电压转换电路和变压系统的制作方法

本实用新型涉及电压变换领域，尤其涉及一种电压转换电路和变压系统。

背景技术：

在电力系统新设备投运前，需在设备一次侧，特别是母线、电流互感器、断路器、隔离开关等设备，通入足够大的电流，以便于对CT二次回路以及保护及自动装置、测量等装置进行检查，确保一次设备具有正确的连通性，CT极性(变比)符合要求。

随着电网结构的优化调整，其短路电流增大，为保证继电保护在暂态情况下有仍具有良好的动作特性，因此需选取大变比的变压器；另一方面当连接的一次设备较多时，回路电阻变大，从而对大变压器的输出容量提出更高的要求。

综上所述，目前较为普遍的大电流发生装置采用传统的变压(流)器，分相或单相进行升流，其接线复杂，其体积与输出容量呈几何倍数关系。

因此，如何提供一种输出大电流且电路简单便携的变压装置，就成了现有技术的需求。

技术实现要素：

本实用新型提供一种电压转换电路和变压系统，利用电力电子控制技术，以解决现有的大电流变压器电路的技术问题。

第一方面，本实用新型提供了一种电压转换电路，其用于把单相电转换为三相电，该电压转换电路包括输入节点、第一全桥整流电路、第一开关电路、初级变压线圈、次级变压线圈、第二全桥整流电路、第一组开关元件、第二组开关元件、第三组开关元件和输出节点，所述输出节点包括第一输出节点、第二输出节点和第三输出节点，所述输入节点和第一全桥整流电路电性连接，所述输入节点用于输入单相交流电；所述第一全桥整流电路用于把单相交流电转换为第一直流电；所述第一开关电路连接在第一全桥整流电路和初级变压线圈之间，用于控制第一直流电在初级变压线圈上形成脉冲电流；所述次级变压线圈和初级变压线圈通过磁耦合组成变压器；所述第二全桥整流电路和所述次级变压线圈电性连接，所述第二全桥整流电路将次级变压线圈感应初级变压线圈生成的电流转换为第二直流电，所述第一输出节点通过所述第一组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第二输出节点通过所述第二组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第三输出节点通过所述第三组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第一组开关元件、第二组开关元件和第三组开关元件控制第一输出节点、第二输出节点和第三输出节点依序输出电压具有60°相位差。

优选地，所述第一组开关元件包括三极管Q11和三极管Q16，所述三极管Q11的集电极和第二全桥整流电路的正极输出端电性连接，所述三极管Q11的发射极同时和第一输出节点、三极管Q16的集电极电性连接，所述三极管Q16的发射极和第二全桥整流电路的负极输出端电性连接；所述第二组开关元件包括三极管Q13和三极管Q12，所述三极管Q13的集电极和第二全桥整流电路的正极输出端电性连接，所述三极管Q13的发射极同时和第二输出节点、三极管Q12的集电极电性连接，所述三极管Q12的发射极和第二全桥整流电路的负极输出端电性连接；所述第三组开关元件包括三极管Q15和三极管Q14，所述三极管Q15的集电极和第二全桥整流电路的正极输出端电性连接，所述三极管Q15的发射极同时和第三输出节点、三极管Q14的集电极电性连接，所述三极管Q14的发射极和第二全桥整流电路的负极输出端电性连接。

优选地，所述电压转换电路还包括控制模块和第一驱动模块，所述控制模块和第一驱动模块电性连接，第一驱动模块还分别和三极管Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16的基极电性连接，所述控制模块通过第一驱动模块分别控制三极管Q11、Q12、Q13、Q14、Q15和Q16的导通和关闭。

优选地，所述电压转换电路还包括第二驱动模块，所述第一开关电路为三极管Q1，第一全桥整流电路的正极输出端和三极管Q1的集电极电性连接，所述三极管Q1的发射极和初级变压线圈的第一端电性连接，控制模块通过第二驱动模块和三极管Q1的基极电性连接，所述控制模块通过第二驱动模块控制三极管Q1的导通和关闭。

