专利名称：电源调节电路及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于基础电源调节电路，涉及带有电源变压器和交流电力电子开关的单相和多相交流和直流输出的电源调节电路。
目前公知的带有电源变压器和交流电力电子开关(以下简称电子开关)调节的交流和直流电源调节电路，主要有一次侧交流电源与变压器初级绕组之间串联有可控硅的调节电路，如变压器初级用可控硅交流调压，变压器次级经整流二极管整流的电镀电源。发明专利申请“一种三芯柱变压器的交流弧焊机”(CN1056075A)中的电源调节也是属于此类电路，美国库珀博士发明的“UARITRON”电源调节电路也是属于在电源一次侧交流电源回路中串有电子开关的电源调节电路，此电路中除有变压器和电子开关--双向可控硅之外，还需交流电容器和电抗器，电路较复什，只适用于输出交流电压接近于一次侧交流电压的调节。还有发明专利申请“交流弧焊变压器(CN1114079A)中的电源调节电路，它将双向可控硅串联在变压器次级回路中，而改善了可控硅调节对电网谐波电流的污染，但可控硅串在次级回路中，其电流容量和损耗大，成本高，也不可能使用在点焊、淬火、电镀、电解等很低电压输出的交流和直流电源的调节，另外它在三相直流弧焊机中，必须使用三个单相三芯柱变压器调节也是很不经济的。又如本发明申请人申请的发明专利“单相和多相非零基础调压电路”(CN1122967A)和“可控器件变换变压比的交流调压电路，”(CN1076064A)，前者也只适用于输入输出电压相近的电源调节，后者由于可控器件较多和控制触发电路较复什，应用范围也受到一些限制。
本发明的目的是提供一种用电子开关调节变压器内阻抗的电子调节技术方案，它是使用带有2个或2个以上初级绕组的电源变压器和电子开关来实现电子无级调节。
本发明是怎样来实现的，将多个初级绕组绕在变压器铁芯中的不同芯柱上，并且至少有1个初级绕组中串联有电子开关来调节该绕组通过的一次侧电流，使该绕组通过的电流与其它初级绕组通过的电流之比例发生变化，变压器的内阻抗也随着改变，使变压器次级绕组的输出电流、电压和功率也跟随电子开关的导通和关断时间比例的调节而变化来实现电源无级电子调节。
同本发明有关的单相和多相(包括交流输出和直流输出)电源调节电路，主要由变压器(包括单相和多相)，电子开关和整流器件等组成，其特征在于电源调节电路的电源变压器铁芯上至少有两个绕在不同芯柱上的初级绕组(2)和(3)，一个次级绕组(5)，至少有一个初级绕组(3)串联有交流电子开关(7)，它对另一个绕组(2)流过的初级电流，有分流作用(相当于两个绕组并联通过初级电流)，调节交流电子开关(7)的导通和关断时间比例，就能调节流过两个绕组(2)和(3)的初级电流比例的变化，从而调节变压器的内阻抗来达到调节次级绕组(5)的输出电流、电压和功率的目的。
本发明所使用的电子开关是由可控硅等半控器件和GTO、GTR和IGBT等全控器件及其触发控制电路组成的相控电子开关、零触发周期控制的电子开关和斩控电子开关，此类电子开关为公知技术，本发明不作说明，只说明和本发明特征有关的电子开关主回路的两个端(8)和(9)，与变压器初级绕组之间相连接的电路。
本发明所使用的变压器有单相和三相两种，单相变压又分为双芯柱、三芯柱和四芯柱三种形式，双芯柱变压器除通常口字铁芯外，还有一种有漏磁分路铁芯(用来增强漏磁)的双芯柱变压器。三相变压器还有田字铁芯的六芯柱变压器和目字铁芯的六芯柱变压器。
本发明的电源调节电路可广泛用于弧焊、切割、点焊、稳压、调压、淬火、电解、电化、电镀、充电等设备中的交流、直流和交直流电源中，特别是在焊接和切割电源中得到应用后完全可取代现有8×1、8×2、8×3、8×6、88×5和82×5等各种交流和整流式直流弧焊电源。在稳压电源中应用可取代现有带触点的大功率稳压器。本发明具有很大的经济效益和社会效益。
本发明的电源调节电路特征和优点将由下面的附图和实施例作进一步说明。
