專利名稱：一種工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工頻變壓器隔離的恒幅矢量(或恒幅相量)交流調(diào)壓器，特別涉及電源與負(fù)載間有工頻變壓器隔離的單相或三相無觸點(diǎn)、無級(jí)、寬幅的正弦波電力電子調(diào)壓器、穩(wěn)壓器。屬于交流調(diào)壓、交流穩(wěn)壓技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有交流調(diào)壓、穩(wěn)壓方法主要有 (I)采用伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電刷移動(dòng)實(shí)現(xiàn)變壓器輸出電壓調(diào)壓，輸出電壓實(shí)現(xiàn)有級(jí)(變壓器有多個(gè)分接頭)或無級(jí)(如自耦變壓器)調(diào)節(jié)。但由于電動(dòng)機(jī)和電刷的存在，即是有觸點(diǎn)的調(diào)壓方式，其缺點(diǎn)是調(diào)壓速度緩慢、壽命短、易卡殼等。(2)采用可控硅作為電子開關(guān)來調(diào)節(jié)變壓器輸出電壓，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)的調(diào)壓方式。但因調(diào)壓是有級(jí)的，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)壓，因而有輸出電壓精度低的不足。(3)用AC/DC/AC變換的方式實(shí)現(xiàn)交流正弦波調(diào)壓，直流環(huán)的大電解電容使直流環(huán)電壓調(diào)節(jié)緩慢，而僅靠調(diào)制系數(shù)來控制輸出電壓時(shí)，在輸出電壓較高或較低時(shí)有波形差、精度低的不足，難以實(shí)現(xiàn)寬幅調(diào)壓。(4)用AC/AC變換的方式實(shí)現(xiàn)交流正弦波調(diào)壓時(shí)，有輸出電壓波形差、精度低的不足；同時(shí)，也難于用到單相電源的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器，其特點(diǎn)是有工頻變壓器隔離的無觸點(diǎn)、無級(jí)、寬幅的正弦波電力電子調(diào)壓器、穩(wěn)壓器；適用于不同容量等級(jí)的單、三相系統(tǒng)；性價(jià)比較高。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)。工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器由電源的輸入電壓矢量，工頻隔離變壓器T，電力電子變換器a的正弦波輸出電壓矢量仏工，當(dāng)%同相位，電力電子變換器b的正弦波輸出電壓矢量Ge2，輸出到負(fù)載的輸出電壓矢量，巧。2相對(duì)于巧。1的相位差a ;并通過電力電子變換器電路、調(diào)壓器電路依次連接成整體。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T和輸入CflLfl濾波器，由主開關(guān)管T1 T8構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu)，公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cd。，另一端與輸出Lf2Cf2濾波器連接。工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器電路由交流電源輸入到工頻隔離變壓器T的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gei，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Ge2;保持的幅值不變，改變dC2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓％ M0O= Uci+Uc2 o工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器的用途
在電源電壓仏和負(fù)載電壓％間通過工頻變壓器T實(shí)現(xiàn)隔離，因而負(fù)載電壓的頻率和幅值都可以與電源電壓不相同，因此，該電路適合用作寬幅正弦波變頻器，其輸出電壓幅值、頻率均可調(diào)；或用作寬幅正弦波逆變器，其輸出電壓頻率固定，但與電源頻率不同；或用作帶隔離的交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)壓器、交流移相器、電力電子變壓器，這時(shí)輸出電壓頻率與電源電壓相同。在交流調(diào)壓器中，當(dāng)Us = UN, Un為額定電壓，不考慮電路壓降且n = I時(shí)，要求輸出電壓在(0 I. 2)*UN內(nèi)變化，那么a的調(diào)節(jié)范圍為180° 106. 26°。由于a > 90°，電力電子變換器b從Ge2處吸收電能，通過工頻隔離變壓器T傳遞給電源和電力電子變換器a，從而把電能反饋回電網(wǎng)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)實(shí)現(xiàn)大容量寬幅無觸點(diǎn)、無級(jí)、有工頻隔離變壓器的正弦波電力電子調(diào)壓器、穩(wěn)壓器。(2)適用于單、三相系統(tǒng)。(3)性價(jià)比較高。


圖I是本發(fā)明的工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器原理圖。I.輸入電源電壓矢量2.工頻隔離變壓器T，3.電力電子變換器a的輸出正弦波電壓矢量4.電力電子變換器b的輸出正弦波電壓矢量，5.輸出到負(fù)載的輸出電
