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1、(10)申请公布号 CN 104052310 A (43)申请公布日 2014.09.17 CN 104052310 A (21)申请号 201410273544.5 (22)申请日 2014.06.18 H02M 7/04(2006.01) H02M 5/293(2006.01) H02M 5/10(2006.01) (71)申请人 三迪电气 （武汉） 有限公司 地址 430074 湖北省武汉市江夏区藏龙岛九 凤街 18 号长咀光电子工业园 (72)发明人 罗湘炜 朱永华 汪清明 (74)专利代理机构 北京华沛德权律师事务所 11302 代理人 刘杰 (54) 发明名称 一种串联式超低频高压。
2、发生器 (57) 摘要 本发明属于电气装置设备技术领域， 公开了 一种串联式超低频高压发生器， 包括 ： 电源电路、 控制单元、 驱动电路、 继电器单元、 第一高压电子 开关、 第一升压变压器、 第二高压电子开关以及第 二升压变压器 ； 第一升压变压器和第二升压变压 器的初级线圈均通过继电器单元连接供电源 ； 第 一升压变压器的次级线圈的第一输出端通过第一 高压电子开关连接第二升压变压器次级线圈的第 二输出端， 第二升压变压器次级线圈的第一输出 端通过第二高压电子开关连接负载， 形成二级变 压器串联升压结构 ； 电源电路与供电源相连， 转 换供电源 ； 控制单元与电源电路相连 ； 控制单元 通。
3、过驱动电路分别与继电器单元、 第一高压电子 开关以及第二高压电子开关的控制端相连， 实现 动作控制。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104052310 A CN 104052310 A 1/2 页 2 1. 一种串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 包括 ： 电源电路、 控制单元、 驱动电路、 继电器单元、 第一高压电子开关、 第一升压变压器、 第二高压电子开关以及第二升压变压 器 ； 所述第一升压变压器和所述第二升压变压器的。
4、初级线圈均通过所述继电器单元连接供 电源 ； 所述第一升压变压器的次级线圈的第一输出端通过所述第一高压电子开关连接所述 第二升压变压器次级线圈的第二输出端， 所述第二升压变压器次级线圈的第一输出端通过 所述第二高压电子开关连接用电负载， 形成二级变压器串联升压结构 ； 所述电源电路与所 述供电源相连， 转换供电源为串联式超低频高压发生器内部供电 ； 所述控制单元与所述电 源电路相连 ； 所述控制单元通过所述驱动电路分别与所述继电器单元、 所述第一高压电子 开关以及所述第二高压电子开关的控制端相连， 实现动作控制。 2. 如权利要求 1 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 所述继电器单。
5、元包括 ： 固态继电器 ； 所述固态继电器连接在供电源与所述第一升压变压器以及所述第二升压变压 器的初级线圈之间。 3. 如权利要求 2 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 所述继电器单元还包 括 ： 大功率继电器 ； 所述大功率继电器与所述固态继电器串连在供电源与所述第一升压变 压器以及所述第二升压变压器的初级线圈之间。 4. 如权利要求 3 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于 ： 所述第一高压电子开 关和所述第二高压电子开关均为光控 IGBT 高压电子开关。 5. 如权利要求 1 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 还包括 ： 电压电流采样 电路以及 A/D 转。
6、换电路 ； 所述电压电流采样电路分别与所述第一升压变压器以及所述第二 升压变压器的次级线圈相连， 采样输出电流和电压 ； 所述电压电流采样电路的输出端通过 所述 A/D 转换电路与所述控制单元相连， 形成闭环回路， 实现所述第一升压变压器以及所 述第二升压变压器的输出控制 ； 所述 A/D 转换电路与所述电源电路相连， 获取电能供应。 6. 如权利要求 5 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 所述电压电流采样电 路包括 ： 第一电压电流采样电路和第二电压电流采样电路 ； 所述第一电压电流采样电路的 输入端与所述第一升压变压器的次级线圈相连， 输出端与所述 A/D 转换电路相连 ； 所。
