專利名稱：高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)及電力電子系統(tǒng)中對高壓大容量脈沖電容器充電的裝置，特別是一種高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)。
背景技術(shù)：
對高壓、大容量脈沖電容器充電的傳統(tǒng)方法有兩種整流恒壓充電方式和恒流充電方式。其中整流恒壓充電方式缺點比較明顯如1、初始充電電流很大，然后按指數(shù)規(guī)律衰減。因此對充電主設(shè)備的額定工作容量要求較高。2、充電電壓的上升先快后慢，充電持續(xù)時間較長。而恒流充電方式則很好地解決了這兩個問題，因此恒流充電方式在對高壓、大容量脈沖電容器充電領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。
當(dāng)前普遍使用的恒流充電方式通常是在高壓整流裝置前裝上一個恒流變換器來實現(xiàn)。而該方式的缺陷則在于1、恒流源輸出端不能開路，否則會造成LC串聯(lián)諧振從而使恒流變換器輸入電流激增，其后果很可能導(dǎo)致充電主設(shè)備直接損壞。2、充電過程中，當(dāng)電容器充電電壓達(dá)到所需值時，要有可靠的自動控制手段把充電電源除去，極易導(dǎo)致電容器過壓損壞。綜上所述可知當(dāng)前的恒流充電方式在可靠性、經(jīng)濟(jì)性和高效性上還是不能令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中的上述問題，本實用新型的目的是針對這一現(xiàn)狀并結(jié)合當(dāng)前可控硅調(diào)壓技術(shù)和可編程序控制器技術(shù)的日益成熟，提供一種新的高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)設(shè)計方案。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)的主回路中，設(shè)置有直流電流傳感器，用于獲取電容器組上的充電電流，并將該電流送入恒流充電控制柜的可編程序控制器進(jìn)行比例/積分/微分運(yùn)算，然后可編程序控制器輸出一個模擬量控制信號調(diào)整可控硅調(diào)壓器導(dǎo)通角，從而調(diào)整可控硅調(diào)壓器輸出電壓。
該輸出電壓經(jīng)過升壓變壓器的升壓和橋式電路的全波整流后，通過充電電阻的限流作用實現(xiàn)對電容器組負(fù)載恒流充電；電路中在充電電阻后設(shè)置了分壓器，以采集電容器電壓用于控制充電進(jìn)程；分壓器兩端并聯(lián)設(shè)置了放電開關(guān)和放電電阻，防止長時間帶電對電容造成損壞。
可控硅調(diào)壓器前設(shè)置有快速熔斷器，以實現(xiàn)電流速斷保護(hù)。
對可控硅調(diào)壓器還設(shè)置有手動充、放電冗余電路。
該充電機(jī)理充分利用了可控硅調(diào)壓器無級調(diào)壓且調(diào)整范圍大，以及可編程序控制器靈活、可靠的技術(shù)特點。全面考慮并解決了測量控制方面高電位隔離、電磁干擾、控制精度及與響應(yīng)速度等問題。
由于采用了上述的技術(shù)方案，本實用新型具有的有益效果是晶閘管可控硅調(diào)壓技術(shù)實現(xiàn)了輸出電壓的無級、大范圍調(diào)整(0∽98％)，以及電壓調(diào)整的軟啟動和軟關(guān)斷，從而充分確保了恒流效果。另外晶閘管可控硅調(diào)壓技術(shù)的移相控制電路極易實現(xiàn)，從而減少了開發(fā)成本。自動控制/手動控制所組成的雙備份冗余控制結(jié)構(gòu)是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更完備、更可靠。將可編程序控制器技術(shù)引入高壓大容量電容器充電領(lǐng)域充分利用了該技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高的特點實現(xiàn)了恒流充電控制機(jī)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。該恒流充電控制機(jī)控制精度高、響應(yīng)速度快完全達(dá)到了對過電流試驗裝置電容器組恒流充電的技術(shù)要求。
基于晶閘管可控硅調(diào)壓技術(shù)和可編程序控制器技術(shù)的高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)在國內(nèi)、外尚未見到相同或類似的技術(shù)。


圖1是本實用新型的高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)的電路原理圖。
圖2是本實用新型的高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)對200uF電容器充電電流、電壓波形圖。
圖3是本實用新型的高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)對400uF電容器充電電流、電壓波形圖。
圖4是本實用新型的高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)可控硅調(diào)壓器的自動/手動充電選擇控制回路的電路圖。
圖5是本實用新型的高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)可控硅調(diào)壓器的自動/手動放電選擇控制回路的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。
