[發(fā)明專利]單開關(guān)交流斬波調(diào)壓裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710301358.8
• 申請(qǐng)日: 2007-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN101471610A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 冬雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 冬雷
• 主分類號(hào): H02M5/22
• 分類號(hào): H02M5/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單開關(guān)交流斬波調(diào)壓裝置，特別涉及一種采用全控型電力電子開關(guān)的交流調(diào)壓裝置。

背景技術(shù)

交流調(diào)壓技術(shù)，廣泛應(yīng)用于交流電壓調(diào)節(jié)、交流穩(wěn)壓控制、照明系統(tǒng)的照明控制與節(jié)能保護(hù)，交流溫控系統(tǒng)等。

目前，對(duì)交流電壓的調(diào)節(jié)，主要有三種形式：可控硅移相控制、變壓器或電感的電磁調(diào)節(jié)、以及交流斬波控制。

可控硅移相控制(見圖1，其中1為雙向可控硅，2為交流電源，3為負(fù)載，4為移相觸發(fā)控制器)，可控硅具有半可控特性，通過(guò)對(duì)其開通角的控制可以調(diào)節(jié)控制裝置的輸出電壓。由于可控硅的移相控制會(huì)使輸出電壓畸變，對(duì)負(fù)載有較大的影響，另外還會(huì)使得輸入電流嚴(yán)重畸變，對(duì)電網(wǎng)污染較大。采用移相控制時(shí)，如果輸出電壓較低，則功率因數(shù)會(huì)非常低。因此，這種控制方式無(wú)論對(duì)用戶而言，還是對(duì)電網(wǎng)而言都不是最佳選擇。

利用變壓器或者電感的電磁調(diào)節(jié)技術(shù)(見圖2，其中2為交流電源，3為負(fù)載，5為機(jī)械或雙向電子開關(guān)，6為自耦變壓器)，輸出電壓為正弦波，電磁兼容性比較好。但是該系統(tǒng)的自身功耗比較大，系統(tǒng)效率低，調(diào)節(jié)困難，響應(yīng)速度慢，控制精度低。由于所采用的自耦多抽頭變壓器工作在工頻狀態(tài)，利用可控硅或者接觸器進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)的體積重量較大，因此成本比較高。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用全控型電力電子器件進(jìn)行交流斬波控制(見圖3，其中2為交流電源，3為負(fù)載，7為電力電子開關(guān)器件所組成的雙向開關(guān)，8為控制器)具有體積小重量輕的特點(diǎn)，由于電力電子器件工作在較高的頻率下，因此可以利用很小的高頻濾波電路就可以有效抑制系統(tǒng)所產(chǎn)生的諧波。所以輸出電壓為正弦波，同時(shí)輸入電流諧波含量也非常小。但是要組成交流斬波電路必需要有續(xù)流通路，以便防止感性負(fù)載上因斬波而引起的高壓擊穿電力電子器件。由于是交流斬波電路，因此續(xù)流電路也必須是雙向的。直流電路中利用二極管就可以續(xù)流，而交流電路必須用雙向開關(guān)對(duì)續(xù)流電路進(jìn)行控制。由于采用雙向開關(guān)，必須防止直通短路，如果插入死區(qū)又會(huì)引起感性負(fù)載關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的高壓，因此系統(tǒng)的成本和控制的復(fù)雜程度都難以被接受，可靠性也較低。

如上所述，目前交流調(diào)壓技術(shù)成本較高，系統(tǒng)控制復(fù)雜，或者諧波污染較為嚴(yán)重，因此，本發(fā)明在已有交流調(diào)壓技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種具有控制簡(jiǎn)單靈活，可靠性高，諧波含量小，功率因數(shù)高，成本較低的單開關(guān)交流斬波調(diào)壓裝置。使系統(tǒng)的全控型電力電子開關(guān)的數(shù)量降到了最低水平。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的主要問題，提供一種僅利用一個(gè)雙向電力電子開關(guān)加上一個(gè)高頻鏈環(huán)節(jié)進(jìn)行交流斬波控制的裝置，使組成該裝置的全控型電力電子器件的數(shù)量降到了最少，從而大大降低了系統(tǒng)的成本和控制的復(fù)雜程度。本發(fā)明中的電力電子開關(guān)是全控型電力電子器件所組成的雙向開關(guān)。高頻鏈環(huán)節(jié)由Z型高頻濾波網(wǎng)絡(luò)或者LC支路組成。由于采用交流斬波控制，與傳統(tǒng)晶閘管移相控制系統(tǒng)相比本發(fā)明的諧波含量非常低。使交流調(diào)壓系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了正弦波控制，又克服了常用交流斬波電路器件多、成本高、控制復(fù)雜、存在直通短路風(fēng)險(xiǎn)的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

單開關(guān)交流斬波調(diào)壓裝置由控制器，雙向電力電子開關(guān)，Z型高頻濾波器，高頻輸出濾波器構(gòu)成，Z型高頻濾波器由兩個(gè)高頻電感和兩個(gè)高頻電容按Z形交叉連接組成，該Z型濾波器一端與雙向電力電子開關(guān)相連接，另外一端與輸入電源相連接。電力電子開關(guān)是由單個(gè)全控電力電子器件和功率二極管組成的雙向開關(guān)，該雙向開關(guān)串聯(lián)在交流電源與Z型濾波器之間；該雙向電力電子開關(guān)也可以由2個(gè)全控型電力電子器件構(gòu)成，但是所需的功率二極管減少到了2個(gè)。高頻輸出濾波器由高頻電感和高頻電容組成，連接在Z型濾波器與負(fù)載之間。斬波調(diào)壓裝置還包括加在輸出端的、用于檢測(cè)輸出電壓、電流的傳感器，控制器通過(guò)輸入檢測(cè)得到的輸出電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行反饋控制。Z型高頻濾波器可以用LC支路代替。

本發(fā)明的一個(gè)效果在于，使裝置的輸出交流電壓可調(diào)。

本發(fā)明的另外一個(gè)效果在于，使輸出電壓可調(diào)的同時(shí)，降低系統(tǒng)的體積重量和成本。

本發(fā)明的另外一個(gè)效果在于，使輸出電壓可調(diào)的同時(shí)，提高輸出電壓的正弦度，使負(fù)載受電壓畸變的影響減小到最低限度。

本發(fā)明的另外一個(gè)效果在于，使輸出電壓可調(diào)的同時(shí)，提高輸入電流的正弦度，減小對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。

本發(fā)明的另外一個(gè)效果在于，使輸出電壓可調(diào)的同時(shí)，簡(jiǎn)化控制模式，消除短路直通的風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性。