复式可控整流电路的制作方法

文档序号:7459292阅读:212来源:国知局
专利名称:复式可控整流电路的制作方法
技术领域
本发明涉及一种将交流电变换成直流电的可控整流电路及应用它设计制造的高功因数的减材节能可控整流设备。[ 二 ]背景技术已有的可控整流电路不论单相还是多相只有半波、全波和桥式三种基本类型,已有的可控整流电路它们只在最高输出电压时才有一个最佳功率因数点,输出电压越低,整流电路功率因数越低,输出电流越小,谐波电压越大,效率也越低。因此,用已有可控整流电路设计制造整流设备,为使其在调低电压时能够输出额定电流,就必须加大整流变压器和器件的容量,制造可控整流设备时就很费材料,使用可控整流设备时就很费电,并对电网造成严重谐波电流污染。半波和全波两种可控整流电路其主要特征在于整流绕组中流过的电流是单向的, 而桥式可控整流电路其特征在于整流绕组中流过的电流是双向的,并且是正负对称的。发明人将桥式和全波两种可控整流电路创造性结合在一起的可控整流电路称为“桥全可控整流电路”,将桥式和半波两种可控整流电路创造性相结合的可控整流电路称为“桥半可控整流电路”,本发明提出将多个桥式可控整流创造性相结合的可控整流电路称为“复式可控整流电路”,或“桥桥可控整流电路”,其特征在于流过整流绕组中的电流是双向的,并且是正负对称的,它有多个最佳功率因数点。CN8710554A专利公告中公开了同一发明人发明的桥式与全波相结合的“桥全可控整流电路”。它有两个最佳功率因数点,一个在最高电压点,另一个在50%输出最高电压点, 它们是固定不能变的。桥全可控整流电路实际上也是一种全波和桥式相结合的复式可控整流电路。CN1021512C授权公告号公开了同一发明人发明的桥式与半波相结合的“桥半可控整流电路”它实际上也是一种“复式可控整流电路”。它有多个最佳功率因数点,一个在最高电压点,其它一个或多个在输出电压中间值,中间值只有一个最佳功率因数点的桥半可控整流电路,它不但包括了在50%输出最高电压点的桥全可控整流电路,而且可实现将这个最佳功率因数点可以上、下移动,其不足之处在于上下移动中间一个最佳功率因数点时, 整流绕组必需有三个中间抽头和二个端头。本发明的多个桥式可控整流电路创造性相结合的“复式可控整流电路”就弥补了这个不足之处,复式可控整流电路中间只有一个最佳一个功率因数点在任何值时,其整流变压器次级绕组仅有一个中间抽头和二个端头。同时整流次级绕组中有几个中间抽头,输出电压中间值就有几个中间最佳功率因数点,本发明的复式可控整流电路最佳功率因数点的总数量为(1+n),其中n为中间抽头数量。单相桥式可控整流电路是教科书上性能最好的单相可控整流电路,也是电力电子教科书上介绍得最多的相控整流电路,也是社会上应用最为广泛的相控整流电路。只有一个最佳功率因数点和一个最高输出电压点,并且最佳功率因数点一定在最高输出点上,它们在调低输出电压时,存在着功率因数低、输出电流小、谐波和损耗大、效率低等一系列的问题,以前使用它来设计制造桥式可控整流设备,为保证在电压调低到最高电压的二分之一或三分之一时能输出额定输出电流,就必需将整流变压器的容量和整流器件的容量增加 I. 4倍和2倍以上。这对于要求大范围调节输出直流电压的可控整流设备来说,为保证能在调压范围内能输出额定电流,就必需将整流变压器容量和整器件的容量增大I. 4-2. O倍, 这不但在制造装置时浪费很多材料,在使用装置时浪费很多电能,也给电网造成造成严重谐波污染。本发明的多个桥控电路创造性相结合的复式可控整流电路就是为了解决这个问题。{三}发明内容本发明的第一个目的在于提供一种减少整流变压器容量,堤高功率因数和高效率,谐波少,在调压范围具有多个最佳功率因数点的桥式与桥式相结合的“复式可控整流电路”。本发明的第二个目的用它来设计制造高功率因数的可控整流设备和调低电压输出直流电流可以增大的可控整流设备。本发明的第三个目的在于提供一种比西安交大编写的《电力电子技术》第5版教科书第80-83页上“多重联结电路顺序控制”更为优秀的高功率因数、节能、节材电路,便于在今后教学中而取代之。