專利名稱：復(fù)式可控整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將交流電變換成直流電的可控整流電路及應(yīng)用它設(shè)計制造的高功因數(shù)的減材節(jié)能可控整流設(shè)備。[ 二 ]背景技術(shù)已有的可控整流電路不論單相還是多相只有半波、全波和橋式三種基本類型，已有的可控整流電路它們只在最高輸出電壓時才有一個最佳功率因數(shù)點(diǎn)，輸出電壓越低，整流電路功率因數(shù)越低，輸出電流越小，諧波電壓越大，效率也越低。因此，用已有可控整流電路設(shè)計制造整流設(shè)備，為使其在調(diào)低電壓時能夠輸出額定電流，就必須加大整流變壓器和器件的容量，制造可控整流設(shè)備時就很費(fèi)材料，使用可控整流設(shè)備時就很費(fèi)電，并對電網(wǎng)造成嚴(yán)重諧波電流污染。半波和全波兩種可控整流電路其主要特征在于整流繞組中流過的電流是單向的， 而橋式可控整流電路其特征在于整流繞組中流過的電流是雙向的，并且是正負(fù)對稱的。發(fā)明人將橋式和全波兩種可控整流電路創(chuàng)造性結(jié)合在一起的可控整流電路稱為“橋全可控整流電路”，將橋式和半波兩種可控整流電路創(chuàng)造性相結(jié)合的可控整流電路稱為“橋半可控整流電路”，本發(fā)明提出將多個橋式可控整流創(chuàng)造性相結(jié)合的可控整流電路稱為“復(fù)式可控整流電路”，或“橋橋可控整流電路”，其特征在于流過整流繞組中的電流是雙向的，并且是正負(fù)對稱的，它有多個最佳功率因數(shù)點(diǎn)。CN8710554A專利公告中公開了同一發(fā)明人發(fā)明的橋式與全波相結(jié)合的“橋全可控整流電路”。它有兩個最佳功率因數(shù)點(diǎn)，一個在最高電壓點(diǎn)，另一個在50%輸出最高電壓點(diǎn)， 它們是固定不能變的。橋全可控整流電路實(shí)際上也是一種全波和橋式相結(jié)合的復(fù)式可控整流電路。CN1021512C授權(quán)公告號公開了同一發(fā)明人發(fā)明的橋式與半波相結(jié)合的“橋半可控整流電路”它實(shí)際上也是一種“復(fù)式可控整流電路”。它有多個最佳功率因數(shù)點(diǎn)，一個在最高電壓點(diǎn)，其它一個或多個在輸出電壓中間值，中間值只有一個最佳功率因數(shù)點(diǎn)的橋半可控整流電路，它不但包括了在50%輸出最高電壓點(diǎn)的橋全可控整流電路，而且可實(shí)現(xiàn)將這個最佳功率因數(shù)點(diǎn)可以上、下移動，其不足之處在于上下移動中間一個最佳功率因數(shù)點(diǎn)時， 整流繞組必需有三個中間抽頭和二個端頭。本發(fā)明的多個橋式可控整流電路創(chuàng)造性相結(jié)合的“復(fù)式可控整流電路”就彌補(bǔ)了這個不足之處，復(fù)式可控整流電路中間只有一個最佳一個功率因數(shù)點(diǎn)在任何值時，其整流變壓器次級繞組僅有一個中間抽頭和二個端頭。同時整流次級繞組中有幾個中間抽頭，輸出電壓中間值就有幾個中間最佳功率因數(shù)點(diǎn)，本發(fā)明的復(fù)式可控整流電路最佳功率因數(shù)點(diǎn)的總數(shù)量為(1+n)，其中n為中間抽頭數(shù)量。單相橋式可控整流電路是教科書上性能最好的單相可控整流電路，也是電力電子教科書上介紹得最多的相控整流電路，也是社會上應(yīng)用最為廣泛的相控整流電路。只有一個最佳功率因數(shù)點(diǎn)和一個最高輸出電壓點(diǎn)，并且最佳功率因數(shù)點(diǎn)一定在最高輸出點(diǎn)上，它們在調(diào)低輸出電壓時，存在著功率因數(shù)低、輸出電流小、諧波和損耗大、效率低等一系列的問題，以前使用它來設(shè)計制造橋式可控整流設(shè)備，為保證在電壓調(diào)低到最高電壓的二分之一或三分之一時能輸出額定輸出電流，就必需將整流變壓器的容量和整流器件的容量增加 I. 4倍和2倍以上。這對于要求大范圍調(diào)節(jié)輸出直流電壓的可控整流設(shè)備來說，為保證能在調(diào)壓范圍內(nèi)能輸出額定電流，就必需將整流變壓器容量和整器件的容量增大I. 