壓矢量G9。圖2是本發(fā)明的工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器的電力電子變換器電路。6.電力電子變換器的輸入濾波電容器Cfl, 7.輸入濾波電抗器Lfl, 8.電力電子變換器的主開關(guān)管T1-T8,9.直流側(cè)儲(chǔ)能電容器Cd。，10.電力電子變換器的輸出濾波電抗器Lf2,11.輸出濾波電容器Cf2。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只能用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)嫻熟人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例I交流電源I輸入到工頻隔離變壓器T2的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci 3，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Jc24;保持^周Jc2的幅值不變，改變Jc2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓仏5，即仏=Jei+仏2。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T2和輸入Cfl6Lfl7濾波器，由主開關(guān)管T1 T88構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu)，公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cdc;9，另一端與輸出Lf2IOCf2Il濾波器連接。在交流調(diào)壓器中，當(dāng)Us = UN，Un為額定電壓，要求輸出電壓在(0 1.2)*UN內(nèi)變化，那么a的調(diào)節(jié)范圍為180° 106.26°。輸出電壓頻率與電源電壓頻率相同。、
實(shí)施例2交流電源I輸入到工頻隔離變壓器T2的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci 3，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Jc24;保持^周Jc2的幅值不變，改變Jc2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓％5，即％ =Gei+Ge2。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T2和輸入Cfl6Lfl7濾波器，由主開關(guān)管T1 T88構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu),公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cdc;9，另一端與輸出Lf2IOCf2Il濾波器連接。在交流穩(wěn)壓器中，當(dāng)Us = O. 5UN，輸入電壓低到額定電壓的一半時(shí)，負(fù)載電壓仍可達(dá)到額定電壓，S卩a =0° 時(shí)，有UQ = UN。所以輸入電壓在(0. 5 1.0) *隊(duì)時(shí)，輸出電壓可保持為額定值。當(dāng)Us SUn時(shí)，求解方程總可得唯一的a值(a彡120° )使U。= Un。實(shí)現(xiàn)(0. 5UN ^ Us <°o )非常寬幅的交流穩(wěn)壓。輸出電壓頻率與電源電壓頻率相同。實(shí)施例3交流電源I輸入到工頻隔離變壓器T2的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci 3，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Jc24;保持^JPJc2的幅值不變，改變Jc2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓仏5，即仏=Jei+仏2。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T2和輸入Cfl6Lfl7濾波器，由主開關(guān)管T1 T8S構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu)，公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cdc;9，另一端與輸出Lf2IOCf2Il濾波器連接。在交流移相器中，當(dāng)Us = UN，Un為額定電壓，a的調(diào)節(jié)過程為(0° —90° —180° )，那么輸出電壓的變化為(2UN — I. 4UN — 0),輸出電壓％相對(duì)于輸入電壓$的相位差的變化為(0° —45° —90° )。輸出電壓頻率與電源電壓頻率相同。實(shí)施例4交流電源I輸入到工頻隔離變壓器T2的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci 3，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Jc24;保持^周Jc2的幅值不變，改變Jc2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓％5，即％ =Gei+Ge2。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T2和輸入Cfl6Lfl7濾波器，由主開關(guān)管T1 T88構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu),公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cdc;9，另一端與輸出Lf2IOCf2Il濾波器連接。在正弦波逆變器中，改變巧^和^^的相位差a，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)壓；逆變器的輸出電壓頻率可以與電源頻率不同，但其值是不變的。實(shí)施例5交流電源I輸入到工頻隔離變壓器T2的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci 3，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Jc24;保持^周Jc2的幅值不變，改變Jc2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓％5，即％ =Gei+Ge2。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T2和輸入Cfl6Lfl7濾波器，由主開關(guān)管T1 T88構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu),公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cdc;9，另一端與輸出Lf2IOCf2Il濾波器連接。