专利名称：一种低谐波电流的功率调整方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率调整方法，以及采用该方法的功率调整装置，具体涉及一种谐波电流低，符合电磁兼容要求的功率调整方法及其装置。
背景技术：
对用电器进行功率调整，既是实现用电器的使用功能的要求，也可以起到节电作用。采用脉宽调制技术的变频器被用于大功率电机调速和大功率电源装置，受到人们的欢迎。然而，出于成本的考虑，在售价相对低廉的家用吸尘器、电动工具及较高功率的电热器具上，目前普遍采用双向可控硅技术进行功率调整。这类家用吸尘器及电动工具通常采用串激电机，附图1是现有技术中一种简单的可控硅功率调整电路，接通电源后，电路通过电位器RW对电容C1充电，至电容上的电压达到双向二极管D1的击穿电压时，双向二极管D1产生负阻效应，从而电容C放电形成电流iG使双向可控硅T导通，电器Z获得电流iZ，调节电位器RW的值即可改变φ0，从而改变双向可控硅的导通角φ1，附图2给出了该电路的波形图。采用上述技术方案的方法调整电器功率，虽然方法简单，但是当可控硅导通和瞬时，电流iZ的上升沿很陡，从而产生了丰富的谐波电流，理论计算及实测均可证明，电源电压在230V时，当电器的功率在1200W左右时，该控制方法产生的谐波电流，特别是三次谐波电流值将首先超过欧洲规定的标准(2.3A)，从而使电器的EMC性能超过标准。
为解决上述方法中谐波电流较大的问题，提出了一种让相邻波使用不同的导通角，从而使得相邻波不在同时达到谐波的最大值，进而达到减小整个波形中平均谐波电流的目的。附图3给出了这种方法的一种实现形式，附图4是其对应的波形图。
从附图3可以看到，和附图1相比，其在电位器RW两端，并接了一个串有电子开关K的电阻R2，该电子开关K受频率f1＝1/2 f0的波形控制，即在一个周期接通，而在它的相邻周期断开。当K断开时，时间常数τA＝RW·C，对应于导通角φ1A，当K接通时，时间常数τB＝(RW//R2)·C，对应于较大导通角φ1B，在这个方法中可以看出，①由于相邻波不可能同时达到谐波电流最大值，谐波电流的平均值减小了；②由于相邻电流波大小不同产生了一个f附＝1/2 f0的拍或称附加频率，f附的出现有可能导致对电网的影响而使被控电器附近的照明灯微闪，同时，当控制电机时，被控电机会产生一个1/2 f0的抖动，使用性能变差。
上述方法中，都是采用可控硅作为开关元件，用控制可控硅的导通角来达到功率调整的目的，可控硅导通的瞬时，其电流上升沿极陡，从而产生了很大的谐波电流，若要降低谐波电流，需要使上升沿变斜，而要使此上升沿变斜的最简单方法是在主电路中串联一个大电感。然而，对于一个千瓦以上的电器，这个大电感无论从体积、重量、价格、发热量、所产生的无功功率上来说都是无法接受的，也就是说，这种方案不可行。
因此，不能只是对电路进行微调，而需要从调整方法上进行改变，寻求一种谐波电流较低而又实现简单的功率调整方法，以替代现有技术使用于家用吸尘器、电动工具及电热器具上。
发明内容
本发明目的是提供一种对电器进行功率调整的方法，解决谐波电流过高的问题，同时避免对电网及被控电器产生其它不良影响。
本发明的另一个目的是提供一种采用该方法实现电器功率调整的装置。
为达到上述第一个目的，本发明采用的技术方案是一种低谐波电流的功率调整方法，包括(1)将一个交流电压变换为一个单向脉动电压；(2)接入一个电子开关；(3)提供一个方波信号用于控制电子开关的通断，所述电子开关的开通位置在单向脉动电压的过零点之前，电子开关的关断位置用于调整电路的功率；(4)在控制电路的关断点提供一个续流电路，续流电路中含有储能元件，使电源供电电流的下降沿变缓。
上述技术方案中，所述续流电路中的储能元件上应当连接有放电电路，以便完成放电准备下一次续流，放电电路可以是并联在储能元件上的单独电路，然而，为提高用电效率，并便于电路实现，进一步的技术方案是，所述续流电路中的储能元件在电子开关开通时通过被控电器放电。
上述技术方案中，设定所述电子开关的开通位置，使得单向脉动电压过零点时，储能元件完成放电。
上述技术方案中，所述储能元件的选取使得续流时供电电流的下降沿较缓，满足电路对谐波电流的要求。