4-2. O倍， 這不但在制造裝置時浪費(fèi)很多材料，在使用裝置時浪費(fèi)很多電能，也給電網(wǎng)造成造成嚴(yán)重諧波污染。本發(fā)明的多個橋控電路創(chuàng)造性相結(jié)合的復(fù)式可控整流電路就是為了解決這個問題。{三}發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個目的在于提供一種減少整流變壓器容量，堤高功率因數(shù)和高效率，諧波少，在調(diào)壓范圍具有多個最佳功率因數(shù)點(diǎn)的橋式與橋式相結(jié)合的“復(fù)式可控整流電路”。本發(fā)明的第二個目的用它來設(shè)計制造高功率因數(shù)的可控整流設(shè)備和調(diào)低電壓輸出直流電流可以增大的可控整流設(shè)備。本發(fā)明的第三個目的在于提供一種比西安交大編寫的《電力電子技術(shù)》第5版教科書第80-83頁上“多重聯(lián)結(jié)電路順序控制”更為優(yōu)秀的高功率因數(shù)、節(jié)能、節(jié)材電路，便于在今后教學(xué)中而取代之。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種將單相交流電轉(zhuǎn)換成直流電的單相可控整流電路，它包括a) —個整流變壓器，其初級繞組用于連至一交流電源，其次級繞組具有3個或3個以上引出頭，包括I個或多個中間引出頭，端部引出頭；，b)多個整流器件，其特征在于，所述多個整流器件包括多個第一整流器件，每一器件有一導(dǎo)通狀態(tài)和不導(dǎo)通狀態(tài)， 其陰極均連接在一個輸出正端，而其陽極用于分別連接所述次級繞組的引出頭，多個第二整流器件，每一器件有一導(dǎo)通狀態(tài)和不導(dǎo)通狀態(tài)，其陽極均連接在一個輸出負(fù)端，而其陰極用于分別連接所述次級繞組的引出頭，其中，一個引出頭連接一個所述的第一整流器件和一個所術(shù)的第二整流器件，多個第一和第二整流器件應(yīng)被控制成使至少一個連接某個具有一定電勢的引出頭的第一整流器件到至少一個連接某個具有較高電勢的第二整流器件同時導(dǎo)通，從而使所述輸出端兩端之間輸出上述兩個引出頭之間的電勢差，通過選擇連接在不同引出頭上的至少一個第一整流器件和至少一個第二整流器件并使它們同時導(dǎo)通，或者改變它們導(dǎo)通時間在所述兩個輸出端之間輸出不同值但有相同極性的整流電壓。第一整流器件的數(shù)量、第二整流器件的數(shù)量和整流變壓器次級繞組引出頭總數(shù)量三者相等。第一整流器件和第二整流器件全部是可控整流器件，或所有整流器件只有一個第一整流器件和一個第二整流器件是非可控器件，并且它們的陰極和陽極與變壓器次級繞組的一個引出端頭三點(diǎn)相連，其它整流器件全是可控整流器件。第一輸出端和第二輸出端之間的輸出電壓是由特殊觸發(fā)電路控制調(diào)節(jié)，特殊觸發(fā)電路是一個在同一周期內(nèi)有相位差的多個單相橋式可控整流電路的觸發(fā)電路組成。上述發(fā)明由整流變壓器(B)、多個整流器件(包括晶閘管和二極整流管)、第一輸出端(9)、第二輸出端(10)和觸發(fā)控制電路組成。整流變壓器次級繞組中間有幾個引出抽頭，其輸出電壓中間值就有幾個中間最佳功率因數(shù)點(diǎn)。第一輸出端(9)連接的整流器件器 (Vl)的數(shù)量和第二輸出端(10)連接的整流器件(V2)的數(shù)量與變壓器次級引出頭總數(shù)量三者相等。[四]


附圖I是本發(fā)明的單相5層復(fù)式全控橋電路。它由單相整流變壓器(B)、5個單相全控橋、2個直流輸出端(9、10)和觸發(fā)控制電路組成。它既可用于整流，也可用于逆變。附圖2是本發(fā)明單相5層復(fù)式半控橋電路，它由單相整流變壓器(B)、5個單相半控橋、2個直流輸出端(9、10)和觸發(fā)控制電路組成。它是將附圖I中2個公用臂VT1、VT2 晶閘管換成VD1、VD2整流二極管。它只能用于整流。