优选地，所述输入节点包括第一输入节点和第二输入节点，所述第一全桥整流电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的正极、二极管D2的负极都和第一输入节点电性连接，所述二极管D3的正极、二极管D4的负极都和第二输入节点电性连接，所述二极管D1的负极同时和二极管D3的负极、第一开关电路电性连接，第一开关电路和初级变压线圈的第一端电性连接，所述二极管D2的正极同时和二极管D4的正极、初级变压线圈的第二端电性连接；所述第二全桥整流电路包括二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，所述二极管D6的正极、二极管D7的负极都和次级变压线圈的第一端电性连接，所述二极管D8的正极、二极管D9的负极都和次级变压线圈的第二端电性连接，所述二极管D6的负极和二极管D8的负极电性连接，所述二极管D6的负极为第二全桥整流电路的正极输出端，所述二极管D7的正极和二极管D9的正极电性连接，所述二极管D7的正极为第二全桥整流电路的负极输出端。

优选地，所述电压转换电路还包括模数转换单元、电流互感器CT1、电流互感器CT2和电流互感器CT3，所述三极管Q11的发射极通过电流互感器CT1和第一输出节点电性连接，所述三极管Q13的发射极通过电流互感器CT2和第二输出节点电性连接，所述三极管Q15的发射极通过电流互感器CT3和第三输出节点电性连接，所述控制模块通过模数转换单元分别和电流互感器CT1、电流互感器CT2和电流互感器CT3电性连接。

优选地，所述电压转换电路还包括电流数显表、电位器R1和锁定开关K1，所述电流数显表电性连接于模数转换单元与电流互感器CT1之间，或模数转换单元与电流互感器CT2之间，或模数转换单元与电流互感器CT3之间，所述电位器R1和锁定开关K1分别与控制模块电性连接，所述电流数显表用于显示输出节点输出电流的大小，调整所述电位器R1用于改变控制模块输出到第二驱动模块的脉冲信号，以改变输出节点输出电流的大小，按下所述锁定开关K1，以锁定输出节点的当前电流值为目标电流值，所述控制模块根据模数转换单元反馈的信号调整第一驱动模块和第二驱动模块的脉冲信号。

优选地，所述电压转换电路还包括平波电感L1、储能电容C1、平波电感L2和储能电容C2，所述平波电感L1的第一端和第一全桥整流电路的正极输出端电性连接，所述平波电感L1的第二端同时和储能电容C1的第一端、第一开关电路电性连接，所述储能电容C1的第二端和第一全桥整流电路的负极输出端电性连接；所述平波电感L2的第一端和第二全桥整流电路的正极输出端电性连接，所述平波电感L1的第二端同时和储能电容C2的第一端、三极管Q11的集电极电性连接，所述储能电容C2的第二端和第二全桥整流电路的负极输出端电性连接。

优选地，所述电压转换电路还包括二极管D5和反馈线圈L3，所述三极管Q1的发射极和反馈线圈L3的第一端电性连接，所述反馈线圈L3的第二端和二极管D5的负极电性连接，所述二极管D5的正极和第一全桥整流电路的负极输出端电性连接。

优选地，所述控制模块为AT89S51单片机，所述第一驱动模块为M57962L驱动电路，所述第二驱动模块为U6C28C43驱动电路，所述模数转换单元为ADS1110串行A/D转换器。

第二方面，本发明还提供一种变压系统，所述变压系统采用了上述的电压转换电路。

与现有技术相比，本实用新型通过提供一种电压转换电路和变压系统，利用电力电子控制技术，该电压转换电路包括输入节点、第一全桥整流电路、第一开关电路、初级变压线圈、次级变压线圈、第二全桥整流电路、第一组开关元件、第二组开关元件、第三组开关元件和输出节点，所述输出节点包括第一输出节点、第二输出节点和第三输出节点，所述输入节点和第一全桥整流电路电性连接，所述输入节点用于输入单相交流电；所述第一全桥整流电路用于把单相交流电转换为第一直流电；所述第一开关电路连接在第一全桥整流电路和初级变压线圈之间，用于控制第一直流电在初级变压线圈上形成脉冲电流；所述次级变压线圈和初级变压线圈通过磁耦合组成变压器；所述第二全桥整流电路和所述次级变压线圈电性连接，所述第二全桥整流电路将次级变压线圈感应初级变压线圈生成的电流转换为第二直流电，所述第一输出节点通过所述第一组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第二输出节点通过所述第二组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第三输出节点通过所述第三组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第一组开关元件、第二组开关元件和第三组开关元件控制第一输出节点、第二输出节点和第三输出节点依序输出电压具有60°相位差，电路结构简单，很容易把单相交流电转换为三相交流电，不仅可以输出200A的大电流，而且符合电路简单便携的需求。