为实现本发明的另一个目的，采用的技术方案是，一种低谐波电流的功率调整装置，包括桥式整流电路、串联于电器和桥式整流电路输出端之间的可控电子开关，所述桥式整流电路和用电器之间还串联有续流电路，续流电路中包括有电容，电容上连接有放电电路。
进一步的技术方案，所述续流电路包括串联的续流二极管和电解电容，续流二极管的反向端与电解电容的正极连接，所述放电电路为与电解电容正极连接的放电二极管，放电二极管的反向端连接至电器的另一端，使得放电电流经过电器。
上述技术方案中，所述“电子开关”及其控制波形的产生是现有技术。例如，可以利用MOSFET管作为电子开关，控制信号可以采用集成电路或模拟电路构建波形发生电路，也可以采用单片机电路，控制信号的上升沿时间在出厂时调整确定，下降沿时间采用调节电位器调整，实现功率控制。现有技术中的电子开关元件包括，双极型晶体管；功率场效应管MOSFET；绝缘栅双极晶体管IGBT；可关断可控硅GTO。
本发明的工作原理是采用一个方波控制电子开关的开通与关断，在每个半波开始时，电子开关已经导通，此时，电路供电波形为正弦波形的前段，根据功率控制的需要，在半波的某一角度关断电子开关，此时，电路继续供电，向续流电路中的储能元件充电，电流波形的下降较斜缓，充电完成时，电源没有电流输出，等待下一个导通周期。在下一个导通点之前，储能元件应当完成放电操作。在上述进一步技术方案中，电子开关会早于过零点导通，此时，储能元件(电容)通过放电电路、电器、电子开关构成回路进行放电，由于储能元件上的电压高于电源输入电压，电源中不会有电流输出，通常，需要调整电子开关的导通时间，使得放电在电源波形过零点时正好完成，以获得较佳的性能。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点1.本发明采用反向思维，利用波形的前半段提供运行电流，使波形的前半段为正弦波形的一部分，并设置了续流电路，在波形关断时利用续流电路使电流下降沿变得平缓，从而，在对电器功率调整的过程中，电器在每个半波中从电源吸取的电流的谐波分量较小，真正意义上解决了电路谐波电流的产生；2.本发明进一步将续流电路中储存的能量通过放电电路返回到电器，既减小了放电电路的成本，又提高了能量利用率，实现了节能，同时，由于控制储能元件在放电阶段的电压始终高于电源输出电压，保证了放电时电源没有电流输出，使电流波形平稳，对电网没有不良影响。
附图1为一种现有技术的电路原理图；附图2为图1中相关点的电压、电流波形示意图；附图3为另一种现有技术的电路原理图；附图4为图3中相关点的电压、电流波形示意图；附图5为本发明实施例一的电路原理图；附图6为图5中相关点的电压、电流波形示意图；附图7为本发明实施例二的电路原理示意图；附图8为本发明实施例三的电路原理示意图。。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一参见附图5和附图6所示，一种低谐波电流的功率调整装置，包括桥式整流电路、串联于电器Z和桥式整流电路输出端之间的可控电子开关，可控电子开关的控制端连接方波信号发生电路，所述桥式整流电路的输出端和电器之间还串联有续流电路，所述续流电路主要由串联的续流二极管和电解电容构成，电容上连接有放电电路，续流二极管的反向端与电解电容的正极连接，所述放电电路为与电解电容正极连接的放电二极管，放电二极管的反向端连接至电器的另一端，使得放电电流经过电器。
本实施例采用的功率调整方法为
(1)由桥式整流电路将一个交流电压进行全波整流变换为一个单向脉动电压；(2)在电路中接入一个电子开关；(3)提供一个方波信号用于控制电子开关的通断，所述电子开关的开通位置在单向脉动电压的过零点之前，电子开关的关断位置用于调整电路的功率；(4)在控制电路的关断点提供一个续流电路，续流电路中含有电解电容构成的储能元件，使电源供电电流的下降沿变缓，储能元件可通过放电电路向电器放电。
在每个半波的起始点(过零点)，电子开关处于导通状态，桥式整流电路的输出端、电器和电子开关构成回路，电源对电器供电；在电子开关关断后，电源经电器、续流二极管对电解电容充电，构成续流回路，使得原本应很陡的电流下降沿变得平缓，如附图6的Ii所示，从而大幅度减小了从电源吸取的电流的谐波。在本半波过零之前的某一时刻，电子开关开启导通，此时，电解电容上的电压高于电源的输出电压，电解电容通过放电二极管、电器、电子开关构成放电回路放电，对于电器来说，放电电流也是一部分工作电流，提高能源利用率，而对电源来说，由于电解电容上的电压高于整流电路的输出电压，电源没有电流输出，因此，放电电流的波形不会影响电网的谐波电流值。