附圖3是附圖I和附圖2在純電阻負(fù)載時直流輸出兩端(9、10)的電壓波形。附圖4是本發(fā)明三相3層復(fù)式全控橋電路。它由三相整流變壓器(B)、3個三相全控橋、2個直流輸出端(9、10)和觸發(fā)控制電路組成。它既可用于整流，也可用于逆變。Vl 是與第一輸出端(9)連接的整流器件。V2是與第二輸出端(10)連接的整流器件。u2、u3、u4、u5、u6分別是次級繞組各段之間的電壓。U1是變壓器初級繞組電壓。U12 = u2, U13 = u2+u3, U14 = u2+u3+u4, U15 = u2+u3+u4+u5, U16 = u2+u3+u4+u5+u6。分別是5個單橋全控橋的輸入交流電壓。[五]具體實(shí)施方式
附圖I單相5層復(fù)式全控橋電路是由輸入交流電壓不相同的 5個單相全控橋電路并聯(lián)輸出，因此，其輸出兩端(9)和(10)的輸出電壓瞬時值只能是5個并聯(lián)全控橋?qū)ê蟮淖罡咻敵鲭妷旱乃矔r值。它由VT1、VT2、VT3、VT4和交流電壓U12組成第一個單相全控橋，控制角為O115由VT1、VT2、VT5、VT6和交流電壓U13組成第二個單相全控橋，控制角為α2。由VT1、VT2、VT7、VT8和交流電壓U14組成第三個單相全控橋，控制角為 α3。由VT1、VT2、VT9、VT10和交流電壓U15組成第四個單相全控橋，控制角為α4。由VT1、 VT2、VT11、VT12和次級交流電壓U16組成第五個單相全控橋，控制角為α 5。5個單相全控橋的輸入交流電壓由于后一個比前一個要高，所以后一個全控橋電路觸發(fā)導(dǎo)通后，前一個全控橋電路中的整件高會因承受反向電壓而自動關(guān)斷。由低到高調(diào)節(jié)5個全控橋電路中觸發(fā)電路就會就有5個最佳功率因數(shù)點(diǎn)。5個控制角應(yīng)滿足cti< α 2 < α3< α4< α 5如附圖3所示，并且要求前一控制角調(diào)到零度或接近零度之后，后一控制角再從180度調(diào)到零或接近零度，這樣輸出電壓從零到最大值調(diào)節(jié)就會出現(xiàn)5個最佳功率因數(shù)點(diǎn)，整流效率最高、 諧波最少。如果將附圖I單相復(fù)式全控橋電路與西安交大王兆安主編的《電力電子技術(shù)》第 4、5版教科書上的“多重聯(lián)結(jié)電路順序控制”電路進(jìn)行對比，就會知道本發(fā)明的單相全控橋電路將替代教科書上的“多重聯(lián)結(jié)電路順序控制”電路。因?yàn)?，?版第81頁中圖3-45所示的單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路，完全可以采用附圖I中去掉第四個和第五個單相全控橋電路后，就成為一種單相3層復(fù)式全控橋電路。這種電路與教科書上圖3-45所示的3個單相全控橋串聯(lián)的3重聯(lián)結(jié)電路相比。本電路不僅可節(jié)省4個晶閘管及其觸發(fā)電路，而且至少可減少4個晶閘管壓降損耗，變壓次級引出頭也減少二個，并且次級不要3個獨(dú)立繞組，只要一個中間帶2個中間抽頭的次級繞組。附圖I單相復(fù)式全控橋電路既可用于逆變，也可用于整流。附圖2是單相5層復(fù)式半控橋電路，它是將附圖I單相5層復(fù)式全控橋電路中的晶閘管VTl和VT2換成整流二極管VDl和VD2的單相5層復(fù)式半控橋電路。它是由輸入交流電壓不相同的5個單相半控橋電路并聯(lián)輸出，因此，其輸出兩端(9)和(10)的輸出電壓瞬時值也只能是5個并聯(lián)半控橋?qū)ê笞罡咻敵鲭妷旱乃矔r值。5個控制角應(yīng)滿足a i < α 2 < α3< α4< Ci5如附圖3所示，并且要求前一控制角調(diào)到零度或接近零度之后，后一控制角再從180度調(diào)到零或接近零度，這樣輸出電壓從零到最大值調(diào)節(jié)就會出現(xiàn)5個最佳功率因數(shù)點(diǎn)，整流效率最高、諧波最少。由附圖I中的2個單相復(fù)式可控整流電路可知a)整流變壓器次級繞組中間抽頭和端頭數(shù)量之和(n+2)、與連接在第一輸出端(9)的整流器件(Vl)總數(shù)量、連接在第二輸出端(10)的整流器件(V2)的總數(shù)量三者相等。b)整流變壓器次級繞組中間抽頭數(shù)量η等于輸出電壓中間值最佳功率因數(shù)點(diǎn)的數(shù)量。c)多個單相橋控電路公用二個晶閘管VT1、VT2 或二個整流二極管VDl、VD2為二個橋臂。