永磁真空开关操动电源系统的研究

【摘要】：在高压开关领域六氟化硫(SF_6)开关和真空开关占有主导地位。由于SF_6是一种温室效应气体,必须对它的使用进行限制。真空开关是最近二、三十年发展起来的新一代开关电器,是一种极具发展潜力的电力开关。真空开关中的操动机构经历了从弹簧操动机构、电磁操动机构到近年来发展使用的永磁操动机构。永磁操动机构是真空开关中的动力系统,主要完成真空开关的分、合闸功能。作为永磁操动机构重要部分的供能系统,一直以来没有得到很好的解决。本文首先介绍了基本开关变换器的工作原理,分析了大电容条件下Buck类变换器动态和稳态过程的工作原理,为电容充电电源的设计给出了理论基础。针对真空开关的不同需求分别提出了不同的解决方案。由于光控模块真空开关单元(FCVIM)采用铅酸蓄电池作为蓄能单元,可采用基于电流型控制芯片UC3845的单端反激变换电路,实现三段式充电,满足了铅酸蓄电池免维护充电条件。其电容充电电源采用推挽式变换电路,减小了MOSFET的电流应力;采用基于UC3846电流型控制芯片,简化了电流保护电路,避免了推挽变换器工作时磁芯偏磁导致的事故发生。本文设计了铅酸蓄电池充电电路,详细分析了铅酸蓄电池充电电源的工作原理;设计并完成了电容充电电源电路,分析了电容充电电源的动态和稳态过程,包括充电过程和充满电时的空载过程。给出了电容充电电源的关键波形及充电时电容上电压的变化曲线,实验证明了推挽变换器非常适合于用作低电压输入的电容充电电源。针对永磁操动机构中要求同时充电的电容器数目的增加,提出了基于UCC2897电流模式控制的有源箝位正激方案,本方案具有输出功率大、功率密度大、安全、稳定、可靠等优点,设计了该电源的样机,给出了所选的主要器件。