附图说明

图1为本实用新型的电压转换电路的模块化结构示意图。

图2为本实用新型的电压转换电路的具体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

请参阅图1，本实用新型提供了一种电压转换电路1，其用于把单相电转换为三相电。电压转换电路1包括输入节点11、第一全桥整流电路12、第一开关电路13、初级变压线圈14、次级变压线圈15、第二全桥整流电路16、全控桥逆变电路17、输出节点18、控制模块19、第一驱动模块20和第二驱动模块21，全控桥逆变电路17包括第一组开关元件171、第二组开关元件172和第三组开关元件173，所述输出节点18包括第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W，所述输入节点11和第一全桥整流电路12电性连接，所述输入节点11用于输入单相交流电；所述第一全桥整流电路12用于把交流电转换为第一直流电；所述第一开关电路13连接在第一全桥整流电路12和初级变压线圈14之间，用于控制第一直流电在初级变压线圈14上形成脉冲电流，第一开关电路13还通过第二驱动模块21和控制模块18电性连接，所述控制模块19通过第二驱动模块21控制第一开关电路13的导通和关闭；所述次级变压线圈15和初级变压线圈14通过磁耦合组成变压器；所述第二全桥整流电路16和所述次级变压线圈15电性连接，所述第二全桥整流电路16将次级变压线圈15感应初级变压线圈14生成的电流转换为第二直流电，所述第一输出节点U通过所述第一组开关元件171和所述第二全桥整流电路16电性连接，所述第二输出节点V通过所述第二组开关元件172和所述第二全桥整流电路16电性连接，所述第三输出节点W通过所述第三组开关元件173和所述第二全桥整流电路16电性连接，第一组开关元件171、第二组开关元件172和第三组开关元件173都通过第一驱动模块20和控制模块19电性连接，所述控制模块19通过第一驱动模块20控制第一组开关元件171、第二组开关元件172和第三组开关元件173的导通和关闭，以使所述第一组开关元件171、第二组开关元件172和第三组开关元件173控制第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W依序输出的电压具有60°相位差。

请参阅图2，输入节点11包括第一输入节点L和第二输入节点N。第一输入节点L和第二输入节点N其中一者输入单相交流电中的火线，另一者输入单相交流电中的零线。本实施例中，第一输入节点L输入单相电中的火线，第二输入节点N输入。

第一全桥整流电路12包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，所述二极管D1的正极、二极管D2的负极都和第一输入节点L电性连接，所述二极管D3的正极、二极管D4的负极都和第二输入节点N电性连接，所述二极管D1的负极同时和二极管D3的负极、第一开关电路电性连接，所述二极管D2的正极同时和二极管D4的正极、初级变压线圈电性连接。二极管D1的负极为第一全桥整流电路12的正极输出端，二极管D2的正极为第一全桥整流电路12的负极输出端。第一全桥整流电路12把单相交流电转换的第一直流电从二极管D1和二极管D3的负极流出。

第一开关电路13为三极管Q1，第一全桥整流电路12的正极输出端和三极管Q1的集电极电性连接，所述三极管Q1的发射极和初级变压线圈14的第一端(同名端)电性连接，所述三极管Q1的基极和第二控制模块21电性连接。控制模块19控制第二驱动模块21给三极管Q1的基极脉冲信号，可以控制三极管Q1的导通和关闭，以控制第一直流电在初级变压线圈14上形成脉冲电流。

初级变压线圈14的第一端和三极管Q1的发射极电性连接，初级变压线圈14的第二端和第一全桥整流电路12的负极输出端电性连接。

次级变压线圈15的位置和初级变压线圈14的位置相对应，以磁耦合组成变压器。

第二全桥整流电路16包括二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，所述二极管D6的正极、二极管D7的负极都和次级变压线圈的第一端(同名端)电性连接，所述二极管D8的正极、二极管D9的负极都和次级变压线圈的第二端电性连接，所述二极管D6的负极和二极管D8的负极电性连接，所述二极管D7的正极和二极管D9的正极电性连接。所述二极管D6的负极为第二全桥整流电路16的正极输出端，所述二极管D7的正极为第二全桥整流电路16的负极输出端。第二全桥整流电路16把次级变压线圈感应初级变压线圈生成的电流转换为的第二直流电从二极管D6和二极管D8的负极流出。