高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)的主回路如圖1所示，其中直流電流傳感器(Csensor)用于獲取電容器組上的充電電流。并將該電流送入恒流充電控制柜的可編程序控制器進(jìn)行比例/積分/微分運(yùn)算，然后可編程序控制器輸出一個模擬量控制信號調(diào)整可控硅調(diào)壓器導(dǎo)通角，從而調(diào)整可控硅調(diào)壓器輸出電壓。
該輸出電壓經(jīng)過升壓變壓器的升壓和橋式電路的全波整流后，通過充電電阻的限流作用實現(xiàn)對電容器組負(fù)載恒流充電。電容器電壓的變化是充電進(jìn)程最直觀的體現(xiàn)，因此設(shè)置了分壓器采集電容器電壓用于控制充電進(jìn)程。由于脈沖電容器的主要用途就是在蓄滿電能后將電能迅速釋放從而產(chǎn)生某些特殊場合需要的沖擊電流，但此類電容器不能長時間攜帶電能，因此設(shè)置了放電開關(guān)和放電電阻防止長時間帶電對電容造成損壞。
高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)可實現(xiàn)對升壓變壓器的過壓、速斷和過流保護(hù)，以及對電容器的過壓保護(hù)、充電和放電時限保護(hù)。通過硬件設(shè)計實現(xiàn)了對可控硅調(diào)壓器的電流速斷保護(hù)(見圖1中的快速熔斷器)和手動充、放電冗余設(shè)計(見圖4和圖5)。
可編程序控制器方面選用了西門子公司S7-200系列中的CPU226型微處理器及其相關(guān)的數(shù)字量擴(kuò)展模塊和模擬量擴(kuò)展模塊作為自動恒流充電控制。該系列模塊抗干擾能力強(qiáng)、測控模塊可擴(kuò)展性強(qiáng)、各元器件便于安裝?？刂品矫鎽?yīng)用程序充分利用CPU226所具有的比例/積分/微分(PID)運(yùn)算調(diào)節(jié)功能實現(xiàn)了對充電電流高效而可靠的恒流控制。通訊方面利用CPU226的自由口串行通訊模式，依據(jù)實際需求而專門制定的通訊協(xié)議實現(xiàn)了通訊程序的針對性、高效性和可靠性。
電容器充電回路的保護(hù)功能主要可分為電流保護(hù)和電壓保護(hù)兩大類。其基本的保護(hù)思想就是針對充電主回路中各電氣元件運(yùn)行的極限參數(shù)，并配合供電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，整定各電氣元件的保護(hù)參數(shù)。另外還針對性的設(shè)置了充、放電時限保護(hù)。充電時限保護(hù)是防止在充電過程中，因為某類故障使充電電壓始終無法達(dá)到設(shè)定值而導(dǎo)致充電時間過長，而設(shè)定的最長充電時間。放電時限保護(hù)是防止因為某種故障致使電容器還未放完電接地開關(guān)就誤合閘，而設(shè)定的一個最短放電時間。針對上述保護(hù)措施應(yīng)用程序還實現(xiàn)了極強(qiáng)的故障自診斷功能。
手動控制的冗余設(shè)計主要是為了解決一旦自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可通過手動完成充、放電工作。
權(quán)利要求1.一種高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)，其特征是其主回路中，設(shè)置有直流電流傳感器，用于獲取電容器組上的充電電流，并將該電流送入恒流充電控制柜的可編程序控制器；然后可編程序控制器輸出一個模擬量控制信號調(diào)整可控硅調(diào)壓器導(dǎo)通角，從而調(diào)整可控硅調(diào)壓器輸出電壓；該輸出電壓經(jīng)過升壓變壓器的升壓和橋式電路的全波整流后，通過充電電阻的限流作用實現(xiàn)對電容器組負(fù)載恒流充電；電路中在充電電阻后設(shè)置了分壓器，以采集電容器電壓用于控制充電進(jìn)程；分壓器兩端并聯(lián)設(shè)置了放電開關(guān)和放電電阻，防止長時間帶電對電容造成損壞；可控硅調(diào)壓器前設(shè)置有快速熔斷器，以實現(xiàn)電流速斷保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)，其特征是對可控硅調(diào)壓器還設(shè)置有手動充電和放電冗余電路。
專利摘要一種高壓、大容量脈沖電容器恒流充電機(jī)，涉及電力系統(tǒng)及電力電子系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，其主回路中，設(shè)置有直流電流傳感器，用于獲取電容器組上的充電電流，并將該電流送入恒流充電控制柜的可編程序控制器，然后輸出一個模擬量控制信號調(diào)整可控硅調(diào)壓器導(dǎo)通角，從而調(diào)整可控硅調(diào)壓器輸出電壓。該輸出電壓經(jīng)過升壓和整流后，通過充電電阻的限流作用實現(xiàn)對電容器組負(fù)載恒流充電；電路中在充電電阻后設(shè)置了分壓器，分壓器兩端并聯(lián)設(shè)置了放電開關(guān)和放電電阻?？煽毓枵{(diào)壓器前設(shè)置有快速熔斷器，以實現(xiàn)電流速斷保護(hù)。對可控硅調(diào)壓器還設(shè)置有手動充、放電冗余電路。該恒流充電機(jī)控制精度高、響應(yīng)速度快。
文檔編號G05F1/46GK2884649SQ20062000799
公開日2007年3月28日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者喻勁送, 賀之淵, 潘艷, 王軒, 謝敏華 申請人:中國電力科學(xué)研究院