7、述第 二电压电流采样电路的输入端与所述第二升压变压器的次级线圈相连， 输出端与所述 A/D 转换电路相连。 7. 如权利要求 6 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 所述第一电压电流采 样电路包括 ： 分压电阻 R1、 分压电阻 R2 以及电流采样电阻 R3 ； 所述分压电阻 R1 与分压电 阻 R2 串联连接在所述第一高压电子开关的输出端与地之间 ； 所述分压电阻 R1 的输入端连 接所述第一高压电子开关的输出端 ； 所述分压电阻 R1 的输出端连接所述 A/D 转换电路 ； 所 述电流采样电阻 R3 连接在所述第一升压变压器次级线圈的第二输出端与地之间 ； 所述电 流采样电阻 R。
8、3 输入端与所述 A/D 转换电路相连。 8. 如权利要求 6 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 所述第二电压电流采 样电路包括 ： 分压电阻 R4、 分压电阻 R5 以及电流采样电阻 R6 ； 所述分压电阻 R4 与分压电 阻 R5 串联连接在所述第二高压电子开关的输出端与地之间 ； 所述分压电阻 R4 的输入端连 接所述第二高压电子开关的输出端 ； 所述分压电阻 R4 的输出端连接所述 A/D 转换电路 ； 所 述电流采样电阻 R6 连接在所述第一升压变压器次级线圈的第二输出端与地之间 ； 所述电 流采样电阻 R6 输入端与所述 A/D 转换电路相连。 权 利 要 求 书 CN。
9、 104052310 A 2 2/2 页 3 9. 如权利要求 1 8 任一项所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 还包括 ： 触 摸屏和打印机 ； 所述触摸屏和所述打印机与所述控制单元相连。 10. 如权利要求 9 所述的串联式超低频高压发生器， 其特征在于， 还包括 ： 无线通信模 块 ； 所述无线通信模块与所述控制单元相连， 实现控制单元与外界的数据传递。 权 利 要 求 书 CN 104052310 A 3 1/5 页 4 一种串联式超低频高压发生器 技术领域 0001 本发明涉及电气装置设备技术领域， 特别涉及一种串联式超低频高压发生器。 背景技术 0002 高压发生器又称直。
10、流高压发生器， 是高压电源的传统称呼， 是指主要用于绝缘和 漏电检测中的高压电源。目前市场上的有两类超低频高压发生器， 第一类超低频高压发生 器工作原理主要是通过旋转一特殊旋转调压器而调制出包络为 0.1Hz 的调幅波， 通过变压 器将其升至所需电压， 再通过整流硅堆、 机械开关， 放电电阻将高压调幅波解调出 0.1Hz 的 高压电。这类产品的输出波形畸变大、 导致工作时设备严重发热， 安全风险激增， 以至不能 连续工作。第二类超低频高压发生器采用单片机控制光控高压开关单元， 放电电阻将高压 调幅波解调出0.1Hz的高压电， 由于设备安全限制， 这类产品输出0.1Hz的高压电的最高峰 值电压最。
11、高仅为 50kV， 输出范围过小， 无法广泛使用 ； 同时鉴于设备本身限制， 在高电压时 控制精度不高严重制约了使用精度。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提升安全系数、 扩大输出范围的超低 频高压发生器。 0004 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种串联式超低频高压发生器， 包括 ： 电源电 路、 控制单元、 驱动电路、 继电器单元、 第一高压电子开关、 第一升压变压器、 第二高压电子 开关以及第二升压变压器 ； 所述第一升压变压器和所述第二升压变压器的初级线圈均通过 所述继电器单元连接供电源 ； 所述第一升压变压器的次级线圈的第一输出端通过所述第一 高压电子开。
