專利名稱：可控硅變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種靜止的可控硅變流器系統(tǒng)。
現(xiàn)有地可控硅變流器都只能產(chǎn)生滯后電流。因此功率因數(shù)都很低。而本實(shí)用新型所提出的自然換流方法改變了這種狀態(tài)，能使變流器產(chǎn)生超前的電流。
本實(shí)用新型的目的1.作為逆變器用于交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，能使整個(gè)串調(diào)系統(tǒng)得到很高的功率因數(shù)。2.作為整流器用于可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)，能在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都得到超前電流，用來補(bǔ)償其它用電裝置的滯后功率因數(shù)。因此本實(shí)用新型能徹底克服以往可控硅變流器在深控時(shí)功率因數(shù)很低的缺陷，取得很好的節(jié)電效果，并能減少設(shè)備投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。
國內(nèi)外已投入使用的交流電機(jī)串調(diào)系統(tǒng)，功率因數(shù)很低，例如上海第一鋼鐵廠1900千瓦設(shè)備軋管機(jī)系統(tǒng)，實(shí)測(cè)總功率因數(shù)只有0.4。(參閱文獻(xiàn)1)美國、加拿大于1981年、用由8只可控硅組成的三相四線制系統(tǒng)作為串調(diào)用逆變器，功率因數(shù)最高達(dá)0.7(參閱文獻(xiàn)2)。1984年國內(nèi)上海同濟(jì)大學(xué)與上海電器成套廠利用日本提出的原理制成的串調(diào)設(shè)備，功率因數(shù)最高達(dá)0.75(參閱文獻(xiàn)3)。它的逆變器換流波形在B＝30，其逆變電壓的調(diào)整是靠斬波器來完成，上述二種成果，雖然改進(jìn)了傳統(tǒng)的交流電機(jī)串調(diào)線路用的逆變器，達(dá)到了提高功率因數(shù)的目的，但都存在一個(gè)根本性的困難，那就是他們用的逆變器流過的都是滯后電流，因此以往在串調(diào)系統(tǒng)中由于交流電機(jī)的定子電流是滯后電流，逆變器電流又是滯后電流，其矢量的合成使整個(gè)串調(diào)系統(tǒng)的功率因數(shù)變得很低，一般在0.1～0.55之間。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，在任何的可控硅變流器電路中，只要增加一組二極管組成的整流橋，一組變壓器輸出繞組和一個(gè)斬波環(huán)節(jié)，三者構(gòu)成一個(gè)抑止電壓換流輔助橋，對(duì)全電路進(jìn)行調(diào)試后就能使這個(gè)可控硅變流器，全部產(chǎn)生超前電流。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明附

圖1是本實(shí)用新型用作于交流電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)作為逆變器的電氣原理圖。
附圖2是本實(shí)用新型作為逆變器的換流電壓波形以及對(duì)應(yīng)的各種波形圖。UN是逆變器換流電壓波形(粗線條)。MS是可控硅觸發(fā)脈沖波形。UAW是A相電壓相位。MPP是PP導(dǎo)通時(shí)電壓波形。IAS是A相超前電流波形。IAWS是A相電流相位中心線。
附圖3是本實(shí)用新型用作于直流電機(jī)調(diào)整系統(tǒng)作為整流器的電氣原理圖。
附圖4是本實(shí)用新型作為整流器的換流電壓波形以及對(duì)應(yīng)的各種波形圖。UL是整流器換流電壓波形(粗線條)。