d)最佳功率因數(shù)點(diǎn)的總數(shù)量為(1+n)，其中1是在最高輸出電壓上的一個最佳功率因數(shù)點(diǎn)，η為中間抽頭數(shù)量，也是電路中間電壓最佳功率因數(shù)點(diǎn)的數(shù)量。應(yīng)用本發(fā)明的復(fù)式可控整流電路設(shè)計制造的調(diào)壓設(shè)備可有兩種類型一種是在規(guī)定調(diào)壓范圍內(nèi)調(diào)低輸出時其輸出電流不會減少的整流設(shè)備，那就是次級各段繞組采用相同的截面的導(dǎo)線繞制。另一種是在規(guī)定調(diào)壓范圍內(nèi)調(diào)低電壓時輸出電流可以增大的整流設(shè)備，那就是按整流變壓器容量和初級電壓U1計算各段次級繞截面積。次級各繞組導(dǎo)線截面積有下列關(guān)系Su2 > Su3 > Su4 > Su5 > Su60就可實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)得越低輸出電流越大。例如繞Su2的導(dǎo)線截面用繞Su6的導(dǎo)線截面的U16/U12倍。就可在<11 = 0，(12 = α 3 = α 4 = a5= 時，輸出電流可增大到最高輸出電壓時的U16Ai12倍，而不會使初級繞組過載。各抽頭之間次級繞組截面比為(U16Al12) (U16Al13) (U16Al14) (U16Al15) I。在調(diào)低輸出電壓時，其輸出電流就可增加到最高輸出電壓上最大輸出電流的(U16Al12)、(U16Al13)、(U16/ U14)、(U16Ai15)倍，而不會使初級繞組過載。因此，本發(fā)明的電路就可用于制造調(diào)低電壓時輸出電流可以增大的世無前例的相控整流設(shè)備。附圖4是是由三個三相3層復(fù)式全控橋電路的三相3層復(fù)式全控橋電路，其整流變壓器次級三相繞組是采用星形連接方式。它由I個三相整流變壓器(Β)、18個晶閘管、第一輸出端(9)、第二輸出端(10)和觸發(fā)控制電路組成。與第一輸出端連接的9個晶閘管稱為第一整流器件，附圖中用Vl示出。與第二輸出端連接的另外9個晶閘管稱為第二整流器件，附圖中用V2示出。18個晶閘管分成三組，組成3個三相全控橋電路相并聯(lián)，由VTl VT6組成一個最低電壓三相全控橋；由VT7 VT12組成一個中間電壓三相全控橋；由VT13 VT18組成一個最高電壓三相全控橋。將附圖4中一個最低電壓三相全控橋電路的晶閘管VT12、VT4、VT6換成整流二極管，附圖4就是一種三相復(fù)式半控橋電路。另外三相復(fù)式全控橋電路和半控橋電路中的整流變壓器次級繞組還可有三角形連接。三相復(fù)式全控橋電的特征在于三相整流變壓器次級三相繞組引出的最低三相電壓的三個抽頭上連接有一個三相全控橋。而三相復(fù)式半控橋設(shè)備的特征在于三相整流變壓器次級三相繞組弓I出的最低電壓的三相三個抽頭上連接有一個三相半控橋。應(yīng)特別指出的近十多年來制造整流變壓器銅線和鐵材價上數(shù)倍甚至數(shù)十倍，而晶閘管、整流二極管和觸發(fā)控制電路價格和成本大幅度降低。制造可控整流裝置的主要成本就決定于整流變壓器的額定容量。器件采用模塊，觸發(fā)控制電路采用集成電路，它們在整個整流設(shè)備成本中占的比例很低。因此，應(yīng)用本發(fā)明的多層復(fù)式可控整流電路制造整流設(shè)備與應(yīng)用經(jīng)典橋控電路制造輸出額電流和額定電壓相同的設(shè)備相比，本發(fā)明所用變壓器額定容量可減少30%以上，功率因數(shù)調(diào)低時還能達(dá)到O. 9以上。本發(fā)明在制造設(shè)備時由于節(jié)省大量銅和鐵，總成本降低，在使用設(shè)備時由于功率因數(shù)高、諧波少而節(jié)省大量電能，對電網(wǎng)諧波污染降低，因此，它必將取代大多數(shù)帶整流變壓器的可控整流設(shè)備，將產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會節(jié)能環(huán)保效益。
權(quán)利要求