12、关连接所述第二升压变压器次级线圈的第二输出端， 所述第二升压变压器次级 线圈的第一输出端通过所述第二高压电子开关连接用电负载， 形成二级变压器串联升压结 构 ； 所述电源电路与供电源相连， 转换供电源， 为串联式超低频高压发生器内部供电 ； 所述 控制单元与所述电源电路相连 ； 所述控制单元通过所述驱动电路分别与所述继电器单元、 所述第一高压电子开关以及所述第二高压电子开关的控制端相连， 实现动作控制。 0005 进一步地， 所述继电器单元包括 ： 固态继电器 ； 所述固态继电器连接在供电源与 所述第一升压变压器以及所述第二升压变压器的初级线圈之间。 0006 进一步地， 所述继电器单元还包括。
13、 ： 大功率继电器 ； 所述大功率继电器与所述固 态继电器串连在供电源与所述第一升压变压器以及所述第二升压变压器的初级线圈之间。 0007 进一步地， 所述第一高压电子开关和所述第二高压电子开关均为光控 IGBT 高压 电子开关。 0008 进一步地， 还包括 ： 电压电流采样电路以及 A/D 转换电路 ； 所述电压电流采样电路 分别与所述第一升压变压器以及所述第二升压变压器的次级线圈相连， 采样输出电流和电 压 ； 所述电压电流采样电路的输出端通过所述 A/D 转换电路与所述控制单元相连， 形成闭 环回路， 实现所述第一升压变压器以及所述第二升压变压器的输出控制 ； 所述 A/D 转换电 说。
14、 明 书 CN 104052310 A 4 2/5 页 5 路与所述电源电路相连， 获取电能供应。 0009 进一步地， 所述电压电流采样电路包括 ： 第一电压电流采样电路和第二电压电流 采样电路 ； 所述第一电压电流采样电路的输入端与所述第一升压变压器的次级线圈相连， 输出端与所述 A/D 转换电路相连 ； 所述第二电压电流采样电路的输入端与所述第二升压变 压器的次级线圈相连， 输出端与所述 A/D 转换电路相连。 0010 进一步地， 所述第一电压电流采样电路包括 ： 分压电阻 R1、 分压电阻 R2 以及电流 采样电阻 R3 ； 所述分压电阻 R1 与分压电阻 R2 串联连接在所述第一高。
15、压电子开关的输出端 与地之间 ； 所述分压电阻 R1 的输入端连接所述第一高压电子开关的输出端 ； 所述分压电阻 R1 的输出端连接所述 A/D 转换电路 ； 所述电流采样电阻 R3 连接在所述第一升压变压器次 级线圈的第二输出端与地之间 ； 所述电流采样电阻 R3 输入端与所述 A/D 转换电路相连。 0011 进一步地， 所述第二电压电流采样电路包括 ： 分压电阻 R4、 分压电阻 R5 以及电流 采样电阻 R6 ； 所述分压电阻 R4 与分压电阻 R5 串联连接在所述第二高压电子开关的输出端 与地之间 ； 所述分压电阻 R4 的输入端连接所述第二高压电子开关的输出端 ； 所述分压电阻 R。
16、4 的输出端连接所述 A/D 转换电路 ； 所述电流采样电阻 R6 连接在所述第一升压变压器次 级线圈的第二输出端与地之间 ； 所述电流采样电阻 R6 输入端与所述 A/D 转换电路相连。 0012 进一步地， 串联式超低频高压发生器还包括 ： 触摸屏和打印机 ； 所述触摸屏和所 述打印机与所述控制单元相连。 0013 进一步地， 串联式超低频高压发生器还包括 ： 无线通信模块 ； 所述无线通信模块 与所述控制单元相连， 实现控制单元与外界的数据传递。 0014 本发明提供的串联式超低频高压发生器通过两个升压变压器串联的方式， 扩大整 体输出的电压范围 ； 同时， 鉴于高压输出， 采用两级串联。
17、输出， 使得输出回路的功率密度降 低， 从而降低输出回路发生过热烧毁的概率， 从而从整体上提升了安全性。 附图说明 0015 图 1 为本发明实施例提供的串联式 80KV 超低频高压发生器的结构示意图。 具体实施方式 0016 本发明提供一种串联式超低频高压发生器， 现以 80KV 的超低频高压发生器为例， 说明本方案。 0017 参见图 1， 本发明提供的一种串联式 80KV 超低频高压发生器， 包括 ： 电源电路、 控 制单元、 驱动电路、 继电器单元、 第一高压电子开关、 第一升压变压器、 第二高压电子开关以 及第二升压变压器 ； 第一升压变压器和第二升压变压器的初级线圈均通过继电器单元。
18、连接 供电源， 形成供电电路， 并通过继电器实现高安全系数的高压通断控制 ； 第一升压变压器的 次级线圈的第一输出端 a1通过第一高压电子开关连接第二升压变压器次级线圈的第二输 出端 b2， 第二升压变压器次级线圈的第一输出端 a2通过第二高压电子开关连接用电负载， 形成二级变压器串联升压结构， 通过两级升压变压器， 整体上扩大输出电压的范围， 同时也 降低了输出回路的功率密度， 相对于单个升压变压器承载全量程范围内电压输出， 两级串 联输出， 能够根据实际需要灵活分配各个升压变压器的输出电压， 从而使得两个升压变压 器能够更多的处在最优化的输出范围内， 避免始终高压输出或者低压输出造成的器件。