圖1上D是線繞轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)，L是電抗器，V7～V12六個(gè)二級(jí)管組成的整流橋把D的轉(zhuǎn)子電勢(shì)整流為直流。TN1是逆變變壓器第一組付繞組及三個(gè)可控硅SCRA、SCRB、SCRC組成可控硅逆變器。V1～V6六個(gè)二極管組成一個(gè)整流橋，TN2逆變變壓器第二組付繞組，PP是一個(gè)斬波環(huán)節(jié)(用功率三極管或可控硅)三者構(gòu)成一個(gè)抑止電壓換流輔助橋，它是本實(shí)用新型的特征部份。三個(gè)可控硅接成三相零式線路，SF是通用可控硅觸發(fā)移相板，采用它來解決它們的觸發(fā)和移相，同時(shí)利用這三相觸發(fā)脈沖，再通過AP是狹脈沖形成板輸出狹脈沖來控制PP的導(dǎo)通和關(guān)斷，AD，BD，CD是三相同步變壓器輸出的電源。
從圖2可看出在t0、t1時(shí)刻，D的轉(zhuǎn)差電勢(shì)首先克服SCRA的反電勢(shì)，才能有逆變電流通過逆變變壓器付繞組，A相逆變回電網(wǎng)，和t1時(shí)刻，PP導(dǎo)通輸出電壓，由于W點(diǎn)電位(是由V1～V6整流出的直流電壓)比A相電壓(t1時(shí)電位)高，因此PP導(dǎo)通可以把SCRA關(guān)斷。在t＋1時(shí)刻PP關(guān)斷，此時(shí)SCRB已有觸發(fā)脈沖存在，所以SCRB導(dǎo)通，主回路換流到SCRB，在t＋1、t2時(shí)刻電流流過逆變器B相，能量反饋回電網(wǎng)，在t2時(shí)刻PP又導(dǎo)通，使SCRB關(guān)斷，在t＋2時(shí)刻PP關(guān)斷，此時(shí)SCRC導(dǎo)通，主回路換流到SCRC，在t＋2t3時(shí)刻電流流過逆變器C相，能量反饋回電網(wǎng)，這樣周而復(fù)始循環(huán)工作。
在t0、t1時(shí)刻逆變器工作，主回路電流經(jīng)回路M→TN1的A相繞組→SCRA→W→L→N→D的轉(zhuǎn)子回路→M。在t1時(shí)PP導(dǎo)通，這時(shí)主回路電流經(jīng)回路TN2的A相繞組→V1→PP→W→L→N→D的轉(zhuǎn)子回路→M→V6→TN2的C相繞組。在PP導(dǎo)通時(shí)逆變器回路SCRA只流過極少數(shù)電流。所以換流輔助電路的抑止電壓把SCRA關(guān)斷，換流到SCRB。
三相可控硅的觸發(fā)脈沖移動(dòng)能使t0、t1、t2、t3……tN的位置移動(dòng)，通過這方法來調(diào)節(jié)逆變電壓使電動(dòng)機(jī)調(diào)速，調(diào)節(jié)調(diào)速電位器WT就可達(dá)到調(diào)速的目的。
從圖2的電流座標(biāo)中可以看出A相電流相位超前A相電壓相位一個(gè)角度，因此這種換流方法得到的確是超前電流。
圖3上SD是直流電動(dòng)機(jī)。L是電抗器，TN1是整流變壓器的第第一組付繞組及三個(gè)可控硅SCRA、SCRB、SCRC組成可控硅整流器V1～V6六個(gè)二極管組成一個(gè)整流橋，TN2是整流變壓的第二組付繞組，PP是一個(gè)斬波環(huán)節(jié)(用功率三極管或可控硅)三者構(gòu)成一個(gè)抑止電壓換流輔助橋，三個(gè)可控硅接成三相零式線路，采用SF通用可控硅觸發(fā)移相板來解決它們的觸發(fā)和移相，又利用這三相觸發(fā)脈沖通過AP狹脈沖形成板輸出狹脈沖來控制PP的通和斷。
從圖4可看出t＋0t1時(shí)刻內(nèi)SCRA可控硅導(dǎo)通，在t1時(shí)，PP導(dǎo)通此時(shí)由于W點(diǎn)電位比t1時(shí)的A相電位高，SCRA故被關(guān)斷，這時(shí)電流路徑為TN2的A相繞組→V1→PP→W→L→N′←SD←M←V6←TN2C相繞組，在t＋1時(shí)PP關(guān)斷，由于SCRB觸發(fā)脈沖已存在，所以SCRB導(dǎo)通，主回路電流由SCRA換流到SCRB，在t＋1t2時(shí)刻內(nèi)主回路電流由TN1B相繞組→SCRB→W→L→N→SD→M，同理在t＋2時(shí)，又換流到SCRC。
