器等；电压互感器三倍频感应耐压测试流程中，对被测电压互感器的测试电压变动与测试电流的变动，包括电压互感器有无异响等关联现象都要时刻进行关注。
升压过程既要连贯又要平滑，特别75%测试电压后，测试电压时速控制在2%每秒直至达到所需测试电压；电压互感器三倍频感应耐压试验电压的频率≤2倍的工频下，测试时长设定为1分钟。
检验电压频率>2倍工频时满电压检验时长(秒)为120×额定频率/试验频率，但必须大于15秒；试验过程中若有异常情况出现，须将试验电压及时降为零。
2 电压互感器三倍频感应耐压试验方式当进行三倍频感应耐压测试时，施加在电压互感器的二次绕组的频率高于正常工频电压试验的频率，电压互感器将在一次测感应出对应的高压测试电压，继而将其绝缘目的有效地实现。
通过相关项目数据显示，断电故障在供电体系报告中高达60%。
高压补偿电容对配电变压器过电压的影响分析
高压补偿电容对配电变压器过电压的影响分析摘要：配电变压器的运行中，电容器可以使交流回路中的电压保持较高的平均值。
近峰值、高充电、低放电有利于提高电路电压的稳定性。
高压补偿电容组能够提供巨大瞬时电流，减小对电网的冲击。
由于电路中有大量的感性负载，电网的相位会发生偏移，而电路中电容的特性正好与电感相反，起到补偿作用。
因此本文据上述论点对配电变压器常见故障常见类型进行分析，进而对高压补偿电容对配电变压器过电压调节进行阐述，最后对高压补偿电容对配电变压器过电压影响数据进行研究。
关键词:配电变压器;过电压;影响分析引言高压补偿电容并联补偿是目前配电系统中较为传统的一种调压方式，通过在负荷侧进行无功负荷补偿，来减少配电线路上流过的无功功率，但是在负荷波动较大时常造成负荷侧电压严重越限，且运行操作麻烦，具有较大的弊端。
而串联电容补偿，通过在配电线路中串入电容，补偿配电线路中的电抗来减少在配电线路阻抗上的电压损耗，其具有较强的动态调压能力。
电容串联补偿提高了输电网的传输功率极限，对提高静态稳定性具有较为明显的作用。
1．配电变压器常见故障类型分析首先是磁路故障，主要由以下几点因素引起：（1）穿心螺栓的绝缘管受到外力作用而出现破碎、位移等情况，使设备出现局部涡流，当变压器中的两个及以上穿心螺栓都出现此问题，则会产生高温熔毁铁芯，造成线路短路（。
2）随着长时间的运行，铁芯钢片因老化而损坏，由此产生高温影响绕组与铁芯的运行状态。
（3）由于在铁芯内设置过长的底片，使其与铁芯硅钢连接出现不稳定现象，由此产生高温熔断接地铜片。
其次是绝缘系统故障，它的影响因素有很多种，常见的问题主要出现在：第一、绝缘部件由于防护不当长期受潮；第二，长时间的过负荷运行，又缺乏相应的绝缘保护引起的设备老化；第三，变压器没有做好结构密封，出现渗漏油现象；第四，在设备安装和定期维护时，没有考虑变压器周围环境温度，从而选取不适合的材料，设置不恰当的工作频率，综合作用下造成渗漏油。
高压补偿电容对配电变压器雷电过电压的影响分析
高压补偿电容对配电变压器雷电过电压的影响分析随着经济和城市化进程的快速发展，社会对电能质量的要求也逐渐增加。
配电变压器作为将电能由高电压转换为低电压从而直接向用户供电的电力设备，其运行数量达千万台，在配电系统中的地位举足轻重，也是配电网中最重要的电气设备之一，其运行的安全可靠性直接关系到供电系统的安全与稳定。
配电变压器通过架空线路或电力电缆与系统电源相连接，一旦线路上出现雷电过电压，雷电波将沿线路入侵配电变压器，在其内部产生很高的过电压，严重时会导致内绝缘击穿。
虽有雷电防护措施对配电变压器进行保护，但保护不尽完善，雷害事故仍时有发生。
因此，需对配电变压器雷电防护措施开展进一步研究。
本文就高压补偿电容对配电变压器雷电过电压的影响展开探讨。
标签：配电变压器;雷击;防雷措施引言雷电是指在强烈的对流天气下，云层之间、云层与大地间出现的短时间放电现象，其会对一定高度的建筑物、带电设施、人或动物造成危害。
在整个供电网络中，配电变压器是易受到雷击的电力设备之一。
配电变压器遭受雷击后，会导致线路频繁跳闸，进而影响整个电力系统的安全稳定运行。
因此，加强对配电变压器防雷措施的研究，对保证电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
1高压侧补偿电容值计算在配电变压器高压侧增加补偿电容既可对变压器进行无功补偿，也可降低雷电过电压造成的影响。
在高压侧增加补偿电容，其电容值的选取是关键，本文根据无功补偿原理，在变压器空载运行时，因主磁通励磁电流产生的无功损耗ΔQ0和变压器负荷电流在一、二次绕组电抗上所产生的无功损耗ΔQ，则在配电变压器运行时，其自身无功功率损耗为：由于高压侧系统额定电压为10kV，标准规定允许的电压波动范围为±7%，即在9.3kV～10.7kV之间。