19、过 说 明 书 CN 104052310 A 5 3/5 页 6 热， 安全风险增高或者电损过大 ； 电源电路与供电源相连， 转换供电源， 降压整流， 为串联式 超低频高压发生器内部供电 ； 控制单元与电源电路相连， 获取运转所需的低压直流电 ； 控 制单元通过驱动电路分别与继电器单元、 第一高压电子开关以及第二高压电子开关的控制 端相连， 实现动作控制， 调整输出电压。 0018 本实施例中， 第一高压电子开关采用 30KV 高压电子开关、 第一升压变压器采用 30KV 升压变压器 ； 第二高压电子开关采用 50KV 高压电子开关、 第二升压变压器采用 50KV 升压变压器 ； 确保输出电压。
20、极值为 80KV。也可以根据实际需要选用不同阈值的第一升压变 压器和第二升压变压器， 将两者串联， 从而达到串联扩大输出范围的目的 ； 鉴于各类器件的 耐压性能区别， 第一升压变压器和第二升压变压器的阈值范围避免过大的差异， 避免输出 回路过热。 0019 本实施例中， 控制单元采用单片机系统 ； 实际应用中， 也可以采用注入 PLC 等其他 类型的控制器。 0020 继电器单元用于高压状态下的安全控制供电源的接入和关断， 包括 ： 固态继电器 ； 固态继电器连接在供电源与第一升压变压器以及第二升压变压器的初级线圈之间。 鉴于固 态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关， 在开关过程中无机械接触。
21、部件， 因此固态继 电器除具有与电磁继电器一样的功能外， 还具有逻辑电路兼容， 耐振耐机械冲击， 安装位置 无限制， 具有良好的防潮防霉防腐蚀性能， 在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳， 输入 功率小， 灵敏度高， 控制功率小， 电磁兼容性好， 噪声低和工作频率高的优势。 0021 鉴于高压环境下， 装置的安全性能要求极为严格， 优选的， 继电器单元还包括 ： 大 功率继电器 ； 大功率继电器与固态继电器串连在供电源与第一升压变压器以及第二升压变 压器的初级线圈之间 ； 形成串联的两级开关， 提升开关的可靠性， 降低安全风险。 0022 第一高压电子开关和第二高压电子开关均为光控 IGBT 。
22、高压电子开关。采用光控 IGBT 高压电子开关替代传统的机械开关可实现能量的双向交换， 使得设备不发热、 使用寿 命长并可连续工作。 0023 鉴于， 高压输出的风险很高， 因为其精度的控制也应具备很高的能力 ； 优选的， 本 发明还包括 ： 电压电流采样电路以及 A/D 转换电路 ； 电压电流采样电路分别与第一升压变 压器以及第二升压变压器的次级线圈相连， 采样输出电流和电压 ； 电压电流采样电路的输 出端通过 A/D 转换电路与控制单元相连， 形成闭环回路， 实现所述第一升压变压器以及第 二升压变压器的输出控制 ； 从而通过智能的反馈控制提高输出控制精度， 降低对负载的影 响， 提升负载运。
23、转精度和安全性。 0024 A/D 转换电路与电源电路相连， 获取稳定电能供应。 0025 电压电流采样电路包括 ： 第一电压电流采样电路和第二电压电流采样电路 ； 第一 电压电流采样电路的输入端与第一升压变压器的次级线圈相连， 输出端与 A/D 转换电路相 连 ； 第二电压电流采样电路的输入端与第二升压变压器的次级线圈相连， 输出端与所述 A/ D 转换电路相连。采用分离的采样电路， 针对两级升压变压器分别采样， 大大降低了两级变 压器采样的相互干扰， 提升采样精度， 进而提升装置对的反馈控制精度 0026 第一电压电流采样电路包括 ： 分压电阻 R1、 分压电阻 R2 以及电流采样电阻 R。
24、3 ； 分 压电阻R1与分压电阻R2串联连接在第一高压电子开关的输出端与地之间 ； 分压电阻R1的 输入端连接第一高压电子开关的输出端 ； 分压电阻 R1 的输出端连接 A/D 转换电路 ； 从而通 说 明 书 CN 104052310 A 6 4/5 页 7 过分压电阻采集安全的电压信号， 通过高阻值的电阻 R1， 使得电压信号采样值处于低压小 幅值状态， 便于进行模数转换利用 ； 电流采样电阻 R3 连接在第一升压变压器次级线圈的第 二输出端 b1与地之间 ； 电流采样电阻 R3 输入端与 A/D 转换电路相连 ； 通过分流电阻 R3 调 整流入 A/D 转换电路的输出电流， 实现低压低流。