(1)、(2)、(3)、和(4)--变压器初级绕组；(5)--变压器次级绕组；(6)--变压器铁芯；(7)--交流电力电子开关；(8)和(10)--绕组(2)的引出头，(9)和(11)--绕组(3)的引了头；(12)和(13)--变压器与一次电源相连接端；(14)和(15)--变压器次级交流输出端，(16)--本发明特征部分；(17)--整流器；(18)、(19)和(22)--变压器芯柱；(20)--变压器铁轭；(21)--变压器漏磁铁芯。
附图1是与本发明有关的电源调节电路示意图·其特征部分在虚线柜16内所示。
附图2是本发明在单相双芯柱漏磁变压器结构的电源调节电路的实施例图。
附图3和4是本发明在单相双芯柱增强漏磁变压器结构的电源调节电路的实施例图。
附图5是本发明在单相四芯柱增强磁变压器结构的电源调节电路的实施例图。
附图6、7、8、9、10和11是本发明在单相三芯柱变压器结构的电源调节电路的实施例图。
附图12是本发明在三相六芯柱田字铁芯变压器结构的电源调节电路的实施例图。
附图13是应用本发明电源调节电路的三相整流式直流焊机产品的电源主电路原理图。
附图1是本发明单相电源调节电路，其三相电源调节电路由三个单相调节电路组成，不论单相还是三相，它们都有共同的特征，其特征在附图1的虚线柜(16)内所示，在变压器铁芯(6)的不同芯柱上至少绕有两个初级绕组(2)和(3)，绕组(3)的一个端(11)与绕组(2)的一个同名端(10)相连接，绕组(3)的另一端(9)与绕组(2)的另一端(8)连接有电子开关(7)，在电子开关全导通期间，绕组(2)和(3)相当于并联，在电子开关(7)全断开期间，绕组(3)中没有电流通过，因此通过调节电子开关(7)的通断时间比例，就可调节绕组(2)和(3)中通过一次侧电流的分配比例关系，从而调节变压器的磁通分配和内阻抗，来达到调节次级绕组(5)的交流输出电流、电压和功率的目的。初级绕组(1)和(4)是为了使电源获得所需的不同输出特性而设置的，绕组(1)或(4)都可以不使用，也可以(1)和(4)两个绕组都不使用，此时，初级绕组仅有两个绕组(2)和(3)，或者三个绕组[(1)、(2)、和(3)；或者(1)、(2)、和(4)]。
在附图1初级绕组输出端增加如附图1所示的整流器(17)，本发明就可实现输出直流的调节。电子开关(7)可以连接到绕组(2)的(10)端与绕组(3)的(11)端之间，此时只要将绕组(2)的(8)端与和绕组(3)的(9)端相连接即可。
附图2的变压器结构是附图1中的初级绕组(1)不用时的电源调节电路，它是一个同8×6弧焊变压器相类似结构的高漏磁变压器，芯柱(19)上的初级绕组(2)和(4)与芯柱(18)上的绕级绕组(5)绕在不同芯柱上，耦合不紧，存在着较大的漏磁，而级绕组(3)与次级绕组(5)绕在同一芯柱(18)上，耦合紧密，漏磁较少，因此，只要调节电子开关(7)的通断比例，使通过绕组(2)和(3)的初级电流分配比例发生变化，就可调节变压器初、次级之间的耦合松紧成度，从而达到调节变压压器次级输出电流、电压和功率的目的。由于电子开关的通断比例可以连续无级调节，并且还可实现稳流、稳压等性质的反馈调节，因此使用它来设计制造交流弧焊变压器，其性能将远优子现有的8×6弧焊变压器。
由于口字铁芯变压器的漏磁不可能做很大，做得太大也很不经济，因此，电流调节围也不可能做到很大，并且这种漏磁变压器次级输出开路电压与电子开关调节位置基本上无关，为了增大电流和电压调节范围，可以在附图2的变压器铁芯上增加漏磁铁芯(21)，附图3、4和5就是对附图2的一种改进设计，当铁芯(21)与铁轭(20)之间设有气隙时，调节电子开关(7)就可以在一定范围内调节次级绕组(5)的开路电压，它适合设计制造调压电源。当铁芯(21)与铁轭(20)之间留有气隙时，调节电子开关(7)次级绕组(5)的开路电压基本上不变化，它适合设计制造焊接和切割机电源。附图(3)的调节范围小于附图4，附图3和4的变压器结构更适合于圆筒式绕组，而附图5适合于盘式绕组，应用附图5就可以设计制造比现有8×1弧焊变压器工艺更简单，性能更优越的全新一代电焊机产品，该产品可在气隙内用非磁性材料，气隙内就没有机械振动，因此在大小电流工作时都很稳定，能在很宽的范围内实现连续无级电子调节、并可实现稳流等反馈获得优良的焊接性能，这是现有8×1交流焊机无法与它相比的全新一代产品。