由公式（2）计算得三相补偿电容量的范围为0.1726μF～0.1986μF，则单相补偿电容量的范围为0.058μF～0.067μF。
2配电变压器在雷电天气中受损原因在低纬度地区，雷电天气活动较频繁，雷电强度较高，配电变压器在此环境中对其正常的运行存在较大影响。
MOSFET开关过程的研究及米勒平台振荡的抑制
MOSFET开关过程的研究及米勒平台振荡的抑制刘长柱; 王林军【期刊名称】《《电机与控制应用》》【年(卷),期】2019(046)009【总页数】6页(P69-74)【关键词】MOSFET驱动电路; 米勒电容; 米勒平台; 振荡【作者】刘长柱; 王林军【作者单位】上海大学材料科学与工程学院上海200444【正文语种】中文【中图分类】TN320 引言功率MOSFET器件广泛应用于电机控制、开关电源等场合，功率等级从几十瓦到上百千瓦。
在实际应用电路中，由于米勒效应的影响，使驱动信号在MOSFET米勒平台处经常发生振荡。
为了保证功率MOSFET的稳定可靠运行，需要对栅极驱动进行优化[1]。
由于米勒电容的存在，在MOSFET的开通和关断过程中UGS形成了米勒平台[2]。
如果MOSFET驱动电路设计不够合理，驱动信号可能在米勒平台上产生严重的振荡。
米勒平台振荡导致栅极电压UGS小于UGS(th)阈值电压，使功率MOSFET在开通的过程中出现关断现象，延迟了MOSFET开通时间，增加了开通损耗。
同时，驱动信号的剧烈振荡，引起MOSFET的漏极电压振荡，使另一个MOSFET误开通，出现上下桥臂直通的现象[3]，增加了MOSFET器件损坏的风险。
为此，研究米勒平台处振荡产生的原因并采取相应的措施对米勒振荡进行抑制便尤为重要。
本文详细研究了MOSFET开关过程中，栅极电压、漏极电压、漏极电流的变化过程，分析了米勒平台产生振荡的原因，并提出了抑制米勒振荡的措施，对功率MOSFET的驱动开发具有一定的指导意义。
1 MOSFET开通关断过程为了了解MOSFET米勒平台[4]产生的原因，分析MOSFET的开通和关断过程。
图1所示为功率MOSFET的等效模型。
图1 MOSFET等效模型图1中,CGS为栅极源极寄生电容，CGD为栅极漏极寄生电容，CDS为漏极与源极寄生电容。
在MOSFET的DATASHEET中，输入电容Ciss=CGS+CGD(CDS短路)；反向传输电容Crss=CGD，也被称作米勒电容；输出电容Coss=CDS+CGD。
DL／T604-2009高压并联电容器装置使用技术条件(内容)
DL/T 604-2009高压并联电容器装置使用技术条件1范围本标准规定了电力行业使用的高压并联电容器装置的术语、产品分类、技术要求、安全要求、试验方法、检验规则等。
本标准适用于电力系统中35kV及以上电压等级变电站（所）内安装在6kV～66kV侧的高压并联电容器装置和10kV（含6kV）配电线路上的柱上高压并联电容器装置。
2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，在随后所有的修改单或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB311.1高压输变电设备的绝缘配合GB763交流高压电器在长期工作时的发热GB1984交流高压断路器GB2706交流高压电器动、热稳定试验方法GB 3804 3.6kV—40.5kV高压交流负荷开关GB4208外壳防护等级（IP代码）GB 7328 变压器和电抗器的声级测定GB50227并联电容器装置设计规范GB/T11024标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器DL /T 40310kV-40.5kV高压真空断路器订货技术条件DL/T 442高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件DL/T 840 高压并联电容器使用技术条件3定义下列定义适用于本标准。
3.1高压并联电容器装置installation of high-voltage shunt capacitors制造厂根椐用户要求设计并组装的以电容器为主体的，用于6kV～66kV系统并联补偿用的并联电容器补偿装置。
以下简称装置。
3.2电容器组capacitor bank由多台电容器或单台电容器按一定方式连接的总体。
3.3装置的额定容量(Q N) rated output of a installation一套装置中电容器组的额定容量即为该套装置的额定容量。