三相可控硅的觸發(fā)脈沖移動(dòng)能使t0、t1、t2、t3……tM的位置移動(dòng)，通過這方法來調(diào)節(jié)整流電壓，使直流電機(jī)調(diào)速，因此調(diào)節(jié)WT移相電位器，可達(dá)到調(diào)速的目的。
由于在圖4的座標(biāo)中可看出電流總是超前電壓，故整流器的功率因數(shù)總是超前的。越是深控時(shí)，越是超前，在電網(wǎng)中所起補(bǔ)償滯后的功率因數(shù)作用越大。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)(一)作為逆變器用于交流電機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)與目前國內(nèi)最好線路來比較，由于本實(shí)用新型的逆變器產(chǎn)生的逆變電流是超前電流。所以一定比其它產(chǎn)生滯后電流的逆變器功率因數(shù)要高得多，并且本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，增加的元件較少，所以可靠性高。(二)作為整流器用于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)與目前國內(nèi)外最好線路來比較。其它的整流器用于直流調(diào)速，它的功率因數(shù)最高為0.955，一般在0.9左右，在深控時(shí)(即速比超過15時(shí))功率因數(shù)只有0.1～0.3左右。而本實(shí)用新型的整流器用于直流調(diào)速，它總是產(chǎn)生超前電流，因此整個(gè)調(diào)速范圍，功率因數(shù)都是超前的，特別是在深控時(shí)，電流愈是超前。所以它除了可用作直流電機(jī)無級(jí)調(diào)速而它的超前電流又可補(bǔ)償電網(wǎng)滯后電流。對(duì)電網(wǎng)有顯著的節(jié)能效果，對(duì)節(jié)電設(shè)備投資又可大大減少。
參考文獻(xiàn)(1)、“電氣牽引”1982年第3期(39～52頁)(2)、美國專利 專利號(hào)4156896，加拿大專利專利號(hào)1145－395(3)、可控硅交流串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 交通大學(xué)出版社1986年版
權(quán)利要求1.本可控硅變流器，由可控硅、二級(jí)管、變壓器和PP裝置(斬波環(huán)節(jié))等組成，其特征是在它的二個(gè)直流端。并聯(lián)一個(gè)由變壓器繞組和二極管組成的全控整流橋，以及斬波環(huán)節(jié)(由功率三極管或可控硅)構(gòu)成的抑制電壓換流輔助橋，使可控硅變流器產(chǎn)生超前電流。
2.如權(quán)利要求1所述的變流器，其特征在于它可以是單相、二相或三相電源以及接成零式、半控橋式或全控橋式。
專利摘要本實(shí)用新型是一種靜止的可控硅變流器，由可控硅、二極管、變壓器和斬波環(huán)節(jié)等組成。它提出的自然換流方法改變了可控硅變流器只能產(chǎn)生滯后電流的狀態(tài)，從而能使它產(chǎn)生超前電流。它作為逆變器可用于交流電機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，比普通的逆變器功率因數(shù)要高得多，并且結(jié)構(gòu)簡單，增加的元件較少，所以可靠性高，它作為整流器可用于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，它總是產(chǎn)生超前電流，整個(gè)調(diào)速范圍功率因數(shù)都是超前的。
文檔編號(hào)H02M1/06GK2065799SQ8921148
公開日1990年11月14日 申請(qǐng)日期1989年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月1日
發(fā)明者陳廣豐, 方江尨, 倪光星 申請(qǐng)人:陳廣豐