本實(shí)用新型涉及交流調(diào)壓、穩(wěn)壓技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置及由其組成的補(bǔ)償式調(diào)壓裝置。

背景技術(shù)：

交流調(diào)壓器可分為電機(jī)型、變壓器型和電力電子器件型三大類，在變壓器型調(diào)壓器中，自耦調(diào)壓器、補(bǔ)償式自耦調(diào)壓器的應(yīng)用最為廣泛。

自耦調(diào)壓器的原理如圖1所示，由碳刷進(jìn)行接觸式滑動(dòng)，改變輸入線圈對(duì)輸出線圈的匝數(shù)比，可使輸出電壓連續(xù)平滑可調(diào)。然而，自耦調(diào)壓器具有原邊與副邊非電隔離、響應(yīng)速度慢、負(fù)載能力低、自損耗大、使用壽命短等缺點(diǎn)。

補(bǔ)償式自耦調(diào)壓器如圖2所示，在負(fù)載和電源之間串聯(lián)一個(gè)變壓器，提供一個(gè)補(bǔ)償電壓ΔU。該變壓器的初級(jí)繞組由自耦調(diào)壓器供電，次級(jí)繞組串接在負(fù)載與電源之間，通過電刷的滑動(dòng)改變串聯(lián)變壓器原邊繞組電壓的大小和極性，從而改變補(bǔ)償電壓ΔU的大小和極性，達(dá)到調(diào)壓的目的。與自耦調(diào)壓器相比，補(bǔ)償式自耦調(diào)壓器負(fù)載能力雖然大幅度提高，但是，由于自耦變壓器的存在，原邊與副邊非電隔離、響應(yīng)速度慢、自損耗大、工作壽命短等缺點(diǎn)依然存在。無觸點(diǎn)補(bǔ)償式自耦調(diào)壓器如圖3所示，與圖2所示的區(qū)別在于將接觸滑動(dòng)式調(diào)節(jié)改為無觸點(diǎn)開關(guān)有級(jí)式調(diào)節(jié)，其優(yōu)點(diǎn)在于提高了調(diào)節(jié)的快速性、延長(zhǎng)了使用壽命，然而，由于仍然采用自耦變壓器，原邊與副邊非電隔離、自損耗大等缺點(diǎn)依然存在，同時(shí)還出現(xiàn)了一個(gè)突出的缺點(diǎn)，即由于調(diào)節(jié)檔位有限，調(diào)節(jié)精度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的首要目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)原邊與副邊徹底的電隔離、負(fù)載能力大幅度提高、自損耗大大降低，響應(yīng)速度快、工作壽命長(zhǎng)的脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：一種脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置，該裝置由變壓器TT、斬波控制電路和濾波電路組成，所述斬波控制電路包括斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂，所述濾波電路包括電抗器L和電容器C，所述變壓器TT的原邊繞組接輸入電壓U_in，所述變壓器TT的副邊繞組的兩端分別接斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂的一端，斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂的另一端相連后接電抗器L的一端，電抗器L的另一端與電容器C相連，電容器C的兩端作為濾波電路的輸出端，其輸出電壓為U_o。

所述斬控開關(guān)K₁包括IGBT晶體管Q₁₁、二極管D₁₁和IGBT晶體管Q₁₂、二極管D₁₂，所述續(xù)流開關(guān)K₂包括IGBT晶體管Q₂₁、二極管D₂₁和IGBT晶體管Q₂₂、二極管D₂₂，所述電抗器L由電抗器L₁和電抗器L₂組成；所述IGBT晶體管Q₁₁的集電極接變壓器TT的副邊繞組的一端，變壓器TT的副邊繞組的另一端接IGBT晶體管Q₁₂的集電極，IGBT晶體管Q₁₁的發(fā)射極分別與IGBT晶體管Q₂₁的發(fā)射極、電抗器L₁的一端相連，IGBT晶體管Q₁₂的發(fā)射極分別與IGBT晶體管Q₂₂的發(fā)射極、電抗器L₂的一端相連，IGBT晶體管Q₂₁的集電極與IGBT晶體管Q₂₂的集電極相連，電抗器L₁的另一端接電容器C的一端，電抗器L₂的另一端接電容器C的另一端；IGBT晶體管Q₁₁、IGBT晶體管Q₁₂、IGBT晶體管Q₂₁和IGBT晶體管Q₂₂的門極接計(jì)算機(jī)控制端口發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