所述第一组开关元件171包括三极管Q11和三极管Q16，所述三极管Q11的集电极和第二全桥整流电路16的正极输出端电性连接，所述三极管Q11的发射极同时和第一输出节点U、三极管Q16的集电极电性连接，所述三极管Q16的发射极和第二全桥整流电路16的负极输出端电性连接，所述三极管Q11的基极和三极管Q16的基极分别和控制模块19电性连接；所述第二组开关元件172包括三极管Q13和三极管Q12，所述三极管Q13的集电极和第二全桥整流电路16的正极输出端电性连接，所述三极管Q13的发射极同时和第二输出节点V、三极管Q12的集电极电性连接，所述三极管Q12的发射极和第二全桥整流电路16的负极输出端电性连接，所述三极管Q12的基极和三极管Q13的基极分别和控制模块19电性连接；所述第三组开关元件173包括三极管Q15和三极管Q14，所述三极管Q15的集电极和第二全桥整流电路16的正极输出端电性连接，所述三极管Q15的发射极同时和第三输出节点W、三极管Q14的集电极电性连接，所述三极管Q14的发射极和第二全桥整流电路的负极输出端电性连接，所述三极管Q15的基极和三极管Q14的基极分别和控制模块19电性连接。三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15和三极管Q16优选为绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)，其综合了电力晶体管(Giant Transistor—GTR)和电力场效应晶体管(Power MOSFET)的优点，具有良好的特性。控制模块19控制第一驱动模块20通过给三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15和三极管Q16的基极脉冲信号，可以控制三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15和三极管Q16的导通和关闭，以控制第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W依序输出电压具有60°相位差。优选地，全控桥逆变电路17还包括6个续流二极管(未标号)，三极管Q11的集电极和发射极之间电性连接一续流二极管，三极管Q12的集电极和发射极之间电性连接一续流二极管，三极管Q13的集电极和发射极之间电性连接一续流二极管，三极管Q14的集电极和发射极之间电性连接一续流二极管，三极管Q15的集电极和发射极之间电性连接一续流二极管，三极管Q16的集电极和发射极之间电性连接一续流二极管，且三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15和三极管Q16的发射极连接续流二极管的正极。

输出节点18的第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W用于和其他电子元器件电性连接，以给其供电。

控制模块19可以为集成的芯片或集成装置，如为单片机或工业电脑，在本实施例中，其优选为AT89S51单片机。控制模块19分别和第一驱动模块20、第二驱动模块21电性连接。

第一驱动模块20为M57962L驱动电路。第一驱动模块20分别和三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15和三极管Q16的基极电性连接。第一驱动模块20用于放大脉冲信号。

第二驱动模块21为U6C28C43驱动电路。第二驱动模块21和三极管Q1的基极电性连接。第二驱动模块21用于放大脉冲信号。

请继续参阅图2，作为一种选择，电压转换电路1还包括模数转换单元22、电流互感器CT1、电流互感器CT2和电流互感器CT3，所述三极管Q11的发射极通过电流互感器CT1和第一输出节点U电性连接，所述三极管Q13的发射极通过电流互感器CT2和第二输出节点电性连接，所述三极管Q15的发射极通过电流互感器CT3和第三输出节点电性连接，所述控制模块19通过模数转换单元22分别和电流互感器CT1、电流互感器CT2和电流互感器CT3电性连接。

模数转换单元22用于把模拟信号转换为数字信号。模数转换单元22为ADS1110串行A/D转换器。

电流互感器CT1采集第一输出节点U的输出电流和相位，并传输给模数转换单元22，模数转换单元把电流互感器CT1采集的模拟信号转换为数字信号传输给控制模块19；电流互感器CT2采集第二输出节点V的输出电流和相位，并传输给模数转换单元22，模数转换单元把电流互感器CT2采集的模拟信号转换为数字信号传输给控制模块19；电流互感器CT2采集第三输出节点W的输出电流和相位，并传输给模数转换单元22，模数转换单元把电流互感器CT3采集的模拟信号转换为数字信号传输给控制模块19。在第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W输出的电流有变化时，控制模块19控制第二驱动模块21输出的脉冲信号发射变化，以使在第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W输出的电流趋于稳定。在第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W输出的相位有变化时，控制模块19控制第一驱动模块20输出的脉冲信号发射变化，以使第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W依序输出电压具有60°相位差。

