大电流发生器的研究背景

  华意电力是一家专业研发生产大电流发生器的厂家，本公司生产的大电流发生器在行业内都广受好评，以打造最具权威的“大电流发生器“高压设备供应商而努力。1.1 课题研究背景

  大电流发生器又称升流器，用于校验大电流互感器的误差,一般以比较法(差值法)为基础, 传统电流互感器的检测电路构成图如图 1.1 所示。实际接线时,升流器、标准互感器和被试互感器都是各自独立的部分,只需将它们放在适当的位置上,用对应截面的软铜线把标准互感器和被试互感器的一次侧与升流器的输出相连。

  传统电流互感器的检测电路构成图 该方法存在以下缺点：

  （1）手动调节不便使用，可靠性低。由于存在自耦调压器，机械滑动接触，接触点电阻增加，影响使用；

  （2）体积重量大，不便于携带。由于经过 50Hz 工频的隔离变压器与自耦调压器体积重量很大很不方便携带。例如传统的输出电流为 0~10k A，容量为 20k VA 的大电流发生器重达

100多千克；

  （3）功率因数低。随着电流的增大，一次侧导线长度以及回路包围的面积也变大，回路等效电感增大，对于负载线路上的感抗相对于电阻的阻抗的比例在增大，例如文献中所提到的

58.8k VA 升流器，输出电压 5.88V，负载的感抗为 5.88×10-4Ω，导线电阻为 0.24×10-4Ω。可算得无功功率为 58.75k Var，有功功率为 2.4k W。所以，所需要提供的无功功率显著增加，且都需要电源来提供，功率因数降低。

  为降低调压器的容量、提高供电的功率因数以及降低电源损耗,可采用电容补偿的措施。但购置大批电容器既不经济,又不能降低体积重量。而开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压/电流的一种电源。以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源实现方式。本文提出利用电力电子技术来实现 电流可调输出，可以大大提高功率密度和功率因数，实现自动高精度调节，便于携带及使用方便，提高使用寿命及可靠性。如图 1.2 所示。该电路由三级变换器构成，其中第一级 AC/DC 变换器，实现带功率因数校正功能，输入功率因数可达到 0.99 以上；第二级采用 DC/DC 高频变压器将高压直流降低至几伏低压直流电；第三级实现 DC/AC 50Hz低压大电流逆变输出。由于第二级 DC/DC 部分电压、电流的低频脉动很小，所以前两级无功成份非常小，基本可以忽略。所以，该大电流发生器有以下优点：

  （1）可以大大提高功率密度，便于携带及方便使用；

  （2）实现自动高精度调节；

  （3）功率因数到 0.99 以上

  （4）提高使用寿命及可靠性。

  由于第一级技术相对比较成熟，可采用 Boost  PFC 变换器来实现输出稳定的直流高压。

  本文的重点为后两级。由于第一级输出电压值较高、第三级输出 50Hz 大电流输出电压只有1～2V，所以第二级需要实现高降压比隔离变换，需要采用带隔离变压器的高效率变换拓扑。又由于第一级和第三级都有闭环控制，因此第二级的输出电压稳压精度要求不是很高，故可以采用开环变压器工作状态以提高变换效率。

1.2 直流变压器研究现状

  直流变换器一般分为开环控制的直流变压器和输出电压闭环控制稳压的直流变换器两种。直流变压器采用开环的控制方式，容易实现软开关，可以提高其开关频率与功率密度，已经广泛应用于两级式的电压调节模块、分布式电源的前端变换器、级联式的双向直流变换器、航空静止变流器等场合。

  在新能源的场合中，光伏阵列、燃料电池以及超级电容等功率源输出的低压直流母线，经过隔离升压的功率变换环节，得到相应后续逆变器工作需求的直流母线电压。两级式直流母

线的变换方案，即 Boost 变换器级联直流变压器的结构已得到普遍关注。与常用的功率变换器类似，直流变压器通常可分为非谐振型和谐振型两类。其中，非谐振型直流变压器的结构简单、器件少，而得到了广泛研究。拓扑主要有推挽正激结构和半桥、全桥结构。