为了实现上述目的,本发明提供一种将单相交流电转换成直流电的单相可控整流电路,它包括a) —个整流变压器,其初级绕组用于连至一交流电源,其次级绕组具有3个或3个以上引出头,包括I个或多个中间引出头,端部引出头;,b)多个整流器件,其特征在于,所述多个整流器件包括多个第一整流器件,每一器件有一导通状态和不导通状态, 其阴极均连接在一个输出正端,而其阳极用于分别连接所述次级绕组的引出头,多个第二整流器件,每一器件有一导通状态和不导通状态,其阳极均连接在一个输出负端,而其阴极用于分别连接所述次级绕组的引出头,其中,一个引出头连接一个所述的第一整流器件和一个所术的第二整流器件,多个第一和第二整流器件应被控制成使至少一个连接某个具有一定电势的引出头的第一整流器件到至少一个连接某个具有较高电势的第二整流器件同时导通,从而使所述输出端两端之间输出上述两个引出头之间的电势差,通过选择连接在不同引出头上的至少一个第一整流器件和至少一个第二整流器件并使它们同时导通,或者改变它们导通时间在所述两个输出端之间输出不同值但有相同极性的整流电压。第一整流器件的数量、第二整流器件的数量和整流变压器次级绕组引出头总数量三者相等。第一整流器件和第二整流器件全部是可控整流器件,或所有整流器件只有一个第一整流器件和一个第二整流器件是非可控器件,并且它们的阴极和阳极与变压器次级绕组的一个引出端头三点相连,其它整流器件全是可控整流器件。第一输出端和第二输出端之间的输出电压是由特殊触发电路控制调节,特殊触发电路是一个在同一周期内有相位差的多个单相桥式可控整流电路的触发电路组成。上述发明由整流变压器(B)、多个整流器件(包括晶闸管和二极整流管)、第一输出端(9)、第二输出端(10)和触发控制电路组成。整流变压器次级绕组中间有几个引出抽头,其输出电压中间值就有几个中间最佳功率因数点。第一输出端(9)连接的整流器件器 (Vl)的数量和第二输出端(10)连接的整流器件(V2)的数量与变压器次级引出头总数量三者相等。[四]


附图I是本发明的单相5层复式全控桥电路。它由单相整流变压器(B)、5个单相全控桥、2个直流输出端(9、10)和触发控制电路组成。它既可用于整流,也可用于逆变。附图2是本发明单相5层复式半控桥电路,它由单相整流变压器(B)、5个单相半控桥、2个直流输出端(9、10)和触发控制电路组成。它是将附图I中2个公用臂VT1、VT2 晶闸管换成VD1、VD2整流二极管。它只能用于整流。
附图3是附图I和附图2在纯电阻负载时直流输出两端(9、10)的电压波形。附图4是本发明三相3层复式全控桥电路。它由三相整流变压器(B)、3个三相全控桥、2个直流输出端(9、10)和触发控制电路组成。它既可用于整流,也可用于逆变。Vl 是与第一输出端(9)连接的整流器件。V2是与第二输出端(10)连接的整流器件。u2、u3、u4、u5、u6分别是次级绕组各段之间的电压。U1是变压器初级绕组电压。U12 = u2, U13 = u2+u3, U14 = u2+u3+u4, U15 = u2+u3+u4+u5, U16 = u2+u3+u4+u5+u6。分别是5个单桥全控桥的输入交流电压。[五]具体实施方式
附图I单相5层复式全控桥电路是由输入交流电压不相同的 5个单相全控桥电路并联输出,因此,其输出两端(9)和(10)的输出电压瞬时值只能是5个并联全控桥导通后的最高输出电压的瞬时值。它由VT1、VT2、VT3、VT4和交流电压U12组成第一个单相全控桥,控制角为O115由VT1、VT2、VT5、VT6和交流电压U13组成第二个单相全控桥,控制角为α2。由VT1、VT2、VT7、VT8和交流电压U14组成第三个单相全控桥,控制角为 α3。由VT1、VT2、VT9、VT10和交流电压U15组成第四个单相全控桥,控制角为α4。由VT1、 VT2、VT11、VT12和次级交流电压U16组成第五个单相全控桥,控制角为α 5。5个单相全控桥的输入交流电压由于后一个比前一个要高,所以后一个全控桥电路触发导通后,前一个全控桥电路中的整件高会因承受反向电压而自动关断。由低到高调节5个全控桥电路中触发电路就会就有5个最佳功率因数点。5个控制角应满足cti< α 2 < α3< α4< α 5如附图3所示,并且要求前一控制角调到零度或接近零度之后,后一控制角再从180度调到零或接近零度,这样输出电压从零到最大值调节就会出现5个最佳功率因数点,整流效率最高、 谐波最少。