專利名稱：一種工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量(或恒幅相量)交流調壓器，特別涉及電源與負載間無隔離的工頻變壓器耦合的單相或三相無觸點、無級、寬幅的正弦波電力電子調壓器、穩壓器。屬于交流調壓、交流穩壓技術領域。
背景技術：
現有交流調壓、穩壓方法主要有(I)采用伺服電動機帶動電刷移動實現變壓器輸出電壓調壓，輸出電壓實現有級 (變壓器有多個分接頭)或無級(如自耦變壓器)調節。但由于電動機和電刷的存在，即是有觸點的調壓方式，其缺點是調壓速度緩慢、壽命短、易卡殼等。(2)采用可控硅作為電子開關來調節變壓器輸出電壓，實現無觸點的調壓方式。但因調壓是有級的，無法實現連續調壓，因而有輸出電壓精度低的不足。(3)用AC/DC/AC變換的方式實現交流正弦波調壓，直流環的大電解電容使直流環電壓調節緩慢，而僅靠調制系數來控制輸出電壓時，在輸出電壓較高或較低時有波形差、精度低的不足，難以實現寬幅調壓。(4)用AC/AC變換的方式實現交流正弦波調壓時，有輸出電壓波形差、精度低的不足；同時，也難于用到單相電源的系統。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器，其特點是有工頻變壓器耦合的無隔離的無觸點、無級、寬幅的正弦波電力電子調壓器、穩壓器；適用于不同容量等級的單、三相系統；性價比較高。本發明的目的由以下技術措施實現。工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器由電源的輸入電壓矢量補償電壓矢量Ge，負載的輸出電壓矢量Gt3，電源輸入電壓經電力電子變換器和工頻耦合變壓器T獲得補償電壓Ge，并通過電力電子變換器電路、調壓器電路依次連接成整體；補償電壓Ge相對于電源電壓的相位差α，不改變Ge的大小，只調整Ge相對于的相位角α，就能實現寬幅的輸出電壓矢量Gt3調節。工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器電路由交流電源輸入到電力電子變換器，經工頻耦合變壓器T后產生補償電壓Ge式和4之和得到輸出電壓％ ;保持4幅值不變，只改變其相對于電源電壓的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓U0 ,BPfZ0 =l)s+l)c。電力電子變換器電路一端接有輸入Cfl Lfl濾波器，由主開關管T1 T8構成兩個背靠背的橋式變換器結構，公共直流環上接有直流儲能電容器cd。，另一端與輸出Lf2 Cf2濾波器和工頻耦合變壓器T連接。
工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器的用途當電源電壓和負載電壓Gt3間沒有隔離，負載電壓的頻率須保持與電源電壓相同；該電路無法實現變頻，只能實現對輸出電壓的調節，適用于作工頻變壓器耦合的無隔離的交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器、電力電子變壓器。用作調壓器時，當Us = UN，Un為額定電壓，要求輸出電壓U。在(O 1.2)*UN間變化，相位角α應在180° 106. 26°之間調節；由于α >90°，工頻耦合變壓器T從Ge處吸收電能，傳遞給電力電子變換器，然后由電力電子變換器把電能反饋回電網。本發明具有如下優點(I)實現大容量寬幅無觸點、無級、有工頻變壓器耦合的正弦波無隔離電力電子調 壓器、穩壓器。(2)適用于單、三相系統。(3)性價比較高。圖片說明圖I為本發明的工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量調壓器原理圖。I.電源的輸入電壓矢量，2.補償電壓矢量Ge，3.輸出到負載的輸出電壓矢量 0Λ.工頻耦合變壓器T。圖2為本發明的工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器的電力電子變換器電路。5.電力電子變換器的輸入濾波電容器Cfl, 6.輸入濾波電抗器Lfl, 7.電力電子變換器的主開關管T1-T8,8.直流側儲能電容器Cdc;，9.電力電子變換器的輸出濾波電抗器Lf2,10.輸出濾波電容器Cf2。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只能用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術嫻熟人員可以根據上述本發明的內容作出一些非本質的改進和調整。實施例I交流電源I輸入到電力電子變換器，經工頻耦合變壓器T4后產生補償電壓Gc 2;仏和仏之和得到輸出電壓％3;保持幅值不變，只改變其相對于電源電壓$的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gt3，即Gt3 =Gs +IJc。電力電子變換器電路一端接有輸入Cfl 5Lfl 6濾波器，由主開關管I\ T8 7構成兩個背靠背的橋式變換器結構,公共直流環上接有直流儲能電容器Cde 8，另一端與輸出Lf2 9Cf2 10濾波器和工頻耦合變壓器T4連接。在交流調壓器中，當Us = UN，Un為額定電壓，要求輸出電壓在(O 1.2)*隊內變化，那么α的調節范圍為180° 106. 26°。實施例2交流電源I輸入到電力電子變換器，經工頻耦合變壓器T4后產生補償電壓Gc 2;仏和仏之和得到輸出電壓％3;保持幅值不變，只改變其相對于電源電壓$的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gt3，即+Oc。電力電子變換器電路一端接有輸入CfI 5Lfl 6濾波器，由主開關管T1 T8 7構成兩個背靠背的橋式變換器結構,公共直流環上接有直流儲能電容器Cde8，另一端與輸出Lf2 9Cf2 10濾波器和工頻耦合變壓器T4連接。