在正弦波變頻器中，改變巧^和^^的頻率和相位差a，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)頻調(diào)壓。實(shí)施例6交流電源I輸入到工頻隔離變壓器T2的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci 3，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓dC24;保持^3PdC2的幅值不變，改變dC2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓％5，即％ =Gei+Ge2。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T2和輸入Cfl6Lfl7濾波器，由主開關(guān)管T1 T88構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu),公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cdc;9，另一端與輸出Lf2IOCf2Il濾波器連接。在電力電子變壓 器中，可實(shí)現(xiàn)作為交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)壓器、交流移相器的綜合功能，提高電力變壓器的可控性。實(shí)施例7交流電源I輸入到工頻隔離變壓器T2的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci 3，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Jc24;保持^周Jc2的幅值不變，改變Jc2相對(duì)于JciW相位角a，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓仏5，即仏=Jei+仏2。電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器T2和輸入Cfl6Lfl7濾波器，由主開關(guān)管T1 T88構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu)，公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cdc;9，另一端與輸出Lf2IOCf2Il濾波器連接。實(shí)施例I 6中，單相電路通過三角形或星形接法，依次得到三相工頻變壓器隔離的交流調(diào)壓器、三相工頻變壓器隔離的交流穩(wěn)壓器、三相工頻變壓器隔離的交流移相器、三相工頻變壓器隔離的正弦波逆變器、三相工頻變壓器隔離的正弦波變頻器、三相工頻變壓器隔離的電力電子變壓器。
權(quán)利要求
1.一種工頻變壓器隔 離的恒幅矢量交流調(diào)壓器，其特征在于該交流調(diào)壓器由電源的輸入電壓矢量(O，工頻隔離變壓器τ(2)，電力電子變換器a的正弦波輸出電壓矢量Uci (3)，當(dāng)^^與仏同相位，電力電子變換器b的正弦波輸出電壓矢量(4)，輸出到負(fù)載的輸出電壓矢量J0 (5)2相對(duì)于JciW相位差α ;并通過電力電子變換器電路、調(diào)壓器電路依次連接成整體。
2.如權(quán)利要求I所述工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器，其特征在于電力電子變換器電路一端接有工頻隔離變壓器Τ(2)和輸入Cfl(6)Lfl (7)濾波器，由主開關(guān)管 \ Τ8(8)構(gòu)成兩個(gè)背靠背的橋式變換器結(jié)構(gòu)，公共直流環(huán)上接有直流儲(chǔ)能電容器Cd。(9)，另一端與輸出Lf2(IO)Cf2(Il)濾波器連接。
3.如權(quán)利要求I所述工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器，其特征在于工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器電路由交流電源輸入到工頻隔離變壓器T的輸入繞組后，兩個(gè)輸出繞組分別與電力電子變換器a、b連接，由電力電子變換器a產(chǎn)生的輸出電壓Gci，由電力電子變換器b產(chǎn)生輸出電壓Ge2;保持GeJPde2的幅值不變，改變Ge2相對(duì)于Gei的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓即％ =dei+^2。
4.如權(quán)利要求I所述工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器的用途，其特征在于在電源電壓$和負(fù)載電壓仏間通過工頻變壓器T實(shí)現(xiàn)隔離，負(fù)載電壓的頻率和幅值都與電源電壓不相同，因此，該電路適合用作寬幅正弦波變頻器，其輸出電壓幅值、頻率均可調(diào)；或用作寬幅正弦波逆變器，其輸出電壓頻率固定，但與電源頻率不同；或用作帶隔離的交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)壓器、交流移相器、電力電子變壓器，這時(shí)輸出電壓頻率與電源電壓相同；在交流調(diào)壓器中，當(dāng)Us = UN，Un為額定電壓，不考慮電路壓降且η = I時(shí)，要求輸出電壓在(O ·1.2)*UN內(nèi)變化，那么α的調(diào)節(jié)范圍為180° 106. 26°。由于α >90°，電力電子變換器b從Ge2處吸收電能，通過工頻隔離變壓器T傳遞給電源和電力電子變換器a，從而把電能反饋回電網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工頻變壓器隔離的恒幅矢量交流調(diào)壓器，其特點(diǎn)是該交流調(diào)壓器由電源的輸入電壓矢量工頻隔離變壓器T(2)，電力電子變換器a的正弦波輸出電壓矢量當(dāng)與同相位，電力電子變換器b的正弦波輸出電壓矢量輸出到負(fù)載的輸出電壓矢量相對(duì)于的相位差α；并通過電力電子變換器電路、調(diào)壓器電路依次連接成整體。該發(fā)明適用于寬幅正弦波調(diào)壓的單相或三相有工頻變壓器隔離的交流調(diào)壓器、交流穩(wěn)壓器、交流移相器、正弦波逆變器、正弦波變頻器、電力電子變壓器。
文檔編號(hào)H02M5/44GK102638174SQ20121010339
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者劉紅萍, 張代潤 申請(qǐng)人:四川大學(xué)