專利名稱：電容儲能整流電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及整流電源，更具體說，它涉及一種電容儲能整流電源。
背景技術：
水面艦主動聲納等大功率脈沖工作設備在發射時需要瞬時大電流，而目前艦用供電設備 和負載大都為感性，感性負載由于反電動勢的影響，導致供電設備、負載不能輸出或接收瞬 時大電流，由此會影響發射脈沖的脈沖包絡形狀，影響到精確測量和需要較嚴格幅度包絡控 制的發射性能和測量精度。目前一般采用飛輪儲能電源作為大功率直流電源，該方式通過電 動機-飛輪-中頻發電機-可控整流輸出直流電壓。飛輪儲能需飛輪作高速旋轉，由于高速旋轉 產生機械噪聲，不利于本艦的聲隱身；此外，經二次能量轉換及可控整流后的效率和功率因 數也受一定程度影響。 發明內容
本實用新型的目的是克服現有技術中的不足，提供一種呈容性、大電流、高效率、大功率 的電容儲能整流電源。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。這種電容儲能整流電源，包括電源輸入、 合閘緩啟動、雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、放電電路、充放電控制、電壓采 樣，其中電源輸入、合閘緩啟動、雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、電源輸出依 次連接，電容儲能的輸出端過通電壓采樣與充放電控制相連接，電容儲能還與放電電路相連 接，充放電控制分別與放電電路、充電電路、雙三相12脈動整流依次串聯。
所述合間緩啟動包括電阻Ra、 Rb、 Rc—端分別與三角形接法三相接入U相連，電阻 Ra、 Rb、 Rc另一端分別連接有第一觸頭，三角形接法三相接入U連接有第二觸頭，三相電 源A相、B相、C相設有可與第一觸頭或第二觸頭連接的選擇閘刀。
所述雙三相12脈動整流包括變壓器T,其中初級為三角形接法三相接入U、次級為三 角形接法三相變換Ua和星行接法三相變換Ub，兩組三相全橋整流分別與次級的三角形接法 三相變換Ua及星行接法三相變換Ub連接，兩組三相全橋相并聯并設有平衡電抗。
充電電路和放電電路均設有串聯的IGBT模塊，充放電控制內設有IGBT驅動板。
3由于采用上述技術方案，本實用新型的電容儲能整流電^!1.避過采屈雙三相12脈動整流和 大容量電容儲能技術獲得高質量的大電流直流電源，通過IGBT模塊對電容實現無觸點充放 電。由于不存在旋轉部件，使設備的振動噪聲大大降低，可靠性也有一定程度提高。此外由 于采用12脈動全波整流，相比可控整流，功率因數也有較大幅度提高；同時本設備顯容性， 對艦上的感性用電設備得到一定程度的補償，也在一定程度改善電磁兼容性。
圖1為本實用新型電容儲能整流電源原理圖2為緩啟動電路原理圖3為雙三相12脈動整流原理圖4為充、放電時序圖5電容儲能充、放電原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步描述。雖然本實用新型將結合較佳實施例 進行描述，但應知道，并不表示本實用新型限制在所述實施例中。相反，本實用新型將涵蓋 可包含在有附后權利要求書限定的本實用新型的范圍內的替換物、改進型和等同物。
參見圖1-5，這里介紹的電容儲能整流電源一般用于水面艦艇的設備供電，然而應知道，
本實用新型也可用于其它設備供電等。這種電容儲能整流電源，包括電源輸入、合閘緩啟動、
雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、放電電路、充放電控制、電壓采樣，其中電源 輸入、合閘緩啟動、雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、電源輸出依次連接，電容 儲能的輸出端過通電壓采樣與充放電控制相連接，電容儲能還與放電電路相連接，充放電控
制分別與放電電路、充電電路、雙三相12脈動整流依次串聯。所述合閘緩啟動包括電阻
Ra、 Rb、 Rc—端分別與三角形接法三相接入U相連，電阻Ra、 Rb、 Rc另一端分別連接有 第一觸頭，三角形接法三相接入U連接有第二觸頭，三相電源A相、B相、C相設有可與第 一觸頭或第二觸頭連接的選擇閘刀。所述雙三相12脈動整流包括變壓器，其中初級為三 角形接法三相接入U、次級為三角形接法三相變換Ua和星行接法三相變換Ub，兩組三相全 橋整流分別與次級的三角形接法三相變換Ua及星行接法三相變換Ub連接，兩組三相全橋相并聯并設有平衡電抗。充電電路和放電電路均'設有串聯的ieBT 充放電控制內設有 IGBT驅動板。