在交流穩壓器中，當Us = O. 5UN，輸入電壓低到額定電壓的一半時，負載電壓仍可達到額定電壓，即α = 0°時，有^ = υΝ。所以輸入電壓在(O. 5 1.0)*隊時，輸出電壓可保持為額定值。當Us彡Un時，求解方程得唯一的α值(α≤120° )使U。= UN。實現(O. 5Un^Us <°ο )非常寬幅的交流穩壓。實施例3交流電源I輸入到電力電子變換器，經工頻耦合變壓器T4后產生補償電壓Ge 2;仏和仏之和得到輸出電壓％3;保持幅值不變，只改變其相對于電源電壓$的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gt3，即+Oc。電力電子變換器電路一端接有輸入Cfl 5Lfl 6濾波器，由主開關管I\ T8 7構成兩個背靠背的橋式變換器結構,公共直流環上接有直流儲能電容器Cde8，另一端與輸出Lf2 9Cf2 10濾波器和工頻耦合變壓器T4連接。在交流移相器中，當Us = UN，Un為額定電壓，α的調節過程為(0° —90° —180° )，那么輸出電壓的變化為(2Un — I. 4Un — O),輸出電壓％相對于輸入電壓$的相位差的變化為(O。— 45。— 90。)。實施例4交流電源I輸入到電力電子變換器，經工頻耦合變壓器T4后產生補償電壓Gc 2;%和仏之和得到輸出電壓％3;保持幅值不變，只改變其相對于電源電壓％的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gt3，即Gt3 =Gs +IJc。電力電子變換器電路一端接有輸入Cfl 5Lfl 6濾波器，由主開關管I\ T8 7構成兩個背靠背的橋式變換器結構,公共直流環上接有直流儲能電容器Cde8，另一端與輸出Lf2 9Cf2 10濾波器和工頻耦合變壓器T4連接。在電力電子變壓器中，可實現作為交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器的綜合功能，提高電力變壓器的可控性。實施例5交流電源I輸入到電力電子變換器，經工頻耦合變壓器T4后產生補償電壓Ge 2;仏和仏之和得到輸出電壓％3;保持幅值不變，只改變其相對于電源電壓$的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓Gt3，即+Oc。電力電子變換器電路一端接有輸入Cfl 5Lfl 6濾波器，由主開關管I\ T8 7構成兩個背靠背的橋式變換器結構,公共直流環上接有直流儲能電容器Cde8，另一端與輸出Lf2 9Cf2 10濾波器和工頻耦合變壓器T4連接。實施例I 4中，單相電路通過三角形或星形接法，依次得到三相工頻變壓器耦合的無隔離交流調壓器、三相工頻變壓器耦合的無隔離交流穩壓器、三相工頻變壓器耦合的無隔離交流移相器、三相工頻變壓器耦合的無隔離電力電子變壓器。
權利要求
1.一種工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器，其特征在于該交流調壓器由電源的輸入電壓矢量％ (I)，補償電壓矢量Ge (2)，負載的輸出電壓矢量(3)，電源輸入電壓經電力電子變換器和工頻耦合變壓器T(4)獲得補償電壓Gc，并通過電力電子變換器電路、調壓器電路依次連接成整體；補償電壓仏相對于電源電壓$的相位差α，不改變Ge的大小，只調整Ge相對于的相位角α，就能實現寬幅的輸出電壓矢量Gt3調節。
2.如權利要求I所述工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器，其特征在于電力電子變換器電路一端接有輸入Cfl (5) Lfl (6)濾波器，由主開關管T1 T8 (7)構成兩個背靠背的橋式變換器結構，公共直流環上接有直流儲能電容器Cd。⑶，另一端與輸出Lf2 (9) Cf2 (10)濾波器和工頻耦合變壓器T (4)連接。
3.如權利要求I所述工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器，其特征在于該工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器電路由交流電源輸入到電力電子變換器，經工頻耦合變壓器T后產生補償電壓Ge 和Ge之和得到輸出電壓Gt3;保持Ge幅值不變，只改變其相對于電源電壓的相位角α，就能得到幅值不同的正弦波輸出電壓即U0 = Us + Oc O
4.如權利要求I所述工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器的用途，其特征在于當電源電壓％和負載電壓仏間沒有隔離，負載電壓的頻率須保持與電源電壓相同；該電路無法實現變頻，只能實現對輸出電壓的調節，適用于作工頻變壓器耦合的無隔離的交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器、電力電子變壓器；用作調壓器時，當Us = UN, Un為額定電壓，要求輸出電壓U。在(O I. 2) *UN間變化，相位角α應在180° 106. 26°之間調節；由于α >90°，工頻耦合變壓器T從Gc處吸收電能，傳遞給電力電子變換器，然后由電力電子變換器把電能反饋回電網。
全文摘要
本發明公開了一種工頻變壓器耦合的無隔離恒幅矢量交流調壓器，其特點是由電源的輸入電壓矢量補償電壓矢量負載的輸出電壓矢量電源輸入電壓經電力電子變換器和工頻耦合變壓器T(4)獲得補償電壓并通過電力電子變換器電路、調壓器電路依次連接成整體；補償電壓相對于電源電壓的相位差α，不改變的大小，只調整相對于的相位角α，就能實現寬幅的輸出電壓矢量調節。該發明適用于寬幅正弦波調壓的單相或三相有工頻耦合變壓器的無隔離型交流調壓器、交流穩壓器、交流移相器、電力電子變壓器。
文檔編號H02M5/44GK102638175SQ201210103698
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者劉紅萍, 張代潤 申請人:四川大學