專(zhuān)利名稱(chēng)：多層橋可控整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力電子技術(shù)領(lǐng)域的可控整流電路。
多層橋可控整流電路是用多條整流支路、多層橋觸發(fā)器和帶有多個(gè)抽頭的變壓器與現(xiàn)有技術(shù)中的可控整流電路結(jié)合而設(shè)計(jì)成的新的可控整流電路。
現(xiàn)有技術(shù)中半控橋、全控橋、半波可控整流、橋式整流后串有可控整流器件等可控整流電路廣泛使用在各種整流設(shè)備中，能輸出僅一層可控整流波形;本發(fā)明將上述一層可利用的波形分成多層，輸出逐層的半波或全波波形，并在此基礎(chǔ)上迭加相鄰高一層的可控整流波形。可取代現(xiàn)有技術(shù)中的可控整流電路，提高整流設(shè)備的性能。本發(fā)明的發(fā)明人于一九八九年四月一日以“多層橋可控整流裝置”申請(qǐng)實(shí)用新型專(zhuān)利。
本發(fā)明的目的是使用多層橋觸發(fā)器，按需要和一定的邏輯觸發(fā)可控整流器件和本發(fā)明新增的多條整流支路上的可控整流器件，使整流輸出在零到滿幅度的可調(diào)范圍內(nèi)，盡可能以接近完整半波或全波整流的方式工作，以求大幅度地提高功率因數(shù)、減少諧波成份、提高整流效率、降低紋波系數(shù)、節(jié)約電能和充分加大設(shè)備在中段幅度(應(yīng)該說(shuō)是設(shè)備的常用幅段)的負(fù)載能力。本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于直流電機(jī)的供電、電瓶充電、直流電焊機(jī)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、電鍍、電解、中頻電源、不間斷電源、電機(jī)調(diào)速、直流輸電、電車(chē)和電氣機(jī)車(chē)電源等一切需要可控整流的場(chǎng)合。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是在現(xiàn)有技術(shù)中的可控整流電路(包括半控橋、全控橋和橋式整流后串有可控整流器件及半波可控整流等電路)的基礎(chǔ)上，在整流變壓器次級(jí)整流線圈內(nèi)設(shè)計(jì)多個(gè)抽頭，以獲得多種可利用的電壓值;在這些多個(gè)實(shí)用的抽頭上，均有至少一條整流支路(整流支路指的是整流器件、可控整流器件、或它們的串并聯(lián)、或這些接法與電阻、電感、開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)等直流器件的串聯(lián)所形成的支路)與現(xiàn)有技術(shù)中選用的可控整流電路的輸出端相接;由于在整流線圈內(nèi)增加了多個(gè)抽頭，整流線圈的兩個(gè)端頭及這些新增的抽頭任意兩點(diǎn)都可通過(guò)選用的(現(xiàn)有技術(shù)中的)可控整流電路的整流器件和本發(fā)明新增的整流支路與輸出兩端構(gòu)成正向通路，觸發(fā)這些通路上的可控整流器件，就可以在輸出端得到輸出電壓，也就產(chǎn)生了多種可以利用的不同電壓值的整流波形，我們挑出一些需要實(shí)際使用的波形，從小到大排列，稱(chēng)之為層，并把形成該層輸出電壓的線圈及整流器件(包括新增的支路)稱(chēng)為該層通路上的器件。根據(jù)層數(shù)和輸出需要的不同，配置相應(yīng)的多層橋觸發(fā)器;多層橋觸發(fā)器除連接和觸發(fā)可控整流電路上的可控整流器件外，還連接和觸發(fā)每條整流支路上的可控整流器件;不同層數(shù)和不同輸出需要的多層橋觸發(fā)器發(fā)出觸發(fā)的時(shí)序和邏輯不同，原則是在每個(gè)半波內(nèi)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，使比所需要的輸出電壓低而最臨近一層的線圈通路上的可控整流器件始終導(dǎo)通，以形成一個(gè)完整的半波輸出波形，并能選擇一定的導(dǎo)通角觸發(fā)臨近高一層的線圈通路上的可控整流器件，以調(diào)節(jié)或達(dá)到從零至滿幅內(nèi)任何所需要的輸出電壓。我們把上述電路的綜合稱(chēng)為多層橋可控整流電路。