所述斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂為互補(bǔ)斬控開關(guān)，斬控開關(guān)K₁閉合時(shí)，續(xù)流開關(guān)K₂斷開；斬控開關(guān)K₁斷開時(shí)，續(xù)流開關(guān)K₂閉合續(xù)流。

所述IGBT晶體管Q₁₁的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₁₁，所述二極管D₁₁的陰極接IGBT晶體管Q₁₁的集電極，所述二極管D₁₁的陽極接IGBT晶體管Q₁₁的發(fā)射極；所述IGBT晶體管Q₁₂的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₁₂，所述二極管D₁₂的陰極接IGBT晶體管Q₁₂的集電極，所述二極管D₁₂的陽極接IGBT晶體管Q₁₂的發(fā)射極；所述IGBT晶體管Q₂₁的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₂₁，所述二極管D₂₁的陰極接IGBT晶體管Q₂₁的集電極，所述二極管D₂₁的陽極接IGBT晶體管Q₂₁的發(fā)射極；所述IGBT晶體管Q₂₂的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₂₂，所述二極管D₂₂的陰極接IGBT晶體管Q₂₂的集電極，所述二極管D₂₂的陽極接IGBT晶體管Q₂₂的發(fā)射極。

本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種補(bǔ)償式調(diào)壓裝置，該裝置包括如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置、補(bǔ)償變壓器TB、第一組雙刀開關(guān)和第二組雙刀開關(guān)，所述第一組雙刀開關(guān)由開關(guān)KF1和開關(guān)KF2組成，所述第二組雙刀開關(guān)由開關(guān)KZ1和開關(guān)KZ2組成，所述脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的輸入端C端和輸入端D端之間接輸入電壓U_in，輸入端C端與補(bǔ)償變壓器TB的副邊繞組的一端相連，補(bǔ)償變壓器TB的副邊繞組的另一端B端和脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的D端引出線N端共同作為該裝置的電壓輸出端，輸出電壓U_out；脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的其一輸出端E端一方面通過開關(guān)KF1接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端F端，另一方面通過開關(guān)KZ1接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端G端，脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的另一輸出端H端一方面通過開關(guān)KF2接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端G端，另一方面通過開關(guān)KZ2接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端F端。

所述輸出電壓U_out＝U_in+ΔU，其中，ΔU為輸入端C端、補(bǔ)償變壓器TB的副邊繞組的B端之間的補(bǔ)償電壓，即補(bǔ)償變壓器TB的副邊電壓，其大小與原邊電壓成比例關(guān)系；補(bǔ)償變壓器TB原邊電壓的大小由脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的控制脈沖寬度決定；補(bǔ)償極性由第一組雙刀開關(guān)和第二組雙刀開關(guān)決定：當(dāng)開關(guān)KZ1、開關(guān)KZ2閉合，開關(guān)KF1、開關(guān)KF2斷開時(shí)，為正補(bǔ)償，U_out>U_in；當(dāng)開關(guān)KZ1、KZ2斷開，開關(guān)KF1、KF2閉合時(shí)，為負(fù)補(bǔ)償，U_out<U_in；當(dāng)開關(guān)KZ1、KZ2閉合，開關(guān)KF1、KF2閉合時(shí)，為零補(bǔ)償，U_out＝U_in。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，本實(shí)用新型采用變壓器TT，實(shí)現(xiàn)原邊繞組與副邊繞組徹底的電隔離、負(fù)載能力大幅度提高、自損耗大大降低；第二，采用計(jì)算機(jī)端口發(fā)出的圖6所示的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)精準(zhǔn)調(diào)壓、響應(yīng)速度快；第三，斬控開關(guān)和續(xù)流開關(guān)采用大功率電力電子開關(guān)器件，工作壽命大幅度延長(zhǎng)；第四，由脈寬調(diào)制交流斬控裝置組成的補(bǔ)償式調(diào)壓裝置，具有負(fù)載能力強(qiáng)、自損耗低、精準(zhǔn)調(diào)壓穩(wěn)壓、響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為接觸滑動(dòng)式自耦調(diào)壓器的電路原理圖；