附图6、7和8是中间铁芯柱仅绕次级绕组、两侧铁芯柱仅绕初级绕组的单相三芯柱变压器结构的接线图。附图6变压器铁芯两侧对称地绕有(1)、(2)、(3)和(4)四个初级绕组，调节范围较小。附图7变压器两侧仅绕有(2)和(3)两个初级绕组，调节范围最大，它与发明专利CN1056075A公开的附图2和附图3变压器结构相同，但是其电子开关与初级绕组连接的电路不相同，其工作原理也就完全不相同，本发明与该发明相比较，具有电子开关额定容量小，电网谐波电流少和功率因高的显著优点。附图8变压器一侧铁芯柱绕有(1)和(2)两个初级绕组，另一侧铁芯柱仅绕有初级绕组(3)，其调节范围一般在附图6和附图7之间，为了节省导线等原因，在达到调节范围情况下，一次侧的部分绕组还可以绕在中间铁芯柱上，附图9变压器结构就是把初级绕组(4)和次级绕组(5)都绕在中间铁芯柱(22)上。
为了使本发明的三芯柱变压器次级输出的开路电压有较大的调节范围，可在三芯柱变压器中间芯柱(22)与铁轭(20)之间留有气隙，将附图7和8的变压器中间芯柱(22)与铁轭(20)之间留有气隙时，在电子开关(7)全关断时，中间芯柱上的绕组(5)感应电压就很低，可以达到输出开路电压从接近零到额定电压之间连续无级调压的目的。
附图10和附图11是交流稳压电源的电路结构原理连接图。它们都是在中间铁芯柱(22)与铁轭(20)之间留有气隙，初级绕组(1)设有抽头与次级绕组(5)相串联，(9)和(10)为交流输入端，(9)和(11)为调压稳压输出端。在交流输入电压偏高时，由于次级绕组(5)在电子开关不导通期间感应电压接近于零，而次级绕组又接在初级绕组(2)的抽头上，因此可以使交流输出端(9)和(11)之间输出比交流输入端(9)和(10)之间低的电压，从而起到降压作用，调节电子开关(7)的通断时间比例就可调节次级绕组(5)上的感应电压，从而达到调节(9)和(11)之间交流输出端的电压，来实现调压和稳压的目的，使用附图11的变压器结构和电子开关就可设计制造大功率交流稳压调压电源，它和现有补偿式自耦变压器调压的大功率稳压调压电源相比，具有无触点和电子控制调节时间快等优点，因此本发明的电源调节电路也是交流稳压调压电源走向无触点、低成本、高可靠性的一种技术方案。
使用附图2至附图11三个单相变压器和三个电子开关均可实施三相电源的调节，但是使用三个单相变压器在三相电源中是不经济的，附图12示意出实施本发明所用的一种三相六芯柱田字铁芯变压器结构。在同一横座标的左右两个铁芯柱(18)和(19)上绕有同一相的初、次级组(1)、(2)、(3)和(5)四个绕组。上、中、下六个铁芯柱上分别绕有三相初、次级12个绕组，变压器两侧铁轭(20)的中间有二条漏磁铁芯(21)、漏磁铁芯(21)与铁芯柱(18)和(19)共同磁轭之间，可根据需要留气隙，或不留气隙，三个电子开关(7)连接成星形，由附图12可知，三个初级绕组(2)连接成星形，其公共点为(13)，三个电子开关(7)连接成星形，其公共点为(9)，由于三相星形连接电路的特点，不论将附图12中的两个公共(13)和(9)是否相连接，调节三个电子开关(7)都能使通过三个初级绕组(2)的三相电流和通过三个初级绕组(3)的三相电流比例发生变化，因此本发明在三相电路中公共点(13)和(9)之间可以相连接，也可以不相连接，它们都能通过调节三个电子开关达到调节三相输出电流、电压和功率的目的。附图12中的三个次级绕组(5)可以连接成星形，也可以连接成三角形。
上述附图2至12的任何一种变压器次级绕组所获得的交流电都可以使用整流器(17)整流成直流电，获得交流调节的直流电源，和交流调节的交直流电源。