同時(shí)也闡述了多層橋觸發(fā)器的含義，即在多層橋可控整流電路中，由于有多種可利用的電壓線圈，它們通過(guò)連接著的可控整流器件、新增的整流支路與輸出端構(gòu)成通路;多層橋觸發(fā)器在每個(gè)半波內(nèi)至少發(fā)出兩種觸發(fā)信號(hào)，一個(gè)使比所需輸出電壓低而最臨近的一層線圈通路上的可控整流器件始終導(dǎo)通，另一個(gè)信號(hào)能選擇一定的導(dǎo)通角觸發(fā)臨近高一層的線圈通路上的可控整流器件，使輸出在一個(gè)完整的半波波形上迭加臨近高一層的可控導(dǎo)通角輸出波形，以此調(diào)節(jié)或達(dá)到從零至滿幅度內(nèi)任何所需要的電壓輸出。這樣的觸發(fā)器稱(chēng)為多層橋觸發(fā)器。多層橋觸發(fā)器可以設(shè)計(jì)成開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)、也可以與反饋電路構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)，閉環(huán)調(diào)節(jié)又分恒壓型、恒流型、變化型和程控型。多層橋觸發(fā)器可以集成在一塊或多塊集成電路內(nèi)。
為進(jìn)一步闡明原理以一個(gè)輸出滿度為90伏的可控整流電路為例;將變壓器次級(jí)三等分設(shè)計(jì)2個(gè)抽頭，按本發(fā)明附圖(圖3)連接。則有三層可利用的電壓線圈分別為30伏、60伏、90伏。如果需要輸出這三種電壓之一，例如要輸出30伏，只要多層撟觸發(fā)器僅觸發(fā)最低一層線圈上的可控整流器件，就可得到30伏層完整的全波輸出波形，忽略變壓器本身漏感，功率因數(shù)為1，顯然比現(xiàn)有技術(shù)在90伏層控制導(dǎo)通角(以滿足輸出30伏同樣效果電壓)情形高得多，對(duì)電網(wǎng)反饋的諧波成份幾乎為零。又如要輸出50伏電壓，只要多層橋觸發(fā)器觸發(fā)比50伏低的臨近一層(30伏層)始終導(dǎo)通，形成30伏層的完整半波波形，不足部分在比這個(gè)電壓高的最臨近一層(60伏層)控制一定的導(dǎo)通角，就可以滿足輸出50伏電壓。這時(shí)功率因數(shù)雖然小于1，諧波成份也有一點(diǎn)，但比現(xiàn)有技術(shù)在90伏層控制導(dǎo)通角(以滿足輸出50伏)的情形，功率因數(shù)要高得多，諧波成份要少得多，紋波系數(shù)小得多，整流效率要高得多。
多層橋可控整流電路不限于單相，在三相中仍可使用，只要三套這種電路并聯(lián)輸出。有時(shí)為了解決可控整流器件等的耐壓、或擴(kuò)大功率等問(wèn)題，還可以多套多層橋可控整流電路串聯(lián)、并聯(lián)使用。
與現(xiàn)有可控整流技術(shù)相比，提高了整流電路的功率因數(shù)，極大減少了諧波污染、降低了紋波系數(shù)、提高了整流效率、有極好的節(jié)能效果。此外，由于多層次的多種組合，使電流在次級(jí)線圈內(nèi)流動(dòng)途徑、在整流器件上的分配均有多種變化，這就使整流設(shè)備在輸出幅度的中、低段范圍內(nèi)，有很強(qiáng)的負(fù)載能力，應(yīng)該說(shuō)，滿幅的40%～70%的中段幅度范圍是用戶(hù)常用區(qū)段，本發(fā)明在這些區(qū)段內(nèi)輸出電流幾乎都可以翻倍增長(zhǎng)，輸出功率增長(zhǎng)四倍，克服了現(xiàn)有可控整流設(shè)備最大輸出電流隨輸出電壓減小而減小的缺點(diǎn)。


如下圖1是本發(fā)明的基本電原理圖。這里多條整流支路全都是單向可控硅，它們都有一頭都接在半控橋的直流輸出端的正極，另一頭接在變壓器次級(jí)的相應(yīng)抽頭上。圖1中(S)是基準(zhǔn)電壓，(W)是可調(diào)的設(shè)定電壓、(Zo1)和(Zo2)是現(xiàn)有技術(shù)中的半控橋觸發(fā)單元，Z1～Zn是多層橋觸發(fā)器中每條整流支路上可控整流器件的觸發(fā)單元。所有這些觸發(fā)單元構(gòu)成了多層橋觸發(fā)器。
圖2是本發(fā)明中變壓器有2個(gè)抽頭的一種多層(三層)橋電路，這里多條整流支路指的是一個(gè)整流二極管(Zp)和二個(gè)單向可控硅(KP5)和(KP6)，它們的一頭接在變壓器相應(yīng)兩個(gè)抽頭上，另一頭分別接在全控橋的輸出正端和負(fù)端。多層(三層)橋觸發(fā)器未畫(huà)出。此圖不是最好的接法，只是作為一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的例子畫(huà)出來(lái)。