3.4装置额定输出容量rated output of a installation当装置中电容器组承受的电压等于电容器组的额定电压时，装置的额定输出容量等于该装置的额定DL/T 604-2009容量减去配套串联电抗器的额定容量。
10kV电容器组耐压试验方法的研究
１ ． 研 究 与分 析
电容器组耐压试验是指电容器的导 电部分对外壳及其上一切
图１ ． ２ 电容 器 耐 压 试 验 原理 图
Ｃ Ｘ— — 电容 器 等 效 对 地 电容 ； Ｔ— — 试 验 变压 器； Ｉ — — 试 验 回路 高 压 侧 电 流
ｃ ｛
／一魄獬
矮
但是 ， 以一个 １ １ ０ ｋ Ｖ变 电站为例 ， 共有 ４ 组 电容器组 ， 每组 三相 ，每相 ８ 只， 共需耐 压 ２ ０ 至３ ０ 次 。并且连续试验时 ，试验 变压 器将会 由于长时 间处于满负荷工作状态导致发热甚至烧坏 。
赵 闯
（ 广东 佛山 ５ ２ ８ ２ ０ ０ ） 广东威恒输变 电工程有 限公 司
摘 要： 电力 电容 器 作 用 就是 ， 通过其移相作用 ， 就 近 向 用 户提供 无功 ， 减 少无 功 在 主 网上 的 传 输 ， 以减 少 电压 降和 线损 ， 在
不 改 变 线路 额 定 传 输 容 量 的前 提 下提 高其传 输 能 力。
因为电容器导电部分对外壳及周围的物体存在电容效应因此在进行耐压时试验回路当中将会产生容性电流又因为该电流是通过试验回路与大地及电容器外壳来形成回路如图12我们称该容性电流为对地容性电流电容效应成为对地电容
规划与设计
建材发展导 向 ２ ０ １ ３ 年 １ 月
ｌ Ｏ ｋ Ｖ电容器组耐压试验方法的研究
．
时损坏甚致发生爆炸 ， 主要 缺陷有： 电容 器内部元件击棠 主要是 由于制造 工艺不 良引起的 。
是通过试验 回路 与大地及电容器外壳来形成 回路（ 如 图１ ． ２ ） ， 我
Ｌ ／Ｃ
电容器在过电压的作用下 ， 使元件起始游离电压降低到工作 电场
高频高压充电电源
20kJ/s高频高压充电电源高迎慧,孙鹞鸿,严 萍,杨小卫(中国科学院电工研究所,北京100080)摘 要:为实现脉冲电容器组充电系统的大功率、小型化、适合野外工作并具有较高安全性能,研制了一台采用全桥逆变器结构和串联谐振电路且输出电压为10kV、输出平均充电功率为20kJ/s的高频高压充电电源,介绍了其电源结构、工作方式和电源的系统参数以及实验波形,其中重点介绍了电源的软件和硬件保护功能。
针对高压电源要求的高压隔离问题,还介绍了高压继电器和光电隔离系统两项安全措施。
实验证明该电源在大功率、小型化、工作安全可靠等方面达到了设计指标。
关键词:高压;高频;充电电源;串联谐振;保护;光电隔离中图分类号:T M91文献标志码:B文章编号:1003 6520(2008)06 1292 0320kJ/s High Frequency and High Voltage Capacitor Charging Power SupplyGA O Ying hui,SUN Yao hong,YAN Ping,YANG Xiao w ei (Institute of Electrical Eng ineering,Chinese Academy of Sciences,Beijing100080,China)Abstract:T o meet t he r equirements of hig h po wer and miniaturization as well as hig h secur ity and fitting for field w or k,a20kJ/s10kV high fr equency hig h v oltage capacitor charg ing pow er supply is dev elo ped fo r pulse capacitor energ y sto rag e sy stem.T he hig h f requency high vo ltag e capacito r pow er supply adopts a full bridg e inver ter str uc tur e and ser ies resonant circuit.T he cir cuit diagr am,o per ating mode,sy stem pa rameters and exper imental w ave fo rm ar e intro duced.T he so ftwar e and har dw are pro tective measur es adopted for the pow er supply are emphatically intro duced.In the softw are