圖2為補(bǔ)償式自耦交流調(diào)壓器的電路原理圖；

圖3為無觸點(diǎn)補(bǔ)償式自耦交流調(diào)壓器的電路原理圖；

圖4為本實(shí)用新型中脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的等效電路圖；

圖5為本實(shí)用新型中脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的電路原理圖；

圖6為本實(shí)用新型中IGBT晶體管Q₁₁、IGBT晶體管Q₁₂、IGBT晶體管Q₂₁、IGBT晶體管Q₂₂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖；

圖7為本實(shí)用新型中補(bǔ)償式調(diào)壓裝置的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖4所示，一種脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置，該裝置由變壓器TT、斬波控制電路和濾波電路組成，所述斬波控制電路包括斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂，所述濾波電路包括電抗器L和電容器C，所述變壓器TT的原邊繞組接輸入電壓U_in，所述變壓器TT的副邊繞組的兩端分別接斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂的一端，斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂的另一端相連后接電抗器L的一端，電抗器L的另一端與電容器C相連，電容器C的兩端作為濾波電路的輸出端，其輸出電壓為U_o。所述斬控開關(guān)K₁和續(xù)流開關(guān)K₂為互補(bǔ)斬控開關(guān)，斬控開關(guān)K₁閉合時(shí)，續(xù)流開關(guān)K₂斷開；斬控開關(guān)K₁斷開時(shí)，續(xù)流開關(guān)K₂閉合續(xù)流。

如圖5所示，所述斬控開關(guān)K₁包括IGBT晶體管Q₁₁、二極管D₁₁和IGBT晶體管Q₁₂、二極管D₁₂，所述續(xù)流開關(guān)K₂包括IGBT晶體管Q₂₁、二極管D₂₁和IGBT晶體管Q₂₂、二極管D₂₂，所述電抗器L由電抗器L₁和電抗器L₂組成；所述IGBT晶體管Q₁₁的集電極接變壓器TT的副邊繞組的一端，變壓器TT的副邊繞組的另一端接IGBT晶體管Q₁₂的集電極，IGBT晶體管Q₁₁的發(fā)射極分別與IGBT晶體管Q₂₁的發(fā)射極、電抗器L₁的一端相連，IGBT晶體管Q₁₂的發(fā)射極分別與IGBT晶體管Q₂₂的發(fā)射極、電抗器L₂的一端相連，IGBT晶體管Q₂₁的集電極與IGBT晶體管Q₂₂的集電極相連，電抗器L₁的另一端接電容器C的一端，電抗器L₂的另一端接電容器C的另一端；IGBT晶體管Q₁₁、IGBT晶體管Q₁₂、IGBT晶體管Q₂₁和IGBT晶體管Q₂₂的門極接計(jì)算機(jī)控制端口發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

如圖5所示，所述IGBT晶體管Q₁₁的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₁₁，所述二極管D₁₁的陰極接IGBT晶體管Q₁₁的集電極，所述二極管D₁₁的陽極接IGBT晶體管Q₁₁的發(fā)射極；所述IGBT晶體管Q₁₂的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₁₂，所述二極管D₁₂的陰極接IGBT晶體管Q₁₂的集電極，所述二極管D₁₂的陽極接IGBT晶體管Q₁₂的發(fā)射極；所述IGBT晶體管Q₂₁的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₂₁，所述二極管D₂₁的陰極接IGBT晶體管Q₂₁的集電極，所述二極管D₂₁的陽極接IGBT晶體管Q₂₁的發(fā)射極；所述IGBT晶體管Q₂₂的集電極和發(fā)射極之間跨接二極管D₂₂，所述二極管D₂₂的陰極接IGBT晶體管Q₂₂的集電極，所述二極管D₂₂的陽極接IGBT晶體管Q₂₂的發(fā)射極。二極管D₁₁、二極管D₁₂、二極管D₂₁、二極管D₂₂均為反并聯(lián)二極管，當(dāng)電流與IGBT晶體管的方向相反時(shí)，電流流過反并聯(lián)二極管；當(dāng)電流與IGBT晶體管方向相同，且IGBT晶體管導(dǎo)通時(shí)，電流流過IGBT晶體管。