圖3中畫(huà)出了幾種可以選用的現(xiàn)有技術(shù)中的可控整流電路，(除一種全控橋外，另二種是橋式整流后串有可控硅的可控整流電路)還有一種半控橋已在圖1中畫(huà)出。另外，半波可控整流電路雖可選用，但不常用，也未畫(huà)出。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的可控整流波形(A)與本發(fā)明輸出波形(B)到(D)的對(duì)比。此圖畫(huà)了三層橋可控整流的波形。(B)是零伏起調(diào)的最低一層可控輸出波形;(C)是最低一層全導(dǎo)通迭加第二層可控導(dǎo)通角的波形;(D)是第一、二層全導(dǎo)通迭加第三層的可控導(dǎo)通角的波形。圖中有斜線的陰影部分為輸出有效的部分。
圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體方案，其優(yōu)點(diǎn)是觸發(fā)信號(hào)都有一個(gè)公共的極，即輸出的正端為觸發(fā)信號(hào)的公共極。
圖2還說(shuō)明，對(duì)應(yīng)變壓器次級(jí)的一個(gè)抽頭，可以有兩條整流支路與之連接。
本文中所指的整流器件可以是二極管、充氣二極管、真空二極管和可控整流器件。本發(fā)明所述可控整流器件可以是單向可控硅、雙向可控硅、真空閘流管等。
本發(fā)明所述的可控整流電路的直流輸出端，可以是正端，也可以是負(fù)端，并包括這些輸出端上可能串有的電阻、電感、開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)、直流表計(jì)等直流器件上的任意一點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.多層橋可控整流電路其特征是變壓器整流線圈兩端所連接的可控整流電路直流輸出端上，有多條整流支路與整流線圈的相應(yīng)多個(gè)抽頭相連接；有一個(gè)多層橋觸發(fā)器分別連接和觸發(fā)每條整流支路上的可控整流器件，以及連接和觸發(fā)可控整流電路上的可控整流器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的變壓器整流線圈其特征在于有多個(gè)任意圈數(shù)的抽頭，每個(gè)實(shí)用的抽頭至少有一條整流支路與直流輸出端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的可控整流電路可以是半控橋、全控橋、橋式整流后串有可控整流器件和半波可控整流電路中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1、2所述的整流支路其特征是包括有整流器件或可控整流器件，或是它們的串、并聯(lián);或這些接法與電阻、電感、開(kāi)關(guān)、表計(jì)、保險(xiǎn)等直流器件的串聯(lián)所形成的支路。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的多層橋觸發(fā)器其特征是每半波至少能發(fā)出兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)，一個(gè)連接和觸發(fā)逐層通路上的可控整流器件全導(dǎo)通，另一個(gè)可選擇一定的導(dǎo)通角連接和觸發(fā)相鄰高一層通路上的可控整流器件。
6.根據(jù)權(quán)利書(shū)1、5所述的多層橋觸發(fā)器可以集成在一塊或多塊集成電路內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1、2、3所述的可控整流電路的直流輸出端可以是輸出端的正極、也可以是負(fù)極;包括直流輸出端串有電阻、電感、開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)、表計(jì)等直流器件上的任意一點(diǎn)。
全文摘要
多層橋可控整流電路是在可控整流電路基礎(chǔ)上，將變壓器多抽頭，每個(gè)實(shí)用的抽頭通過(guò)整流器件與直流輸出端相連接。這就把最高輸出幅度分成多個(gè)可以利用的層次，選擇適當(dāng)?shù)目刂?，使整流設(shè)備從零至滿度范圍內(nèi)的任意點(diǎn)，以盡可能接近全波整流的方式工作，不足部分在相鄰高一層內(nèi)控制一定的導(dǎo)通角補(bǔ)之，取得大幅度提高功率因數(shù)和整流效率、降低紋波系數(shù)及諧波污染節(jié)約電能，同時(shí)還能提高設(shè)備在常用的中段輸出幅度的電流輸出能力。
文檔編號(hào)H02M7/162GK1051471SQ8910830
公開(kāi)日1991年5月15日 申請(qǐng)日期1989年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月31日
發(fā)明者羅贛如, 羅臨如 申請(qǐng)人:羅贛如, 羅臨如