protective sy st em the charg ing ov ertime pro tect ion is adopted to prevent the short cir cuit malfunction w hich impro ves secure perfo rmance of the charg ing pow er supply.In t he ha rdw ar e prot ective sy st em the open cir cuit pro tect ive measurement is new ly adopted.T o meet the r equir ements o f t he high vo ltag e iso lation o f hig h voltage pow er supply,t he hig h v oltage relay and o pt oelectr onic iso lat ion sy st em w ere ado pted.Experimentation v al idates that the20kJ/s10kV high fr equency hig h v oltage capacitor charg ing pow er supply achiev ed the desig n g uide lines in t he aspects o f high pow er,m iniaturizatio n,and secur ity per formance.Key words:high vo ltag e;high frequency;capacitor charg ing po wer supply;serial resonant;protectio n;optoelec tr onic iso lato r0 引 言脉冲电容器快速放电是获得巨大脉冲能量释放的途径之一,在电磁发射、高功率激光、大功率微波、粒子束武器等许多研究领域都得到普遍应用,电容器上能量的获得则主要通过电容器充电电源实现。
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真张晗【摘要】利用电力电子技术与脉冲功率技术设计了一台纳秒级高压脉冲电源。
电源低压部分采用电力电子技术中的BUCK电路与串联谐振电路，高压部分采用脉冲功率技术中的磁脉冲压缩（MPC）网络与半导体断路开关（SOS）。
对高压脉冲电源的整体设计作了阐述，介绍了可饱和变压器与磁开关、晶闸管、半导体断路开关的参数设计。
利用PSPICE软件和泰克示波器两种方式对所设计的电源进行了仿真和试验。
试验测得在输出负载上产生了一个峰值高达50kV、半高宽为120ns 的负极性脉冲。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】6页(P63-68)【关键词】电力电子技术;脉冲功率技术;纳秒级高压脉冲电源;磁脉冲压缩;半导体断路开关;PSPICE软件【作者】张晗【作者单位】南方电网超高压输电公司检修试验中心,广东广州510663【正文语种】中文【中图分类】TM910.2脉冲电源可应用于等离子体物理、强脉冲X射线技术、高频脉冲焊接、核医疗γ照像机高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电爆炸、闪击航空和航天器的模拟等，范围极其广泛。
近年来,随着半导体开关技术的发展,逐步实现了开关技术的大功率、耐高压、大电流驱动等优点,实现了脉冲电源的高电压峰值与窄脉冲宽度[1-8];磁脉冲压缩技术从工作电压、峰值电流、重复频率、使用寿命等方面有效地克服了火花隙开关、IGBT、闸流管、晶闸管等大功率开关性能的不足给脉冲功率系统带来的限制。
近年来，以非晶态合金、铁基纳米晶为代表的新一代高频软磁材料的出现，打破了磁开关在高重复率脉冲功率系统中应用的限制,且最近出现的一种新颖电路解决了磁芯复位这一难题,使得磁开关能够达到更高的重复频率[9-16]。
因此,本文结合电力电子技术和脉冲功率技术,设计了一台纳秒级高压脉冲电源。
首先利用电力电子技术中的整流、逆变、串联谐振等原理设计了一台串联谐振电源,然后利用磁脉冲压缩(MPC)技术与半导体断路开关(SOS)技术将脉冲升压和整形,最终得到一个纳秒级的高压脉冲电源。
一种高压脉冲电源设计