如果将附图I单相复式全控桥电路与西安交大王兆安主编的《电力电子技术》第 4、5版教科书上的“多重联结电路顺序控制”电路进行对比,就会知道本发明的单相全控桥电路将替代教科书上的“多重联结电路顺序控制”电路。因为,第5版第81页中图3-45所示的单相串联3重联结电路,完全可以采用附图I中去掉第四个和第五个单相全控桥电路后,就成为一种单相3层复式全控桥电路。这种电路与教科书上图3-45所示的3个单相全控桥串联的3重联结电路相比。本电路不仅可节省4个晶闸管及其触发电路,而且至少可减少4个晶闸管压降损耗,变压次级引出头也减少二个,并且次级不要3个独立绕组,只要一个中间带2个中间抽头的次级绕组。附图I单相复式全控桥电路既可用于逆变,也可用于整流。附图2是单相5层复式半控桥电路,它是将附图I单相5层复式全控桥电路中的晶闸管VTl和VT2换成整流二极管VDl和VD2的单相5层复式半控桥电路。它是由输入交流电压不相同的5个单相半控桥电路并联输出,因此,其输出两端(9)和(10)的输出电压瞬时值也只能是5个并联半控桥导通后最高输出电压的瞬时值。5个控制角应满足a i < α 2 < α3< α4< Ci5如附图3所示,并且要求前一控制角调到零度或接近零度之后,后一控制角再从180度调到零或接近零度,这样输出电压从零到最大值调节就会出现5个最佳功率因数点,整流效率最高、谐波最少。由附图I中的2个单相复式可控整流电路可知a)整流变压器次级绕组中间抽头和端头数量之和(n+2)、与连接在第一输出端(9)的整流器件(Vl)总数量、连接在第二输出端(10)的整流器件(V2)的总数量三者相等。b)整流变压器次级绕组中间抽头数量η等于输出电压中间值最佳功率因数点的数量。c)多个单相桥控电路公用二个晶闸管VT1、VT2 或二个整流二极管VDl、VD2为二个桥臂。d)最佳功率因数点的总数量为(1+n),其中1是在最高输出电压上的一个最佳功率因数点,η为中间抽头数量,也是电路中间电压最佳功率因数点的数量。应用本发明的复式可控整流电路设计制造的调压设备可有两种类型一种是在规定调压范围内调低输出时其输出电流不会减少的整流设备,那就是次级各段绕组采用相同的截面的导线绕制。另一种是在规定调压范围内调低电压时输出电流可以增大的整流设备,那就是按整流变压器容量和初级电压U1计算各段次级绕截面积。次级各绕组导线截面积有下列关系Su2 > Su3 > Su4 > Su5 > Su60就可实现输出电压调得越低输出电流越大。例如绕Su2的导线截面用绕Su6的导线截面的U16/U12倍。就可在<11 = 0,(12 = α 3 = α 4 = a5= 时,输出电流可增大到最高输出电压时的U16Ai12倍,而不会使初级绕组过载。各抽头之间次级绕组截面比为(U16Al12) (U16Al13) (U16Al14) (U16Al15) I。在调低输出电压时,其输出电流就可增加到最高输出电压上最大输出电流的(U16Al12)、(U16Al13)、(U16/ U14)、(U16Ai15)倍,而不会使初级绕组过载。因此,本发明的电路就可用于制造调低电压时输出电流可以增大的世无前例的相控整流设备。附图4是是由三个三相3层复式全控桥电路的三相3层复式全控桥电路,其整流变压器次级三相绕组是采用星形连接方式。它由I个三相整流变压器(Β)、18个晶闸管、第一输出端(9)、第二输出端(10)和触发控制电路组成。与第一输出端连接的9个晶闸管称为第一整流器件,附图中用Vl示出。与第二输出端连接的另外9个晶闸管称为第二整流器件,附图中用V2示出。18个晶闸管分成三组,组成3个三相全控桥电路相并联,由VTl VT6组成一个最低电压三相全控桥;由VT7 VT12组成一个中间电压三相全控桥;由VT13 VT18组成一个最高电压三相全控桥。将附图4中一个最低电压三相全控桥电路的晶闸管VT12、VT4、VT6换成整流二极管,附图4就是一种三相复式半控桥电路。另外三相复式全控桥电路和半控桥电路中的整流变压器次级绕组还可有三角形连接。三相复式全控桥电的特征在于三相整流变压器次级三相绕组引出的最低三相电压的三个抽头上连接有一个三相全控桥。而三相复式半控桥设备的特征在于三相整流变压器次级三相绕组弓I出的最低电压的三相三个抽头上连接有一个三相半控桥。