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用于电缆故障检测用的高频高压脉冲电源研制

作　者: 唐瑶
导　师: 李国锋
学　校: 大连理工大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 高频高压 LCC谐振变换器 数字化控制 软开关
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电力电缆性能的优劣直接关系到电网的运行状况,当电力电缆发生故障时,利用电缆检测仪快速定位故障点并恢复供电,可以避免严重的经济损失,具有重要的实际意义。高压脉冲电源作为电缆检测仪中的重要组成部分,负责提供一定电压等级、一定能量的高压脉冲对故障电缆进行冲击放电试验。然而,现有的高压脉冲电源普遍存在体积大、效率低、携带运输不方便等缺点,针对以上问题,本文拟研制一台小体积、轻质量、高效率的高频高压脉冲电源,用于电力电缆故障点定位。其主要技术指标为：额定工作电压：35kV+3%；额定工作电流：100mA；最大放电能量：2450J。本文首先分析了串并联谐振变换器(又称LCC谐振变换器)的工作过程,利用数学方法对其进行稳态建模和小信号分析,并通过图示分别给出负载与占空比和频率的对应关系,由此得到LCC谐振变换器的参数确定方法,为高频高压电源的谐振软开关实现奠定了理论基础。在此基础上,对高频高压脉冲电源的主电路进行设计,重点阐述了高频逆变电路、驱动电路、高频高压变压器、倍压整流电路、充放电电路的设计原理和硬件实现,对高频高压变压器进行建模,并利用其分布参数实现谐振。为实现数字式一体化控制,设计了以dsPIC33F为核心的控制电路,主要实现以下功能：产生脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-PWM)波形；对高频高压变压器一次侧和二次侧电压电流进行采样；通过PI调节控制输出电压稳定；根据负载变化实现谐振软开关；检测系统过流、过压等故障状态并进行实时保护。软件方面,编写了以dsPIC33F处理器为核心的汇编程序,对每个功能模块的寄存器进行配置并给出程序设计流程图。最后,对整机电源进行调试,详细分析了各个关键点的实验波形,并结合电力电缆故障点定位的发展,指出该电源的优缺点以及需要进一步完善的方面。本文实现了以dsPIC33F为核心的数字式一体化控制,完成了整个高频高压脉冲电源的设计以及整机调试,并通过实验证明此电源能够应用于电力电缆的故障点定位中。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-22
  1.1 高压电源主要应用  9-10
  1.2 电力电缆故障测试概述  10-11
  1.3 高压电源国内外发展现状  11-19
    1.3.1 工频高压电源  11-13
    1.3.2 硬开关式高频高压电源  13-14
    1.3.3 谐振软开关式高频高压电源  14-17
    1.3.4 高压电源控制方式  17-18
    1.3.5 高压电源设计难点  18-19
  1.4 本文研究目的和意义  19-20
  1.5 本文主要研究内容  20-22
2 LCC谐振变换器  22-39
  2.1 LCC谐振变换器工作过程  22-24
  2.2 LCC谐振变换器稳态建模  24-30
    2.2.1 LCC谐振变换器数学建模  24-26
    2.2.2 LCC谐振变换器参数设计  26-30
  2.3 LCC谐振变换器小信号分析  30-36
  2.4 LCC谐振变换器仿真  36-38
  2.5 本章小结  38-39
3 高频高压脉冲电源主电路的设计  39-58
  3.1 整流滤波电路  39-41
  3.2 高频逆变电路的设计  41-44
    3.2.1 IGBT的特点与选型  41-42
    3.2.2 IGBT保护电路  42-44
  3.3 IGBT的驱动电路  44-48
  3.4 高频高压变压器的设计  48-53
    3.4.1 高频变压器的一般建模  48-49
    3.4.2 工作频率和磁芯选择  49-50
    3.4.3 绕组匝数和线径设计  50-51
    3.4.4 变压器结构设计  51
    3.4.5 变压器绝缘和散热设计  51-53
  3.5 倍压整流电路  53-55
  3.6 充放电电路  55-57
    3.6.1 充放电电路原理  55-56
    3.6.2 反峰电压和电晕的抑制  56-57
  3.7 本章小结  57-58
4 控制电路的设计  58-73
  4.1 控制电路硬件  58-61
    4.1.1 dsPIC33F简介  58-59
    4.1.2 采样和保护电路  59-61
  4.2 控制电路软件  61-72
    4.2.1 软件开发工具  61-62
    4.2.2 主程序设计  62-63
    4.2.3 A/D采样  63-66
    4.2.4 PI控制算法  66-68
    4.2.5 PWM驱动波形的软件设计  68-72
  4.3 本章小结  72-73
5 高频高压脉冲电源系统实验  73-78
  5.1 高频高压脉冲电源系统设计  73
  5.2 占空比和驱动测量波形  73-75
  5.3 LCC谐振变换器测量波形  75-78
结论  78-80
参考文献  80-84
附录A 系统实物图  84-86
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  86-87
致谢  87-88

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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