IGBT晶體管Q₁₁、二極管D₁₁、IGBT晶體管Q₁₂、二極管D₁₂作為斬波開關(guān)，通過脈寬調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，起調(diào)節(jié)E、H間電壓幅值的作用；IGBT晶體管Q₂₁、二極管D₂₁、IGBT晶體管Q₂₂、二極管D₂₂為續(xù)流開關(guān)，在斬波開關(guān)關(guān)閉時(shí)導(dǎo)通，起調(diào)續(xù)流作用。它們的脈寬調(diào)制控制信號(hào)如圖6所示，控制脈沖寬度即可實(shí)現(xiàn)E、H間電壓幅值的調(diào)節(jié)，其工作模式由電壓極性決定。當(dāng)U_in為正半波時(shí)，對(duì)IGBT晶體管Q₁₁進(jìn)行脈寬調(diào)制斬波、IGBT晶體管Q₂₁與IGBT晶體管Q₁₁互補(bǔ)導(dǎo)通，起續(xù)流作用、IGBT晶體管Q₁₂和IGBT晶體管Q₂₂導(dǎo)通，可提高轉(zhuǎn)換效率；當(dāng)U_in為負(fù)半波時(shí),對(duì)IGBT晶體管Q₁₂進(jìn)行脈寬調(diào)制斬波、IGBT晶體管Q₂₂與IGBT晶體管Q₁₂互補(bǔ)導(dǎo)通，起續(xù)流作用、IGBT晶體管Q₁₁和IGBT晶體管Q₂₁導(dǎo)通可提高轉(zhuǎn)換效率。

如圖7所示，一種補(bǔ)償式調(diào)壓裝置，該裝置包括脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置、補(bǔ)償變壓器TB、第一組雙刀開關(guān)和第二組雙刀開關(guān)，所述第一組雙刀開關(guān)由開關(guān)KF1和開關(guān)KF2組成，所述第二組雙刀開關(guān)由開關(guān)KZ1和開關(guān)KZ2組成，所述脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的輸入端C端和輸入端D端之間接輸入電壓U_in，輸入端C端與補(bǔ)償變壓器TB的副邊繞組的一端相連，補(bǔ)償變壓器TB的副邊繞組的另一端B端和脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的D端引出線N端共同作為該裝置的電壓輸出端，輸出電壓U_out；脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的其一輸出端E端一方面通過開關(guān)KF1接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端F端，另一方面通過開關(guān)KZ1接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端G端，脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的另一輸出端H端一方面通過開關(guān)KF2接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端G端，另一方面通過開關(guān)KZ2接補(bǔ)償變壓器TB的原邊繞組的一端F端。

所述輸出電壓U_out＝U_in+ΔU，其中，ΔU為輸入端C端、補(bǔ)償變壓器TB的副邊繞組的B端之間的補(bǔ)償電壓，即補(bǔ)償變壓器TB的副邊電壓，其大小與原邊電壓成比例關(guān)系；補(bǔ)償變壓器TB原邊電壓的大小由脈寬調(diào)制交流斬控調(diào)壓裝置的控制脈沖寬度決定；補(bǔ)償極性由第一組雙刀開關(guān)和第二組雙刀開關(guān)決定：當(dāng)開關(guān)KZ1、開關(guān)KZ2閉合，開關(guān)KF1、開關(guān)KF2斷開時(shí)，為正補(bǔ)償，U_out>U_in；當(dāng)開關(guān)KZ1、KZ2斷開，開關(guān)KF1、KF2閉合時(shí)，為負(fù)補(bǔ)償，U_out<U_in；當(dāng)開關(guān)KZ1、KZ2閉合，開關(guān)KF1、KF2閉合時(shí)，為零補(bǔ)償，U_out＝U_in。

綜上所述，本實(shí)用新型采用變壓器TT，實(shí)現(xiàn)原邊繞組與副邊繞組徹底的電隔離、負(fù)載能力大幅度提高、自損耗大大降低；采用計(jì)算機(jī)端口發(fā)出圖6所示的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無級(jí)精準(zhǔn)調(diào)壓、響應(yīng)速度快；斬控開關(guān)和續(xù)流開關(guān)采用大功率電力電子開關(guān)器件，工作壽命大幅度延長(zhǎng)；由脈寬調(diào)制交流斬控裝置組成的補(bǔ)償式調(diào)壓裝置，具有負(fù)載能力強(qiáng)、自損耗低、精準(zhǔn)調(diào)壓穩(wěn)壓、響應(yīng)速度快、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。