一种高压脉冲电源设计彭享;叶兵;朱旗;韦靖博【摘要】为研究高压脉冲脉宽及频率对介质阻挡放电效果的影响,文章设计了一款功率1 kW、幅值5 kV、脉宽1~20μs可调、频率15~25 kHz范围可调的单向高压脉冲电源.与传统高压脉冲电源多采用工频升压加磁压缩开关或旋转火花隙获取高压脉冲能耗较大且不易控制不同,该电源主电路采用半桥式拓扑结构,以SG3525作为脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)主控芯片,利用LCC串并联谐振软开关技术,大大降低开关损耗并能有效降低高频脉冲变压器分布参数影响.测试结果表明,该脉冲高压电源满足介质阻挡放电实验要求.%In order to study the impact of high voltage pulse width and frequency on the effect of the di-electric barrier discharge ,unidirectional high voltage pulse power supply with 1 kW power ,5 kV am-plitude ,1-20μs adjustable pulse width and 15-25 kHz adjustable frequency is designed .The tradition-al high voltage pulse power supply mainly employs magnetic compression switch or rotating spark gap to obtain high voltage pulse ,but it is characterized by high energy consumption ,low reliability and poor controllability .In this design ,the main power circuit adopts the half-bridge topological struc-ture ,using SG3525 as the PWM main control chip .The LCC series and parallel resonant soft-switc-hing technology can lower the switching loss substantially and reduce the impact of distribution pa-rameters of high frequency pulse transformer .T he test results show that the presented high voltage pulse power supply satisfies the experimental requirements of dielectric barrier discharge .【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)011【总页数】4页(P1511-1514)【关键词】高压脉冲;介质阻挡放电;串并联谐振;软开关技术【作者】彭享;叶兵;朱旗;韦靖博【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TM836近年来,介质阻挡放电的应用越来越广泛,如利用介质阻挡放电方法产生臭氧或等离子体已用于灭菌消毒、废气处理、材料表面改性、等离子显示屏等各工业领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▲高压侧电容取能电源的研究■ 武可1 王静丽1 陈晓瑞2 唐立文1 曹胜利11.平高安川开关电器有限公司2.平高集团有限公司分析了目前几种供电方案，提出了一种改进的高压侧线上供电方案， 该方案通过绝缘性能优良的高压陶瓷电容进行在线取能，外加电路保护及 电压控制等回路，克服了现存高压取能技术的种种弊端，很好地实现了高 压侧在线取能功能。
武可 工程师关键词：高压电容取能/电压保护/电压控制着高压输电线路等级及容量的不断提高， 线路中的短路电流越来越大，从而使得传统的电磁式电压互感器因铁磁谐振及磁饱和等因素易 发生爆炸等安全事故，严重影响了高压线路的正常有 序进行，也阻碍了智能电网的健康长远发展，即测量 及保护装置安全运行对于整个电力系统的安全生产及 稳定运行是至关重要的，因此，对于高压侧线上取能 领域的研究具有重要的实用价值。
目前常用的高压在线供电方式为电磁式电压互感 器、电流互感器、蓄电池、激光及太阳能等，各有优缺点， 文章中取长补短，提出了一种利用高压陶瓷电容器进 行取能供电的方案，并进行了研究分析。