附图13示意出本发明的三相交流调节的整流式直流弧焊机电源的变压器结构和主电路，输出电流调节使用三个双向可控硅(或六个单向可控硅)，整流器使用6只硅二极管组成三相桥整流器，本发明的这一实施例与发明专利申请CN1114079A中的弧焊变压器相比，具有三大优点①电源变压器由三个变成一个，使结构简化，并且节材；②整流电路由六相桥式整流变为三相桥式整流，二极管由12个变为6个，不但使整流器件减少了一半，而且使器件和次级导线的导通角和利用率大为提高。从而节省材料和成本；③双向控硅由次级回路调节变为初级回路调节，可减少双向可控硅额定电流容量4至7倍，这就进一步降低了成本和损耗。
权利要求
1.一种电源调节电路，它主要由电源变压器、交流电子开关和整流器件等组成，其特征在于电源调节电路的电源变压器铁芯上至少有两个绕在不同芯柱上的初级绕组(2)和(3)，一个次级绕组(5)，至少有一个初级绕组(3)串联有交流电子开关(7)，它对另一个初级绕组(2)流过的电流有分流作用，调节交流电子开关(7)的导通和关断时间比例，就能调节流过两个初级绕组(2)和(3)的电流比例，从而调节变压器的内阻抗来达到调节次级绕组(5)的输出电流、电压和功率。
2.根据权利要求1所述的电源调节电路，其特征在于变压器的铁芯是一个单相双芯柱铁芯，初级绕组(2)和(4)绕在芯柱(19)上，初级绕组(3)和次级绕组(5)绕在芯柱(18)上，绕组(2)和(3)一个同名端相连接，交流电子开关(7)连接在绕组(2)和(3)的另一同名端上。
3.根据权利要求1所述的电源调节电路，其特征在于变压器的铁芯是一个单相有漏磁铁芯(21)的双芯柱铁芯，在漏磁铁芯(21)的一侧芯柱(19)上绕组有初级绕组(2)，在漏磁铁芯(21)的另一侧芯柱(18)上绕有初级绕组(3)。
4.根据权利要求1所述的电源调节电路，其特征在于变压器铁芯是一个单相中间有漏磁磁铁芯(21)的四芯柱铁芯，在漏磁铁芯(21)的一侧的上下两个芯柱(19)上均绕有初级绕组(2)，在漏磁铁芯(21)的另一侧的上下两个芯柱(18)上均绕有初级绕组(3)。
5.根据权利要求1所述的电源调节电路，其特征在于变压器铁芯是一个单相三芯柱铁芯，两侧的芯柱(18)和(19)上分别绕有初级绕组(3)和(2)，中间芯柱(22)上绕有次级绕组(5)。
6.根据权利要求1和5所述的电源调节电路，其特征在于三芯柱铁芯两侧芯柱(19)和(18)上还分别绕有初级绕组(1)和(4)。
7.根据权利要求1和5所述的电源调节电路，其特征在于三芯柱铁芯的一侧芯柱(19)上绕有初级组(1)。
8.根据权利要求1和5所述的电源调节电路，其特征在于三芯的中间柱(22)上还绕有初级绕组(4)。
9.根据权利要求1和5所述的电源调节电路，其特征在于变压器铁芯是一个三相六芯柱田字铁芯，三相六个初级绕组(1)和(2)分别绕在漏磁铁芯(21)右侧三个上、中、下芯柱(19)上，三相三个初级绕组(3)和三个次级绕组(5)分别绕在漏磁铁芯(21)左侧三个上、中、下芯柱(18)上。
10.根据权利要求1和9所述的电源调节电路，其特征在于三相整流式直流弧焊机的电源中有一个田字铁芯三相变压器，使用三个双向可控硅KS作交流电子开关(7)实现交流调节，使用二极管做交/直变换的整流式直流焊机。
全文摘要
本发明属于基础电源调节电路,它主要由变压器、交流电子开关和二极管等组成,其特征在于变压器上至少有两个绕在不同芯柱上初级绕组(2)和(3),一个次级绕组(5),一个交流电子开关(7),其中电子开关(7)与绕组(3)相串联,通过调节电子开关(7)的通断比例来调节变压器内阻抗达到调节输出电流、电压和功率的目的,它可广泛用于焊接、切割、稳压、淬火、电解、电化、电镀和充电等设备中的交、直流电源,具有很大的经济效益和社会效益。
文档编号H02M5/12GK1216413SQ9712230
公开日1999年5月12日 申请日期1997年11月1日 优先权日1997年11月1日
发明者龚秋声 申请人:龚秋声