移動式大功率高壓直流電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移動式大功率高壓直流電源，特別涉及大功率高壓電器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率高壓直流電源一般采用交流整流濾波后獲得，在大功率應(yīng)用場合，電源體積隨著功率增加而增大，在有移動需求或野外應(yīng)用場合，大功率高壓直流電源體積和重要均有一定限制，導(dǎo)致采用電網(wǎng)供電或發(fā)電機(jī)供電的高壓直流電源的應(yīng)用受到限制。在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，高壓直流電源用于給脈沖電容器充電，但野外和移動應(yīng)用一般需配備柴油發(fā)電機(jī)，但在山區(qū)，大功率的柴油發(fā)電機(jī)難以移動，使用受到限制。
[0003]專利201410348131.9公開了一種高壓電源，采用的是開關(guān)變換技術(shù)，采用交流供電電源經(jīng)過整流逆變，再經(jīng)過高壓整流后給電容器充電的技術(shù)路線。若采用該方式，在山區(qū)采用電火花地質(zhì)勘探應(yīng)用時，則需要柴油發(fā)電機(jī)提供交流電源，同時需要改專利研制的高壓充電電源；專利200610165501.0公開了一種采用超級電容器供電的充電電源，其原理是超級電容器作為初級能源，與高頻充電電源相配合對高壓電容器進(jìn)行充電。此專利僅利用超級電容器作為初始能源，在給電容器充電時，仍然需要相同功率的充電電源。上述專利和現(xiàn)有脈沖電容器充電技術(shù)有共同特點(diǎn)，都是采用了高壓變壓器技術(shù)，通過變壓器將低壓變?yōu)楦邏汉蠼o脈沖電容器充電，因此存在相同的問題，即隨著充電功率增加，不僅初級能源系統(tǒng)體積增加，將低壓初級能源轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏旱某潆娤到y(tǒng)體積隨之增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是在實現(xiàn)高壓電容器，即目標(biāo)充電電壓在IKV及以上的電容器，快速充電的前提下，提出一種移動式大功率高壓直流電源，它利用超級電容器級聯(lián)方式疊加出高壓直流源，省去高壓變壓器，減小現(xiàn)有高壓電容器充電系統(tǒng)體積、降低成本費(fèi)用。
[0005]本發(fā)明包括7個組成部分:控制系統(tǒng)、N個超級電容器組，N個控制開關(guān)、N個二極管、限流電感、高壓電容器和電流測量線圈。I個超級電容器組按照電流流向串聯(lián)I個控制開關(guān)后，在其串聯(lián)電路兩端按照相同的電流方向并聯(lián)一個二極管，形成超級電容器組級聯(lián)電路的一級。N個超級電容器組級聯(lián)電路按照電流方向依次串聯(lián)，形成N級超級電容器組級聯(lián)高壓電源。N級超級電容器組級聯(lián)高壓電源輸出的正極端串聯(lián)限流電感，限流電感的另一端連接高壓電容器負(fù)載的高壓極，N級超級電容器組級聯(lián)高壓電源輸出的負(fù)極端連接高壓電容器負(fù)載的低壓極。
[0006]N為大于等于I的正整數(shù)，N個超級電容器組電壓可以相同，也可以不相同，N個超級電容器工作電壓之和最大等于高壓電容器最高充電電壓，最小等于高壓電容器最高充電電壓的一半。
[0007]本發(fā)明的工作原理和工作過程如下:本電源未工作之前，控制系統(tǒng)輸出信號使控制開關(guān)處于斷開狀態(tài)，且明確本次充電任務(wù)的目標(biāo)充電電壓，N個開關(guān)控制裝置根據(jù)目標(biāo)充電電壓確定參與充電的超級電容器組級聯(lián)電路，確定的原則是本次參與充電的超級電容器組級聯(lián)電路輸出電壓之和不小于目標(biāo)充電電壓的一半。本電源充電時，控制系統(tǒng)輸出相應(yīng)超級電容器組級聯(lián)電路控制開關(guān)開通信號，超級電容器組級聯(lián)電路輸出電流經(jīng)限流電感后給高壓電容器負(fù)載充電。高壓電容器電壓達(dá)到目標(biāo)電壓后，控制系統(tǒng)控制導(dǎo)通的控制開關(guān)斷開，充電系統(tǒng)停止充電。此時，脈沖電容器可根據(jù)需要通過開關(guān)對脈沖電源的負(fù)載放電。
[0008]本發(fā)明的積極效果是:
[0009]1.該電源采用超級電容器組級聯(lián)的構(gòu)成直流源，實現(xiàn)了超大容量、超長使用壽命、超快直流源蓄能、適合低溫條件的特點(diǎn)。
[0010]2.該電源采用超級電容器組和級聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成高壓充電電源，降低了充電系統(tǒng)成本和體積。
[0011 ] 3.該電源采用超級電容器組和級聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成高壓充電電源，利用超級電容器組輸出電流大的特點(diǎn)，形成高壓、大電流的充電裝置，實現(xiàn)了脈沖電容器的快速充電。
[0012]4.該電源中超級電容器組采用級聯(lián)方式，避免了控制開關(guān)導(dǎo)通時間不一致而導(dǎo)致的對控制開關(guān)的損害，也避免了超級電容器組直接串聯(lián)使用時，因某組超級電容器發(fā)生故障而導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能使用的問題。
[0013]5.該電源中超級電容器組采用級聯(lián)方式，可以選擇性的控制投入使用的超級電容器組，實現(xiàn)不同電壓等級的充電任務(wù)。
[0014]6.該電源在IkV以上的高壓電容器充電時更具優(yōu)勢。
[0015]7.該電源用于野外勘探時，充電速度很快，可以有減小野外工作時間。
[0016]本發(fā)明可用于脈沖功率領(lǐng)域高壓電容器的快速充電。本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的充電電源中采用的升壓變壓器技術(shù)方法，直接采用初級能源通過級聯(lián)拓?fù)浯B起來形成大電流的高壓電源對電容器進(jìn)行充電，特別是采用超級電容器級聯(lián)作為直流源，提高了充電速度，消除了充電系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，縮小了充電系統(tǒng)的體積，降低了系統(tǒng)成本。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖，圖中:1控制系統(tǒng)，2超級電容器組，3控制開關(guān)，4 二極管，5限流電感，6高壓電容器，7電流測量線圈。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明，以最高充電電壓1kV的高壓電容器充電裝置為例。
[0019]如圖1所示:本發(fā)明移動式大功率高壓直流電源中N級超級電容器組級聯(lián)電路共分20級，包括20個輸出電壓500V的超級電容器組、20個400A/1200V的絕緣柵雙極型功率管、20個400A/1200V 二極管。每個功率型超級電容器組負(fù)極分別與一個IGBT的發(fā)射極連接，正極和一個二極管陰極連接，IGBT的集電極和二極管的陽極連接，形成超級電容器組級聯(lián)電路的一級，其它超級電容器組、IGBT、二極管分別按相同連接關(guān)系連接。20組連接好的電路按照電流方向依次串聯(lián)后，其高壓輸出端接100mH/15kV限流電感，限流電感另一端接200uF/