1 常用供电方式的分析对比（1）母线电流取能供电母线电流取能供电方式是利用电磁感应原理，通假设输出电压的峰值为 U ，可得U =4.44fN 2Ψm (1) Ψm =B m S λ(2)式中，f 为线圈激励电流的频率 ；N 2 为特制线圈绕制 匝数 ；Ψm 为线圈横截面的磁通量幅值 ；B m 为磁感应 强度幅值 ；S 为铁心截面积 ；λ 为铁心叠片系数。
由安培环路定律H m L =N 1I(3)式中，H m 为磁场强度幅值 ；N 1 为一次绕组匝数，此处值为 1 ；L 为平均磁路长度。
B m 与 H m 的关系为B m =μ0μr H m(4) 式中，μ0 为真空磁导率 ；μr 为相对磁导率。
母线过取能线圈从高压母线上感应交流电压，然后经过整 流、滤波后为高压侧测量系统等供电[1-3]。
取能电源的 工作原理如图 1 所示，磁感应线圈原理图如图 2 所示。
其基本原理如下。
整流滤波DC/DC 电源输出图 1 取能电源原理框图随铁心UI CT BL N1N2R电压变换输出高压侧光功率转换DC/DC变换输出光纤LD激光二级管电源低压侧电源Research ＆Reviews 设计研发图2 磁感应线圈原理图（2）电容电流取能供电电容电流取能供电是利用电容分压原理从高压母线周围存在的电场中进行取能，该种供电方式与母线电流供电方式类似，其工作原理如图3 所示。
图中，U 为高压母线电压；C为分压电容器；I为流经分压电容器和变压器T 一次电流；N1和N 2 是取能变压器的一次和取能变压器的二次绕组匝数。
该方法中有诸多问题需要加以考虑，首先是如何保证取能电路和后续电路之间的电气隔离，这需要严格的过电压防护和电磁兼容设计；其次是该方法有诸多误差来源，例如温度、杂散电容等，都将影响该方法的性能；再者就是采用此方法得到的功率十分有限，虽然可通过改变电容C 的大小来调整输出功率的大小，但是过大的电容将会带来更多的问题。
图 4 激光供电原理图能起着重要作用，因此，高压侧电容在线取能装置需要解决四个问题；提供安全稳定的电能以供测量系统使用；高压电容器的绝缘问题要加以考虑；当线路发生过电压时，取能电路中要有能量泄放回路；稳定电压的输出要以电压控制电路等为前提[4-6]。
（2）高低压电容的选择电容分压式取能原理图如图5 所示，其中，C1 为高压陶瓷电容器；C2为低压金属化聚丙烯膜电容器。
高压陶瓷电容器直接与高压配网线路相接触，从高压电路获取电能，再利用电容分压原理，线路从低压电容器两端取能。
U=C1/(C1+C2)U=KU (5)高压线路U0图3 电容电流取能供电原理图（3）激光取能供电激光供电主要是采用激光或其他光源从低电位侧借助光纤将光能量传送到高电位侧，再由光电转换器件将光能量转换为电能量，经过DC/DC 变换后提供稳定的电源输出，如图4 所示。
这种供电方式比较新颖，其突出优点是能量以光的形式通过光纤传输到高压侧，完全实现高、低压间的电气隔离，从而不受电磁干扰的影响，提高了稳定性。
但其设计的难点在于激光的发光波长及输出功率都受温度影响，必须采取措施对温度进行自动控制；受激光输出功率的限制，特别是光电转换效率的影响，该方法提供的能量有限，而且制作成本高，目前激光供能很难实用化。
2 电源设计（1）电源总体要求在线测量系统要能实现正常工作，取能装置的性铁心母线绕组电压变换C1C2熔断器熔断器图5 电容分压式取能原理图式中，U 为配网架空线路电压；K=C1/(C1+C2) 为分压比。
以安全可靠，使用寿命长为目标，高压电容器采用高压陶瓷电容器，其电容容量损耗随温度频率变化具有极高稳定性，并且特殊的串联结构适合于在高电压下长期可靠地工作，并具有高电流爬升速率且适用于大电流回路并无感性结构；低压取能电容采用金属化聚丙烯膜电容器，其具有绝缘电阻高、电容量损耗小和自愈性强等优点，从而提高了该装置的安全系数。
（3）电压保护与能量泄放为了防止线路中的各种过电压及大电流冲击电源电路，电路前端会加装压敏电阻以对电路进行保护。
线路中，整流滤波后的电压会随着前端母线电流的升高而升高，当铁心饱和后，感应出的电压也比较高，因此需加装电压保护及能量泄放回路，以使后续电路免受破坏。
如图6 所示为电压保护与能量泄放电路，当电压U ab 较高时，稳压二极管D 被击穿，此时额定电流为10 A 的大功率晶体管开始工作，将线路中2014年第6期·55+ I10 VDU ab三极管－多余的能量进行泄放 ；当电压 U ab 较低时，稳压二极 管 D 不会被击穿，此时不会影响线路中的起动电流以 及该装置在小电流下的正常工作。
图 6 电压保护与能量泄放电路（4）电压控制 电压控制指限定初级储能的最大电压，只有当初级储能的电压达到该最大电压值时，初级储能元件才 进行放电 ；当初级储能元件的电压达不到该电压最大 （5）DC/DC 转换 电容分压取能后，经过整流、滤波之后所得到的直流电压会随着电网电压及电流的波动而波动，因此， 在此装置中加装了 DC/DC 转换电路，以保证直流电压 的稳定。