实施例二参见附图7所示，一种低谐波电流的功率调整装置，用于电机的功率调整，包括桥式整流电路、串联于电机M和桥式整流电路输出端之间的可控电子开关，可控电子开关的控制端连接方波信号发生电路，所述桥式整流电路的输出端和电机之间还串联有续流电路，所述续流电路主要由串联的续流二极管D1和电解电容C1构成，电容C1上连接有放电电路，续流二极管D1的反向端与电解电容C1的正极连接，所述放电电路为与电解电容C1正极连接的放电二极管D2，放电二极管D2的反向端连接至电机M的另一端，使得放电电流经过电机。
本实施例中的可控电子开关由绝缘栅双极晶体管IGBT电路构成，IGBT的驱动由一对三极管T1、T2提供，三极管的基极处连接方波信号UQ，方波信号发生电路可以采用任一现有技术实现，例如，采用D触发器构成。
实施例三参见附图8所示，一种低谐波电流的功率调整装置，用于吸尘器电机的功率调整，包括桥式整流电路、串联于电机M和桥式整流电路输出端之间的可控电子开关，可控电子开关的控制端连接方波信号发生电路，所述桥式整流电路的输出端和电机之间还串联有续流电路，所述续流电路主要由串联的续流二极管D1和电解电容C1构成，电容C1上连接有放电电路，续流二极管D1的反向端与电解电容C1的正极连接，所述放电电路为与电解电容C1正极连接的放电二极管D2，放电二极管D2的反向端连接至电机M的另一端，使得放电电流经过电机。
本实施例中的可控电子开关由可关断可控硅GTO电路构成，GTO的驱动由一对三极管T1、T2提供，三极管的基极处连接方波信号UQ，方波信号发生电路可以采用任一现有技术实现，例如，采用单片机电路构成。驱动管的上端电压为+6伏，下端电压为-12V，从而可以实现GTO的开通与关断。
权利要求
1.一种低谐波电流的功率调整方法，包括(1)将一个交流电压进行全波整流变换为一个单向脉动电压；(2)接入一个电子开关；(3)提供一个方波信号用于控制电子开关的通断；其特征在于所述电子开关的开通位置在单向脉动电压的过零点之前，电子开关的关断位置用于调整电路的功率，还包括(4)在控制电路的关断点提供一个续流电路，续流电路中含有储能元件，使电源供电电流的下降沿变缓。
2.根据权利要求1所述的低谐波电流的功率调整方法，其特征在于所述续流电路中的储能元件在电子开关开通时通过被控电器放电。
3.根据权利要求2所述的低谐波电流的功率调整方法，其特征在于设定所述电子开关的开通位置，使得单向脉动电压过零点时，储能元件完成放电。
4.根据权利要求2所述的低谐波电流的功率调整方法，其特征在于所述储能元件的选取使得续流时供电电流的下降沿较缓，满足电路对谐波电流的要求。
5.一种低谐波电流的功率调整装置，包括桥式整流电路、串联于电器和桥式整流电路输出端之间的可控电子开关，其特征在于所述桥式整流电路和用电器之间还串联有续流电路，续流电路中包括有电容，电容上连接有放电电路。
6.根据权利要求5所述的低谐波电流的功率调整装置，其特征在于所述续流电路包括串联的续流二极管和电解电容，续流二极管的反向端与电解电容的正极连接，所述放电电路为与电解电容正极连接的放电二极管，放电二极管的反向端连接至电器的另一端，使得放电电流经过电器。
全文摘要
本发明公开了一种低谐波电流的功率调整方法，对电源进行全波整流，利用方波信号控制电子开关的通断；所述电子开关的开通位置在单向脉动电压的过零点之前，电子开关的关断位置用于调整电路的功率，在控制电路的关断点提供一个续流电路，续流电路中含有储能元件，使电源供电电流的下降沿变缓。本发明同时公开了采用上述方法进行功率调整的装置。本发明在对电器功率调整的过程中，电器在每个半波中从电源吸取的电流的谐波分量较小，真正意义上解决了电路谐波电流的产生；电路结构简单、节能，电流波形平稳，对电网没有不良影响。
文档编号H02M1/42GK1687857SQ20051003898
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月18日 优先权日2005年4月18日
发明者谢明毅 申请人:金丰电子(苏州)有限公司