作为一种选择，电压转换电路1还包括电流数显表23、电位器R1、锁定开关K1和急停开关K2，所述电流数显表23电性连接于模数转换单元22与电流互感器CT1之间，或模数转换单元22与电流互感器CT2之间，或模数转换单元22与电流互感器CT3之间，所述电位器R1和锁定开关K1分别与控制模块电性连接，所述电流数显表23用于显示输出节点18输出电流的大小，调整所述电位器R1用于改变控制模块19输出到第二驱动模块19的脉冲信号，以改变输出节点18输出电流的大小，按下所述锁定开关K1，以锁定输出节点18的当前电流值为目标电流值，所述控制模块19根据模数转换单元22反馈的信号调整第一驱动模块20和第二驱动模块21的脉冲信号。出现紧急情况，按下急停开关K2时，控制模块将同时停止第一驱动模块20和第二驱动模块21输出的脉冲信号，实现急停。

作为一种选择，电压转换电路1还包括平波电感L1和储能电容C1，所述平波电感L1的第一端和第一全桥整流电路12的正极输出端电性连接，所述平波电感L1的第二端同时和储能电容C1的第一端、三极管Q1的集电极电性连接，所述储能电容C1的第二端和第一全桥整流电路12的负极输出端电性连接。

作为一种选择，电压转换电路1还包括平波电感L2和储能电容C2，所述平波电感L2的第一端和第二全桥整流电路16的正极输出端电性连接，所述平波电感L1的第二端同时和储能电容C2的第一端、三极管Q11的集电极电性连接，所述储能电容C2的第二端和第二全桥整流电路16的负极输出端电性连接。

作为一种选择，电压转换电路1还包括二极管D5和反馈线圈L3，所述三极管Q1的发射极和反馈线圈L3的第一端(同名端)电性连接，所述反馈线圈L3的第二端和二极管D5的负极电性连接，所述二极管D5的正极和第一全桥整流电路12的负极输出端电性连接。

作为一种选择，电压转换电路1还包括浪涌吸收电容C0，浪涌吸收电容电性连接于第一输入节点L和第二输入节点N之间。

作为一种选择，电压转换电路1还包括辅助电源24，辅助电源24和外部的交流电电性连接，如和市电220V交流电电性连接，辅助电源24把交流电转换为24V和/或12V直流电，以为其他模块提供电能。

在使用时，输入节点11接入外部交流电源，输出节点18接入其他用电设备，将电位器R1置零后，缓慢调节电位器R1，控制模块19根据电位器R1的调节指令，控制模块19改变输出到第二驱动模块19的脉冲信号，控制三极管Q1的通断，以改变输出节点18输出电流的大小。在电流数显表23显示的电流达到目标电流后，按下锁定开关K1，以锁定输出节点18的当前电流值为目标电流值，控制模块19还对第一驱动模块20发出固定为50Hz的脉冲信号，经第一驱动模块20隔离放大后，使第一输出节点U、第二输出节点V和第三输出节点W依序输出电压具有60°相位差。控制模块19根据模数转换单元22反馈的信号调整第一驱动模块20和第二驱动模块21的脉冲信号。如当输出的三相电流不平衡时，控制模块19控制对第一驱动模块20发出固定为50Hz的脉冲信号进行微调，使三相电流平衡。

本发明还提供一种变压系统，所述变压系统采用了上述任一实施例所述的电压转换电路。

与现有技术相比，本实用新型通过提供一种电压转换电路和变压系统，利用电力电子控制技术，该电压转换电路包括输入节点、第一全桥整流电路、第一开关电路、初级变压线圈、次级变压线圈、第二全桥整流电路、第一组开关元件、第二组开关元件、第三组开关元件和输出节点，所述输出节点包括第一输出节点、第二输出节点和第三输出节点，所述输入节点和第一全桥整流电路电性连接，所述输入节点用于输入单相交流电；所述第一全桥整流电路用于把单相交流电转换为第一直流电；所述第一开关电路连接在第一全桥整流电路和初级变压线圈之间，用于控制第一直流电在初级变压线圈上形成脉冲电流；所述次级变压线圈和初级变压线圈通过磁耦合组成变压器；所述第二全桥整流电路和所述次级变压线圈电性连接，所述第二全桥整流电路将次级变压线圈感应初级变压线圈生成的电流转换为第二直流电，所述第一输出节点通过所述第一组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第二输出节点通过所述第二组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第三输出节点通过所述第三组开关元件和所述第二全桥整流电路电性连接，所述第一组开关元件、第二组开关元件和第三组开关元件控制第一输出节点、第二输出节点和第三输出节点依序输出电压具有60°相位差，电路结构简单，很容易把单相交流电转换为三相交流电，不仅可以输出200A的大电流，而且符合电路简单便携的需求。

值得注意的是，上述所有实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本实用新型的保护范围。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。