本實施例的各部分設計步驟如下 步驟l:電容儲能整流電源
電容儲能整流電源組成框圖如圖1，整個電路可分為啟動、整流、控制、電容儲能四部
分，即從三相380V/50Hz電網，經雙三相橋整流變壓、電容儲能，輸出直流電壓。
充電電路設有緩充電電路和正常工作電路。在輸出直流電壓切換和高壓關閉時，還需啟
用放電電路。充電電路和放電電路均都采用IGBT模塊，實現無觸點控制。 步驟2:合閘緩啟動
為了降低整流變壓器的合閘電流，采用如圖2所示的為合閘緩啟動，整流儲能電源接到 開機命令后，三相電源A相、B相、C相先由延時繼電器控制，通過緩沖電阻Ra、 Rb、 Rc 接通整流變壓器，通過設定時延，再切換到主工作通道。
緩沖電阻Ra、 Rb、 Rc位于變壓器的初級接線端。
根據整流變壓器的初級電感量丄，緩沖電阻阻值取i ，加電時經緩沖電阻分壓后變壓器輸
乂' *『*丄* ;y
入端電壓為^ + 。
步驟3:雙三相12脈動整流
雙三相12脈動整流電路如圖3，初級為三相(△)，次級為6相(△、 Y)。 帶平衡電抗的雙三相12脈動整流電路，整流電壓基波頻率為600Hz。
脈動率A V/V^1:"12) =0.0345 (1)
vav:平均導通壓降
-6 0.989
功率因數內^2 + ^
輸出電壓平均值^=135^ (2) 線電壓。整流硅二極管進行選型滿功率下最大屯流詢^，整厲^件正向平均電流 1 ， T
6
》f:
最大整流元件正反向峰值為 整流二極管額定電流/^ :按一定裕量取值。
12脈動整流在平衡電抗上的電壓降^^最大值為
(3)
(4)
1-
2
(5)
式中「W=V^K ， Vm為最大整流元件正反向峰值
繞組匝數^
2.25U, x10
式中Wz——繞組總匝數(匝)；
Ut-----平衡電抗器兩端電壓有效值(V);
ft------平衡電抗頻率(Hz)，為電網頻率的6倍;
Bm—-磁通密度，取1.0T;
s——口字鐵鐵芯截面積。
計算平衡電抗電感量
, —r戸
環流，最大值 Z
(6)
(7)
式中
『:
--為平衡電抗電感量。
-12脈動整流在平衡電抗上的最大電壓降的值
z---------繞組總匝數(匝)
由整流電路電流連續的條件:
1 卩
2 rf， 6PfL
(8)得到平衡電抗電感量 "^"" (10)
式中
A---------滿功率下最大電流為Id;
W---------線圈匝數(匝)；
-----12脈動整流在平衡電抗上的最大電壓降的值；-----環流最大值
由于此類電路具有較好的大電流驅動能力，所以可以用于驅動容性負載。平衡(均流)電抗器的作用，使星形和三角形整流輸出功率平均分擔，并用于補償細微的不對稱。步驟4:充放電控制
圖5為電容儲能充、放電原理圖在脈沖發射期間，儲能電容為邊充電邊放電的過程，其中i /為充電電阻，i 。為等效負載，W為整流輸出電壓，"為電容兩端的電壓，G為電容。可根據t/;與C/。的差別選擇充電電阻，保證充電的安全。
充、放電的設計實現是通過改變不同串聯阻值下的IGBT模塊開啟與關斷實現的。充、放電控制由IGBT驅動板實現。該驅動由兩組不共地電源供電，該驅動板帶有短路保護監測功能，異常時，通過光藕輸出信號完成短路保護。
在負載突變的情況下，大容量電源可提供瞬時大電流。
根據電網容量和負載所需功率，選擇容量適當的電容器(組)。
采用大功率IGBT模塊，通過高可靠性控制電路對IGBT進行控制，實現無觸點浮法充放電，保證大電流工作吋設備可靠性。
采用延時、限流充電電路，降低電容充電對電網的沖擊。根據IGBT模塊兩端(C端和E端)電壓差，選擇充電電阻，充電電阻共分三檔，保證從開啟到直流供電工作狀態就緒用時控制在60秒內。其次，對整流變壓器輸入端采用交流接觸器主/從切換和延時電路，限制整流變壓器等儲能元件的合閘電流，保證本裝置的正常啟動。
步驟5:充放電時序設計
時序設計用以完成開關機控制流程中的延時設計，設計采用模塊化的時間繼電器和延時模塊。設計中共有5組延時單元，其中，除延時2為交、流接觸器輔助"^4Sf模塊外，其余4組均為延時閉合的動合觸點時間繼電器。
如圖4電容儲能充放電原理圖，說明從啟動到關機的一個完整時序
延時T1，用于抑制頻繁開關機的影響，使每次操作有一個固有延時；
延時T2，用于合閘緩啟動；
延時T3、 T4，用于充電電阻的切換；
延時T5，用于放電電阻的切換和低壓電源的關閉。
步驟T6:充放電電阻設計
在脈沖發射期間，儲能電容為邊充電邊放電的過程，其充放電電壓方程如下，其中i ;為充電電阻，及。為負載，t//為整流輸出電壓，"為電容兩端的電壓，見圖5。
—v
,hv。
(3)
在負載穩定的情況下，
部分作為儲能部分。
0
由公式(3)可知，~ + 部分為電路輸出電壓的穩態值，由輸出電壓的跌落要求
