大功率試驗(yàn)變頻電源研究與應(yīng)用
隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，變壓器、發(fā)電機(jī)、斷路器、GIS、110k V及220kV交聯(lián)聚乙烯電纜等高壓電力設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛。根據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50150－91）和《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL／T096－1996）的要求，此類高壓電力設(shè)備的安裝驗(yàn)收和年度檢修中，均需進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)項(xiàng)目，然而對這類電容性試品，采用常規(guī)工頻耐壓試驗(yàn)，所需試驗(yàn)設(shè)備和電源容量都非常大，在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)難度也很大。對于同一試品而言，采用變頻諧振試驗(yàn)方式，所需的電源容量和設(shè)備最小，重量也最輕。諧振試驗(yàn)系統(tǒng)在試品擊穿時(shí)，諧振條件破壞，試品上電壓和電流隨之減小，這有助于保護(hù)諧振電源和試品的安全。因此變頻諧振耐壓試驗(yàn)更適合現(xiàn)場應(yīng)用。
1、變頻試驗(yàn)電源基本原理
變頻電源做為交流諧振耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)的核心部分，要求調(diào)壓、調(diào)頻獨(dú)立進(jìn)行，輸出電壓0～400V，頻率30～300Hz，且穩(wěn)定度高，還要求在現(xiàn)場環(huán)境下有較強(qiáng)的抗干擾能力。
在調(diào)頻調(diào)壓控制技術(shù)發(fā)展的早期多采用PAM方式，因此，變頻電源逆變器輸出的交流電壓波形只能是方波，改變方波有效值，只能通過改變方波的幅值，即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型快速開關(guān)器件GTR、IGBT、MOSFET等的出現(xiàn)，才逐漸發(fā)展為PWM方式。由于調(diào)節(jié)PWM波的占空比即可調(diào)節(jié)電壓幅值，所以逆變環(huán)節(jié)可同時(shí)完成調(diào)壓和調(diào)頻任務(wù)，整流器無需控制，設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單，控制更方便。輸出電壓由方波改進(jìn)為PWM波，降低了輸出電壓的低次諧波含量。
SPWM是以正弦波作為基準(zhǔn)波（調(diào)制波），用一列等幅的三角波（載波）與基準(zhǔn)正弦波相比較產(chǎn)生PWM波的控制方式。如所示，當(dāng)基準(zhǔn)正弦波高于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件導(dǎo)通；當(dāng)基準(zhǔn)正弦波低于三角波時(shí)，使相應(yīng)的開關(guān)器件截止。由此，逆變器的輸出電壓波形為所示的脈沖列，其特點(diǎn)是：半個(gè)周期中各脈沖等距等幅不等寬，總是中間寬，兩邊窄，各脈沖面積與該區(qū)間正弦波下的面積成比例。這種脈沖波經(jīng)過低通濾波后可得到與調(diào)制波同頻率的正弦波，正弦波幅值和頻率由調(diào)制波的幅值和頻率決定。這就是變頻電源調(diào)頻調(diào)壓的原理。
試驗(yàn)變頻電源的主電路原理如所示。三相交流電壓經(jīng)過三相橋式不控整流電路整流成脈動(dòng)直流電壓，經(jīng)過中間濾波電容的儲(chǔ)能和濾波成為平滑直流電壓。逆變環(huán)節(jié)由4塊IGBT構(gòu)成全橋逆變器，反并聯(lián)二極管完成IGBT關(guān)斷時(shí)的續(xù)流工作，R、C、D構(gòu)成