25、的采样电路结构， 大大提升了电路的抗干 扰能力和安全性。 0027 第二电压电流采样电路包括 ： 分压电阻 R4、 分压电阻 R5 以及电流采样电阻 R6 ； 分 压电阻R4与分压电阻R5串联连接在第二高压电子开关的输出端与地之间 ； 分压电阻R4的 输入端连接第二高压电子开关的输出端 ； 分压电阻 R4 的输出端连接 A/D 转换电路 ； 从而通 过分压电阻采集安全的电压信号， 通过高阻值的电阻 R4， 使得电压信号采样值处于低压小 幅值状态， 便于进行模数转换利用 ； 电流采样电阻 R6 连接在第二升压变压器次级线圈的第 二输出端 b2与地之间 ； 电流采样电阻 R6 输入端与 A/D 转。
26、换电路相连 ； 通过分流电阻 R6 调 整流入 A/D 转换电路的输出电流， 实现低压低流的采样电路结构， 大大提升了电路的抗干 扰能力和安全性。 0028 为了实现便捷的人机互动， 优选的， 本发明实施例还包括 ： 触摸屏和打印机 ； 触摸 屏和打印机与控制单元相连。便于实时数据的获取显示， 以及人工调控。 0029 本实施例还包括 ： 无线通信模块 ； 无线通信模块与控制单元相连， 实现控制单元 与外界的数据传递。 0030 本发明实施例采用电容触摸屏的串联式超低频高压发生器， 采用 ARM7 控制单元， 通过驱动电路同时向光控第一IGBT高压电子开关和光控第二IGBT高压电子开关同时发出。
27、 控制信号， 从而第二 IGBT 高压电子开关输出按正弦规律频率为 0.1Hz 的峰值为 80kV 的脉 冲电压。 由第一分压电阻高压臂R1、 第一分压电阻低压臂R2、 第一电流采样电阻R3、 第二分 压电阻高压臂R4、 第二分压电阻低压臂R5、 第二电流采样电阻R6各自的输出端均通过模数 A/D 转换电路读取输出的电压和电流值， 最后通过电容触摸屏和打印机输出结果。 0031 本仪器的控制器部分主要由以 ARM7 单片机为核心的电子部件组成， 其替代了原 有的同类产品中第一类以调压器、 旋转调压器为核心组成的控制器 ； 替代了同类产品中以 51系列单片机为核心组成的控制器。 采用电容触摸屏的。
28、串联式超低频高压发生器可用程序 控制的方法产生包络为 0.1Hz 的调幅波， 通过控制载波的脉宽， 达到调节输出电压的目的 ； 采用二级变压器串联升压， 提升了输出电压的等级， 也使得生产工艺大大简化， 输出波形失 真度小。所有控制操作全部可以在电容触摸屏上用手点击完成， 不需要按键。支持无线通 信， 实现通过后台无线通信控制 ； 采用固态继电器和大功率继电器串联控制升压器电源回 路， 提高了产品保护动作切断电源回路的可靠性。本实施例采用光控 IGBT 高压电子开关替 代传统的机械开关可实现能量的双向交换， 使得设备不发热、 使用寿命长并可连续工作。 0032 第一分压电阻高压臂 R1 为 3。
29、000M、 第一分压电阻低压臂 R2 为 3k、 第一电流采 样电阻 R3 为 333， 第二分压电阻高压臂 R4 为 5000M、 第二分压电阻低压臂 R5 为 5k、 第二电流采样电阻 R6 为 333 ； 从而保证采样电流电压信号的低压安全。 0033 本发明提供的串联式超低频高压发生器通过两个升压变压器串联的方式， 扩大整 体输出的电压范围 ； 同时， 鉴于高压输出度输出， 采用两级串联输出， 使得输出回路的功率 密度降低， 从而降低输出回路发生过热烧毁的概率， 从而从整体上提升了安全性。 0034 最后所应说明的是， 以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 说 明 书 CN 104052310 A 7 5/5 页 8 尽管参照实例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的精神和范围， 其均应涵盖 在本发明的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 104052310 A 8 1/1 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 104052310 A 9 。