一种新型超高功率因数整流电源装置的制作方法

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种新型超高功率因数整流电源装置。

背景技术

大中功率整流电源是提供大直流电流、直流电压的装置，工艺是将交流电经过整流变压器和整流器，把交流电整流成需要的直流电，其中整流变压器起到电气隔离和电压电流大小变换作用，整流器起到把交流电变换成直流电的作用。目前，只能通过加装高压电容补偿器或谐波抑制器的方式，来提高功率因数cosδ，功率因数cosδ也只有0.80；高压电容补偿器只能补偿功率因数cosδ，而不能减少高次谐波分量，且电容补偿器是分组投切而不是无级投切，在功率因数变化大的时候，因电容补偿器投切频繁而造成故障率高，使得它的适应性比较差；静态谐波抑制器在功率因数和谐波分量变化大的时候补偿效果不好，而动态谐波抑制器价格昂贵，大大限制了它的使用范围；同时高压电容补偿器或谐波抑制器都不能减少有载分接开关调节频繁问题。大中功率可控硅整流电源，为了提高系统功率因数和减少高次谐波分量，在整流变压器一次侧装设有载分接开关，把三相交流电压a相、b相、c相电压进行粗调，在通常情况下有载分接开关每档的调压范围在2％至3％,而负载的实际电压的频繁而且周期性的变化范围通常在10％，有载分接开关需要频繁升降档，有载分接开关的维护次数和可靠性直接与其动作的次数相关，整流变压器发生故障的原因95％集中在有载分接开关上。

现有整流电源装置存在以下问题：

1、整流电源功率因数cosδ低；

2、整流电源高次谐波分量大；

3、整流电源有载分接开关调节频繁，故障率高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，创造性地提出了高频开关电源与可控硅整流电源相结合，设计了一种新型超高功率因数整流电源装置，最大限度地提高大中功率可控硅整流电源的功率因数、减少高次谐波分量和有载分接开关动作次数。

为实现本发明目的采用的技术方案：一种新型超高功率因数整流电源装置，它主要包括：高频开关电源1和可控硅整流电源2，其特征是，高频开关电源1的直流电压输出端与可控硅整流电源2的直流电压输出端串联电连接。

所述的高频开关电源1包括：第一三相交流电源3、第一二极管4、第二二极管5、第三二极管6、第四二极管7、第五二极管8，第六二极管9，第七二极管10、第八二极管11、第一滤波电感12、第二滤波电感13、第一高频功率开关器件14、第二高频功率开关器件15、第三高频功率开关器件16、第四高频功率开关器件17、变压器18、第一电解电容19、第二电解电容20，所述的第一二极管4、第四二极管7、第一滤波电感12、第一电解电容19依次串联电连接，所述的第一三相交流电源3的a相与第一二极管4正极电连接，所述的第一二极管4与第四二极管7串联电连接，所述的第一三相交流电源3的b相与第三二极管6正极电连接，所述的第三二极管6与第六二极管9串联电连接，所述的第一三相交流电源3的c相与第五二极管8正极电连接，所述的第五二极管8与第二二极管5串联电连接，所述的第一二极管4与第四二极管7串联电连接后，与所述的第三二极管6与第六二极管9串联电连接后并联电连接，与所述的第五二极管8与第二二极管5串联电连接后并联电连接，所述的变压器18初级线圈一端引线与第三高频功率开关器件16一端电连接，所述的第三高频功率开关器件16与第四高频功率开关器件17串联电连接，所述的变压器18初级线圈另一端引线与第一高频功率开关器件14一端电连接，所述的第一高频功率开关器件14与第二高频功率开关器件15串联电连接，所述的第三高频功率开关器件16与第四高频功率开关器件17串联电连接后，与所述的第一高频功率开关器件14与第二高频功率开关器件15串联电连接后并联电连接，与第一电解电容19并联电连接，所述的变压器18次级线圈两端引线与第七二极管10、第八二极管11串联电连接，第七二极管(10)和第八二极管(11)组成典型的双半波整流，所述的变压器18次级线圈一端引线与第七二极管10、第二滤波电感13、第二电解电容20、变压器18次级线圈输出端引线串联电连接。

