高壓大功率開(kāi)關(guān)電源相關(guān)技術(shù)研究

李少鵬 費(fèi)香邦 蘇柏豪

摘要：高壓大功率電源使用范圍涵蓋了高功率激光、等離子物理、高功率微波等諸多方面。當(dāng)下，傳統(tǒng)的高壓大功率開(kāi)關(guān)使用的是LC諧振充電方法與高工頻電壓，這種電源開(kāi)關(guān)雖然在電路設(shè)計(jì)上十分簡(jiǎn)易，但是往往體積質(zhì)量龐大，并且穩(wěn)定性令人堪憂。針對(duì)這一現(xiàn)狀，我國(guó)必須要開(kāi)發(fā)出一款輕便簡(jiǎn)易的高壓大功率開(kāi)關(guān)電源。本文首先解析了高壓大功率電源在設(shè)計(jì)上的難點(diǎn)，并根據(jù)這些難點(diǎn)提出相應(yīng)的解決方案，同時(shí)列出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為參考，希望謹(jǐn)以此文，給予相關(guān)從業(yè)者一些有價(jià)值的幫助

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;低壓電氣供配電設(shè)備;安全管理

引言

合理使用高壓高頻變壓器的分布數(shù)據(jù)能夠有效完成高壓大功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，并且所設(shè)計(jì)的高壓大功率開(kāi)關(guān)電源擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，筆者所探討的高壓大功率開(kāi)關(guān)電源還有零電流自動(dòng)斷開(kāi)能力，并且在進(jìn)行運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，電流對(duì)高壓大功率開(kāi)關(guān)電源的損耗極低，同時(shí)有更高的安全性與工作效率。

一、高壓高頻變壓器

將高壓電源進(jìn)行高頻化處理的好處在于能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)電源的體積大大縮小，并且有效提高開(kāi)關(guān)系統(tǒng)反應(yīng)速度，電源裝置的工作效率得以明顯提升，杜絕了傳統(tǒng)高壓大功率開(kāi)關(guān)電源噪聲極大的缺點(diǎn)。但是，在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)時(shí)，高壓高頻變壓器的使用仍有一些問(wèn)題。

雖然高壓高頻變壓器的體積得以極大程度的減小，但隨之而來(lái)的是電源開(kāi)關(guān)的絕緣性無(wú)法得到保證，對(duì)相關(guān)工作人員人身安全造成威脅。并且，雖然使用變壓器可以有效降低高壓大功率開(kāi)關(guān)電源的體積，但同時(shí)也讓變壓器的漏感與分布電容大幅度增強(qiáng)，圖1就是高壓高頻變壓器的簡(jiǎn)易化電路模型，它的組成構(gòu)件是漏感Lr、分布電容Cp與理想變壓器。在漏感相同時(shí)，高壓高頻變壓器的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于f，在極大程度上降低了功率輸出。分布電容一樣時(shí)，高頻之下電容相對(duì)于工頻條件下降低到原有的0.02f，致使空載電流增加，功率因數(shù)減小，電源開(kāi)關(guān)發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重。

面對(duì)以上問(wèn)題，筆者采取的辦法是對(duì)高壓高頻變壓器采取真空浸油處理，同時(shí)使用大磁芯讓變壓器有足夠的絕緣距離，以此降低分布電容Cp與它會(huì)帶來(lái)的相關(guān)影響。因?yàn)镃p降低，必將伴隨著Lr的增大，筆者在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到高頻高壓變壓器漏感較強(qiáng)的特性，依靠串入諧振電容Cr，形成諧振變化器，并利用先進(jìn)的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，讓高頻高壓變壓器以此做到能源轉(zhuǎn)換效率提高、電磁干擾低等一系列優(yōu)點(diǎn)。

二、串聯(lián)諧振變化器

串聯(lián)諧振變化器的主電路圖的設(shè)計(jì)是由三相交流整流獲得Q1-Q4與D1-D4，由此形成全橋逆變器，高壓高頻變壓器將低壓轉(zhuǎn)換成高壓，并在整流之后針對(duì)負(fù)載電容C0開(kāi)展充電工作。

iL是在進(jìn)行穩(wěn)定工作過(guò)程中的諧電流，uc是Cr兩端的電壓，串聯(lián)諧振變化器的一個(gè)工作周期為t0-t4四個(gè)部分，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是四個(gè)工作狀態(tài)。模態(tài)1（t0≤t

三、相關(guān)實(shí)驗(yàn)和結(jié)果

針對(duì)以上的原理所研發(fā)的高壓大功率開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)在已經(jīng)投入了試用階段，它的負(fù)載核定電容為1200μF，充電電壓為20KV，充電功率為20KW。高壓大功率開(kāi)關(guān)電源相的磁芯材料是使用TDK公司所出品的PC40鐵氧制磁芯，該磁芯呈現(xiàn)4u型結(jié)構(gòu)。同時(shí)變壓器經(jīng)過(guò)真空浸油處理，變比為1：60，漏感為55μH，用作諧振電感，高頻性能好是諧振電容的最基礎(chǔ)要求，通流與高耐壓能力較高，若Cr為0.5μF，耐壓為4KV。f=20KHz，額定電流為200A。通過(guò)電路在開(kāi)始過(guò)程中諧振的實(shí)驗(yàn)波形可以看出，兩者的波形基本相同，再根據(jù)充電電壓理論波形可以發(fā)現(xiàn)，其電壓上升較為穩(wěn)定，與橫流充電大體相似。

四、結(jié)束語(yǔ)

高壓大功率電源包含高功率激光、等離子物理、高功率微波等多環(huán)節(jié)。綜合分析，高壓高頻變壓器有助于進(jìn)行高壓大功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的高壓大功率開(kāi)關(guān)電源有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于控制的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，高壓大功率開(kāi)關(guān)具有自動(dòng)切斷功能，有助于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)減少電流對(duì)高壓大功率開(kāi)關(guān)電源的消耗，提升穩(wěn)定性與運(yùn)行水平。經(jīng)過(guò)以上問(wèn)題可以看出高壓高頻變壓器實(shí)現(xiàn)高壓大功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)，減小了開(kāi)關(guān)電源體積、便于控制，適用范圍廣泛，有利于優(yōu)化高壓大功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周長(zhǎng)庚，伍春雷，胡永宏.200kV高壓開(kāi)關(guān)電源研制[J].強(qiáng)激光與粒子束，2011，03：761-764.

[2]張文利，彭燕昌，張適昌.高壓開(kāi)關(guān)電源的研制[J].高電壓技術(shù)，2010，11：36-37.

[3]朱學(xué)政，張一鳴，張玉濤.基于ZVS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的30KW大功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化，2016（38）.

[4]李亮勁.大功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2016（35）.

[5]陳雙喜.高功率密度大功率電源關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2017（01）.