1.一種用于將單相交流電轉(zhuǎn)換成直流電的單相可控整流電路，它包括一個整流變壓器，其初級繞組用于連至一交流電源，其次級繞組具有3個或3個以上抽頭，包括I個或多個中間抽頭，兩端部抽頭，多個整流器件，其特征在于，所述多個整流器件包括多個第一整流器件，每一器件有一導(dǎo)通狀態(tài)和不導(dǎo)通狀態(tài)，其陰極均連接在一個第一輸出端，而其陽極用于分別連接所述次級繞組的抽頭，多個第二整流器件，每一器件有一導(dǎo)通狀態(tài)和不導(dǎo)通狀態(tài)，其陽極均連接在一個第二輸出端，而其陽極用于分別連接所述次級繞組的抽頭，其中，一個抽頭連接一個所述的第一整流器件和第二整流器件上述多個第一和第二整流器件應(yīng)被控制成使至少一個連接某個具有一定電勢的抽頭的第一整流器件到至少一個連接某個具有較高電勢的第二整流器件同時導(dǎo)通，從而使所述第一和第二輸出端之間輸出上述兩個抽頭之間的電勢差，通過選擇連接在不同抽頭上的至少一個第一整流器件和至少一個第二整流器件并使它們同時導(dǎo)通，或者改變它們導(dǎo)通時間在所述第一和第二輸出端上輸出不同值但有相同極性的整流電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控整流電路，其特征在于所述的第一整流器件的數(shù)量、第二整流器件的數(shù)量、整流變壓器次級繞組抽頭數(shù)量三者相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控整流電路，其特征在于所述的第一整流器件和第二整流器件全部是可控整流器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控整流電路，其特征在于所述的整流器件只有一個第一整流器件和一個第二整流器件是非可控器件，并且第一整流器件的陽極、第二整流器件的陰極、變壓器次級繞組的一個引出端頭三點(diǎn)相連，其它整流器件全是可控整流器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控整流電路，其特征在于第一輸出端和第二輸出端之間的輸出電壓是由特殊觸發(fā)電路控制調(diào)節(jié)，特殊觸發(fā)電路是一個在同一周期內(nèi)有2個或2個以上有相位差的多個橋式可控整流電路的觸發(fā)電路組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控整流電路，其特征在于三相整流變壓器次級三相繞組的每個引出抽頭和引出端頭與第一輸出端之間連接有可控整流器件，每個引出抽頭和引出端頭與第二輸出端之間連接有可控整流器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可控整流電路，其特征在于三相整流變壓器次級三相繞組引出的最低三相電壓三個抽頭上連接有一個三相半控橋。
8.應(yīng)用權(quán)利要求I所述的可控整流電路的可控整流設(shè)備，其特征在于調(diào)低輸出直流電壓時，其最大輸出直流電流可以增大的可控整流設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種由多個橋式可控整流電路組成的高性能基礎(chǔ)電力電子技術(shù)變換電路，它解決了經(jīng)典橋式可控整流設(shè)備一直來難以解決的兩大難題調(diào)低電壓時功率因數(shù)低、諧波大、對電網(wǎng)污染大的問題。本發(fā)明的可控整流電路可應(yīng)用于多種可控整流設(shè)備中，用來提高整流設(shè)備中整流變壓器的利用率、提高功率因數(shù)和整流效益、減少諧波及其對電網(wǎng)的干擾。它還可用于制造調(diào)低輸出電壓其輸出電流可以增大的另一類高功率因數(shù)可控整流設(shè)備。它既可用于單相設(shè)備，也可用于三相設(shè)備。制造設(shè)備時有很好節(jié)材效果，應(yīng)用設(shè)備時有明顯節(jié)能和減少諧波污染效能，有很好的經(jīng)濟(jì)效益，社會節(jié)能和減少諧波電流排放效果。
文檔編號H02M7/162GK102594172SQ20121005224
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者龔秋聲 申請人:龔秋聲