所述的可控硅整流电源2包括：第二三相交流电源21、可控硅22，所述的第二三相交流电源21的a相、b相、c相分别与可控硅22电连接。

本发明一种新型超高功率因数整流电源装置的有益效果体现在：

1、一种新型超高功率因数整流电源装置，通过高频开关电源与可控硅整流电源组成串联电路，两者输出的直流电流相同，其中高频开关电源输出直流电压占全部直流电压10％，可控硅整流电源输出直流电压占全部直流电压90％，有效的提高大中功率可控硅整流电源的功率因数cosδ、减少了高次谐波分量和有载分接开关动作次数，突破了制约整流电源发展的技术瓶颈；

2、对6脉波可控硅整流电源而言，一种新型超高功率因数整流电源装置的功率因数cosδ达到0.94以上，对12脉波可控硅整流电源而言，一种新型超高功率因数整流电源装置的功率因数cosδ达到0.965以上，突破了现有整流电源功率因数cosδ只有0.80范围，实现了整流电源质的变化，克服了功率因数问题对整流电源在应用领域的严重影响，推动了行业的进步；

3、在正常工作过程中，一种新型超高功率因数整流电源装置电压调整，完全由高频开关电源电路来完成，可控硅整流电源电路始终工作在全电压状态，有载分接开关基本不动作，其动作次数减少到常规整流电源的1％，减少了整流变压器的故障率，同时极大的减少了有载分接开关的维护成本，有非常明显的经济效益，其推广具有广阔的商业前景；

4、一种新型超高功率因数整流电源装置的应用，解决了有载分接开关调节频繁，故障率高的技术难题，困扰行业多年的因有载分接开关故障，导致其它电气元件受损问题，从本质上得到解决。

附图说明

图1是一种新型超高功率因数整流电源装置电路图；

图中：1.高频开关电源，2.可控硅整流电源，3.第一三相交流电源，4.第一二极管，5.第二二极管，6.第三二极管，7.第四二极管，8.第五二极管，9.第六二极管，10.第七二极管，11.第八二极管，12.第一滤波电感，13.第二滤波电感，14.第一高频功率开关器件，15.第二高频功率开关器件，16.第三高频功率开关器件，17.第四高频功率开关器件，18.变压器，19.第一电解电容，20.第二电解电容，21.第二三相交流电源，22、可控硅。

具体实施方式

以下结合图1和具体实施例对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1，本发明一种新型超高功率因数整流电源装置，它主要包括高频开关电源1和可控硅整流电源2，高频开关电源1包括，第一三相交流电源3、第一二极管4、第二二极管5、第三二极管6、第四二极管7、第五二极管8，第六二极管9，第七二极管10、第八二极管11、第一滤波电感12、第二滤波电感13、第一高频功率开关器件14、第二高频功率开关器件15、第三高频功率开关器件16、第四高频功率开关器件17、变压器18、第一电解电容19、第二电解电容20，所述的第一二极管4、第四二极管7、第一滤波电感12、第一电解电容19依次串联电连接，所述的第一三相交流电源3的a相与第一二极管4正极电连接，所述的第一二极管4与第四二极管7串联电连接，所述的第一三相交流电源3的b相与第三二极管6正极电连接，所述的第三二极管6与第六二极管9串联电连接，所述的第一三相交流电源3的c相与第五二极管8正极电连接，所述的第五二极管8与第二二极管5串联电连接，所述的第一二极管4与第四二极管7串联电连接后，与所述的第三二极管6与第六二极管9串联电连接后并联电连接，与所述的第五二极管8与第二二极管5串联电连接后并联电连接，所述的变压器18初级线圈一端引线与第三高频功率开关器件16一端电连接，所述的第三高频功率开关器件16与第四高频功率开关器件17串联电连接，所述的变压器18初级线圈另一端引线与第一高频功率开关器件14一端电连接，所述的第一高频功率开关器件14与第二高频功率开关器件15串联电连接，所述的第三高频功率开关器件16与第四高频功率开关器件17串联电连接后，与所述的第一高频功率开关器件14与第二高频功率开关器件15串联电连接后并联电连接，与第一电解电容19并联电连接，所述的变压器18次级线圈两端引线与第七二极管10、第八二极管11串联电连接，第七二极管10和第八二极管11组成典型的双半波整流，所述的变压器18次级线圈一端引线与第七二极管10、第二滤波电感13、第二电解电容20、变压器18次级线圈输出端引线串联电连接；所述的可控硅整流电源2包括：第二三相交流电源21、可控硅22，所述的第二三相交流电源21的a相、b相、c相分别与可控硅22电连接；高频开关电源1和可控硅整流电源2，其特征是，高频开关电源1的直流电压输出端与可控硅整流电源2的直流电压输出端串联电连接。