本电源 DC/DC 模块电压输入为宽范围输入， 且具有高的转化效率，能进一步地降低启动电流，从 而提高电源的输出效率。
3 电源测试通过上述取能电源总体设计构想，高压侧电容取 能电源总体电路图如图 8 所示。
图中，C 1 为高压陶瓷电容器 ；C 2 为低压金属化聚 值时，初级储能元件继续储能 [7，8]。
丙烯膜电容器 ；R 为熔断器 ；R 1、R 2 及 R 3 为电抗器 ； 电压控制电路如图 7 所示，采用阻抗、晶闸管及 双向触发管进行组合，其中，晶闸管的正负极分别连 接初级储能及应用储能电容，所接的电抗器 R 也能起 到限流作用。
晶闸管 RR C 3 为初级储能电容 ；C 4 为应用储能电容。
利用 ATP 及 EWB 电路仿真软件，测得低压电容 两端电压及最终直流电压 U 0 的仿真图如图 9、图 10 所示。
由上可知经过整流滤波可获得直流 24 V 电压，用以供给输入电压为直流 24 V 的在线监控及测量装置工 作，顺利地完成了高压侧电容取能工作。
令经过熔断 +触发管 初级储能电容图 7 电压控制电路+应用储能电容器后流入大地的电流值如图 11 所示，电流表显示值峰 值为 38.5 mA ，有效值为 27.2 mA ，此值不影响线路的 正常运行，不对总体线路的泄漏电流产生影响。
250.0 187.5 125.0 62.5 0.0 -62.5 -125.0 -187.5 -250.0图 8 高压侧电容取能电源原理图102030 405060时间 /ms图 9 低压电容器 C 2 两端电压图 10 输出电压 U 0 两端电压( 下转第60 页）高压线路 ABCC 1 C 2 RR 1 晶闸管 R 3三相变压器触发管DC/DC 滤波C 3+ －R 2C 4+ －U o三极管双向触发管电压 / V目前与国外相比没有本质的差别。
但是从工艺水平、 装备条件、技术管理、环保考虑、品质指标和产品质 量等方面与国外先进水平比较仍有不少差距。
本文主 要介绍了均匀化着色电源的开发研制和现场投运情况， 包括电源的详细技术指标和实测波形，旨在分享研发 成果，促进相关工艺技术和行业进步。
经过现场的应用及检验，本设计的均匀化着色电 源能完全满足电解着色工艺的要求，并大幅度降低了 设备采购成本，达到了取代同类进口产品，满足市场 需求的预期与目的。
参考文献[1] 朱祖芳 . 铝合金建筑型材表面处理技术发展问题之我见[J]. 轻合金加工技术，2007，35(11):8-11.[2] 朱祖芳 . 中国建筑铝型材表面处理工业现状 [J]. 有色金属加工，2004，33(3):30-33.[3] 李淑华，尹玉军，李树堂，等 . 铝及其合金的表面处理技术 [J]. 材料保护，2001，34(3):20-22.[4] 蓝文辉 . 建筑铝型材表面处理电源简介 [J]. 材料保护，2003，36(1):29-30.[5] 蔡昌文，张波 . 基于 Simulink 三相电压型整流器的系统仿真 [J]. 电气应用，2007，26(8):48-52.[6] 张宪平，赵栋利，林资旭，等 .LCL 滤波的 PWM 整流器新型控制策略研究 [J]. 电气应用 ,2007,26(3):49-52. [7] 刘勇，李刚，文劲宇，等 . 柔性功率调节器用 PWM 整流器的设计 [J]. 电气应用，2007，26(5):56-59.[8] 杨海林，胡冰心 . 大功率整流装置谐波治理 [J]. 电气应用，2007，26(7):58-60.[9] 许敬涛，梁永万 . 均匀化着色电源的研究及应用 [A].2012( 第三届 ) 广东铝加工技术 ( 国际 ) 研讨会暨广东有色金 属工业发展论坛论文集 [C]，2012:452-456.( 收稿日期 ：2014-03-27) EM( 上接第 56 页）50.0 37.5 25.012.5 0.0 -12.5 -25.0 -37.5 -50.02）高压侧电容取能电源，通过调节高压电容与低 压电容的分压，能使正常工作情况下，为测量装置提供 较低但仍能使测量装置正常工作的电压，以便于在故障 情况下线路电压升高时，测量控装置仍然能够正常工作。
3）电路中的电压保护及能量泄放电路以及电压控 制单元都很好地保证了该装置的安全可靠运行。
10 2030 40 50 60时间 /ms图 11 主回路流通电流4 结论通过对现有高压取能技术进行比对分析，提出了 一种高压线路电容分压式取能方法，并对该方法进行 了理论分析与仿真研究，能保证电网在线测量系统的 正常运行，同时该方法原理简单、投资低，对于高压 取能领域来说，具有一定的参考价值及可行性，即获 得结论如下。