应特别指出的近十多年来制造整流变压器铜线和铁材价上数倍甚至数十倍,而晶闸管、整流二极管和触发控制电路价格和成本大幅度降低。制造可控整流装置的主要成本就决定于整流变压器的额定容量。器件采用模块,触发控制电路采用集成电路,它们在整个整流设备成本中占的比例很低。因此,应用本发明的多层复式可控整流电路制造整流设备与应用经典桥控电路制造输出额电流和额定电压相同的设备相比,本发明所用变压器额定容量可减少30%以上,功率因数调低时还能达到O. 9以上。本发明在制造设备时由于节省大量铜和铁,总成本降低,在使用设备时由于功率因数高、谐波少而节省大量电能,对电网谐波污染降低,因此,它必将取代大多数带整流变压器的可控整流设备,将产生很大的经济效益和社会节能环保效益。
权利要求
1.一种用于将单相交流电转换成直流电的单相可控整流电路,它包括一个整流变压器,其初级绕组用于连至一交流电源,其次级绕组具有3个或3个以上抽头,包括I个或多个中间抽头,两端部抽头,多个整流器件,其特征在于,所述多个整流器件包括多个第一整流器件,每一器件有一导通状态和不导通状态,其阴极均连接在一个第一输出端,而其阳极用于分别连接所述次级绕组的抽头,多个第二整流器件,每一器件有一导通状态和不导通状态,其阳极均连接在一个第二输出端,而其阳极用于分别连接所述次级绕组的抽头,其中,一个抽头连接一个所述的第一整流器件和第二整流器件上述多个第一和第二整流器件应被控制成使至少一个连接某个具有一定电势的抽头的第一整流器件到至少一个连接某个具有较高电势的第二整流器件同时导通,从而使所述第一和第二输出端之间输出上述两个抽头之间的电势差,通过选择连接在不同抽头上的至少一个第一整流器件和至少一个第二整流器件并使它们同时导通,或者改变它们导通时间在所述第一和第二输出端上输出不同值但有相同极性的整流电压。
2.根据权利要求I所述的可控整流电路,其特征在于所述的第一整流器件的数量、第二整流器件的数量、整流变压器次级绕组抽头数量三者相等。
3.根据权利要求I所述的可控整流电路,其特征在于所述的第一整流器件和第二整流器件全部是可控整流器件。
4.根据权利要求I所述的可控整流电路,其特征在于所述的整流器件只有一个第一整流器件和一个第二整流器件是非可控器件,并且第一整流器件的阳极、第二整流器件的阴极、变压器次级绕组的一个引出端头三点相连,其它整流器件全是可控整流器件。
5.根据权利要求I所述的可控整流电路,其特征在于第一输出端和第二输出端之间的输出电压是由特殊触发电路控制调节,特殊触发电路是一个在同一周期内有2个或2个以上有相位差的多个桥式可控整流电路的触发电路组成。
6.根据权利要求I所述的可控整流电路,其特征在于三相整流变压器次级三相绕组的每个引出抽头和引出端头与第一输出端之间连接有可控整流器件,每个引出抽头和引出端头与第二输出端之间连接有可控整流器件。
7.根据权利要求I所述的可控整流电路,其特征在于三相整流变压器次级三相绕组引出的最低三相电压三个抽头上连接有一个三相半控桥。
8.应用权利要求I所述的可控整流电路的可控整流设备,其特征在于调低输出直流电压时,其最大输出直流电流可以增大的可控整流设备。
全文摘要
本发明属于一种由多个桥式可控整流电路组成的高性能基础电力电子技术变换电路,它解决了经典桥式可控整流设备一直来难以解决的两大难题调低电压时功率因数低、谐波大、对电网污染大的问题。本发明的可控整流电路可应用于多种可控整流设备中,用来提高整流设备中整流变压器的利用率、提高功率因数和整流效益、减少谐波及其对电网的干扰。它还可用于制造调低输出电压其输出电流可以增大的另一类高功率因数可控整流设备。它既可用于单相设备,也可用于三相设备。制造设备时有很好节材效果,应用设备时有明显节能和减少谐波污染效能,有很好的经济效益,社会节能和减少谐波电流排放效果。
文档编号H02M7/162GK102594172SQ20121005224
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者龚秋声 申请人:龚秋声
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