一种新型超高功率因数整流电源装置在整个工作过程中，除了在刚刚投入运行和退出运行的时候，可控硅整流电源电路中的可控硅触发角α工作在大于0°的状态，其他情况下均工作在0°的状态下，即全电压输出，此时可控硅整流电源电路的功率因数cosδ＝i1/i×cos(γ/2),其中cosδ为功率因数，i1/i为电流畸变系数(i1为基波电流有效值，i为总电流有效值)，6脉波可控硅整流电源的电流畸变系数i1/i为0.955，12脉波可控硅整流电源的畸变系数i1/i为0.985，γ为可控硅换相重叠角，对于6脉波可控硅整流电源，γ在0°至30°之间，一般在20°以内，所以6脉波可控硅整流电源电路的功率因数cosδ＝0.955×cos(20°/2)＝0.955×0.985＝0.94；一种新型超高功率因数整流电源装置的电压调整完全通过高频开关电源电路来实现，而高频开关电源电路在自身的全电压调节过程中都能保持功率因数达到0.95以上，因此，对6脉波可控硅整流电源而言，一种新型超高功率因数整流电源装置的功率因数达到0.94以上，对12脉波可控硅整流电源而言，一种新型超高功率因数整流电源装置的功率因数达到0.965以上。

在本实施例中，采用一台2000a/5v高频开关电源与一台2000a/40v的6脉波可控硅整流电源串联工作，构成一种新型超高功率因数整流电源装置，电阻性负载；

首先使可控硅触发角α从120°慢慢调节到0°，可控硅输出电压从0v慢慢上升到37v，直流电流从0a慢慢上升到1550a，实测可控硅换相重叠角γ最大为10°，可控硅整流电源的功率因数最大为0.945，在整个升电流过程中，高频开关电源没有参加工作，也没有任何不正常现象；保持可控硅整流电源始终工作在全电压输出状态，然后使高频开关电源输出电压慢慢上升到5v,整流电源总输出电压从37v上升到42v，直流电流也从1550a上升到1750a，高频开关电源的自身功率因数从0.98到0.95变化(高频开关电源都装设有滤波电感和大容量滤波电容，始终能保证功率因数不低于0.95)，而可控硅整流电源的自身功率因数从0.940上升到0.945，一种新型超高功率因数整流电源装置的总功率因数维持在0.945以上。

现有的可控硅整流电源中可控硅触发角α通常工作在15°至30°，即可控硅的调整深度在10％，此时可控硅整流电源功率因数只有0.80。在正常工作过程中，对6脉波可控硅整流电源而言，一种新型超高功率因数整流电源装置，电压调整完全由高频开关电源电路来完成，在高频开关电源输出电压从0v慢慢上升到5v的过程中，没有对可控硅整流电源造成任何不利影响，可控硅整流电源始终工作在全电压状态，高次谐波分量主要由可控硅调压产生，当可控硅触发角α工作在0°时，可控硅整流电源的功率因数最大为0.945，所产生的高次谐波分量大大减少；有载分接开关动作次数减少到常规整流电源的1％，极大地减少有载分接开关的维护成本，同时也极大地减少了整流变压器的故障率，有非常明显的经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。