及
0 >
[/^ — AC/
^0+7 1 ，在&一定的情況下，得出Rp考慮平衡電抗、直流電抗的損耗，充
電電阻最大值控制在一定范圍內。 充電電阻設計
設計從開啟到正常的工作狀態用時一般不大于60秒。
電阻的選擇在滿足充放電時間和電流要求的情況下兼顧體積成本和功率承受能力。 放電電阻設計-
放電電阻設計最長放電時間為30分鐘。
充、放電電阻功率值選取按平均功率《H十算( T
*腦
)得到c本實施例包括緩啟動電路、雙三相12脈動整流、充7放龜控魂t電路、儲能電容等功能模塊，通過對三相380V/50Hz電網電壓的整流、濾波、充放電控制、電容儲能，提供一個完整的直流供電電源，且該電源具有儲能和電網隔離、緩沖功能。工作步驟可分成以下幾步實施
(1) 開機(合閘)緩啟動
開機啟動首先通過緩沖電阻(100 200Q)，經5 10秒的延時，以降低合閘電流。然后三相輸入切換到主工作通道，再啟動充放電控制模塊，對電容器組進行充電。
(2) 電容器的充電
當三相輸入切換到主工作通道后，按啟動時序進行電容的充電，根據充電控制模塊(IGBT)兩端的電壓差，選擇充電電阻，直至充電完畢，此時充電電阻為工作時的電阻。說明通過約60秒的準備，電源處于啟動、充電就緒狀態，可以為負載供電。
(3) 正常工作與電容容量的選取
完成(1)、 (2)兩步后，可以進行正常負載工作。正常工作時具有輸出過流、過壓、過熱保護功能。
對電容來說，是一個邊充電、邊放電的過程，利用電容的電壓跌落，提供瞬時電流，達到儲能效果
=C *C/ * At/ + i*C * At/22 .
其中，zf『為儲能電容電壓跌落所釋放的能量；
f/為發射脈沖長度r后跌落的電壓；Jf/為跌落電壓。
根據發射脈沖長度r、電壓跌落/Jt/，根據負載阻抗/ o，可以根據公式(3)求得合適的
電容量才c。
(4) 關機
關機后，通過延時電路，啟動放電電路，進行正常關機情況的電容放電程序，保證關機后電容徹底放電。保證設備的安全。放電電路與充電電路原理相同，只是放電電流比正常的充電電流要小。
權利要求1、一種電容儲能整流電源，其特征在于包括電源輸入、合閘緩啟動、雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、放電電路、充放電控制、電壓采樣，其中電源輸入、合閘緩啟動、雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、電源輸出依次連接，電容儲能的輸出端過通電壓采樣與充放電控制相連接，電容儲能還與放電電路相連接，充放電控制分別與放電電路、充電電路、雙三相12脈動整流依次串聯。
2、 根據權利要求l所述的電容儲能整流電源，其特征在于所述合閘緩啟動包括電阻Ra、 Rb、 Rc—端分別與三角形接法三相接入U相連，電阻Ra、 Rb、 Rc另一端分別連接有第 一觸頭，三角形接法三相接入U連接有第二觸頭，三相電源A相、B相、C相設有可與 第一觸頭或第二觸頭連接的選擇閘刀。
3、 根據權利要求l所述的電容儲能整流電源，其特征在于所述雙三相12脈動整流包括 變壓器，其中初級為三角形接法三相接入U、次級為三角形接法三相變換Ua和星行接法 三相變換Ub，兩組三相全橋整流分別與次級的三角形接法三相變換Ua及星行接法三相 變換Ub連接，兩組三相全橋相并聯并設有平衡電抗。
4、 根據權利要求1所述的電容儲能整流電源，其特征在于充電電路和放電電路均設有串 聯的IGBT模塊，充放電控制內設有IGBT驅動板。
專利摘要本實用新型公開了一種電容儲能整流電源，包括電源輸入、合閘緩啟動、雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、放電電路、充放電控制、電壓采樣，其中電源輸入、合閘緩啟動、雙三相12脈動整流、充電電路、電容儲能、電源輸出依次連接，電容儲能的輸出端過通電壓采樣與充放電控制相連接，電容儲能還與放電電路相連接，充放電控制分別與放電電路、充電電路、雙三相12脈動整流依次連接。本實用新型有益的效果通過采用雙三相12脈動整流和大容量電容儲能技術獲得高質量的大電流直流電源，通過IGBT模塊對電容實現無觸點充放電；設備的振動噪聲大大降低，可靠性也有一定程度提高。采用12脈動全波整流，相比可控整流，功率因數也有較大幅度提高。
文檔編號H02M7/04GK201369683SQ20092011482
公開日2009年12月23日 申請日期2009年3月2日 優先權日2009年3月2日
發明者杰 任, 何衛彬, 倪東波, 劉雅蓮, 劉靜棟, 青 胡, 許鋼燦, 平 車 申請人:中國船舶重工集團公司第七一五研究所