專利名稱：一種雙換相式逆變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用變壓器初級逆變電路換相與變壓器次級輸出電路換相相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)直----交逆變的逆變電路。屬于直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率輸出的電路。
逆變器是一種將直流電能轉(zhuǎn)變成交流供電的電器設(shè)備。它被廣泛應(yīng)用于電機(jī)調(diào)速、計(jì)算機(jī)停電備急電源及電能轉(zhuǎn)換等各個(gè)方面。
現(xiàn)有逆變器按其輸出交流電壓波形一般分為方波型，階梯形近正弦波型。
現(xiàn)有方波型逆變電路的原理如
圖1所示，圖中開關(guān)K1a、K1b為換向工作開關(guān)。E為供電直流電源，其在電路中正負(fù)極的連接方向依所用開關(guān)器件K1a、K1b的要求而定，D1、D2為續(xù)流二極管，其在電路中正負(fù)極的連接方向依供電直流電源E在電路中正負(fù)極的連接方向而定，B為變壓器，L1為它的初級繞組，[1]端為L1的中心抽頭端，L2為它的次級輸出繞組。U為輸出交流電壓，RL為負(fù)載電阻。
下面結(jié)合附圖敘述一下現(xiàn)有技術(shù)的工作原理和存在的缺點(diǎn)。
如圖1，圖中電路工作開始時(shí)K1a、K1b為關(guān)斷狀態(tài)，開始后按一定節(jié)拍順序接通K1a、關(guān)斷K1a；接通K1b、關(guān)斷K1b；接通K1a、關(guān)斷K1a。一直循環(huán)下去，就在輸出端得到一個(gè)有間歇期的正負(fù)連續(xù)方波形輸出電壓U。調(diào)整開關(guān)接通與關(guān)斷時(shí)間的比值，可改變輸出電壓U有效值的大小。這種電路的工作頻率和輸出交流電壓U的頻率一致，在50Hz或更低頻率工作時(shí)，變壓器的體積大、重量重、效率較低、噪音較大；輸出電壓U為方波，對有些電器設(shè)備及電動(dòng)機(jī)等會產(chǎn)生不良影響；帶動(dòng)正負(fù)半波不平衡的負(fù)載時(shí)會出現(xiàn)效率下降，發(fā)熱，不能工作，甚至損壞的現(xiàn)象。
如圖2，圖中各開關(guān)為換向開關(guān)。變壓器的初級繞組L1中，[1]端為中心抽頭，2端與[1]端間匝數(shù)和[1]端與22端間匝數(shù)相同；3端與[1]端間匝數(shù)和[1]端與33端間匝數(shù)相同，并且3端與[1]端間匝數(shù)大子2端與[1]端間匝數(shù)；4端與[1]端間匝數(shù)和[1]端與44端間匝數(shù)相同，并且4端與[1]端間匝數(shù)大于3端與[1]端間匝數(shù)。電路工作開始時(shí)所有開關(guān)都處于關(guān)斷狀態(tài)，開始后接通K3a、關(guān)斷K3a；接通K2a，關(guān)斷K2a；接通K1a，關(guān)斷K1a；接通K2a，關(guān)斷K2a；接通K3a，關(guān)斷K3a；接通K3b，關(guān)斷K3b；接通K2b，關(guān)斷K2b；接通K1b，關(guān)斷K1b；接通K2b，關(guān)斷K2b；接通K3b，關(guān)斷K3b；接通K3a，關(guān)斷K3a……一直循環(huán)下去，就在輸出端得到一幅值隨工作開關(guān)接通的不同而變化的輸出電壓，這就相當(dāng)于交流電壓瞬時(shí)值的改變。增加電路中工作開關(guān)對的數(shù)量，增加變壓器繞組L1抽頭對的數(shù)量并合理選擇各抽頭的位置時(shí)，就可得到近正弦波的階梯波交流輸出電壓。這一電路中各開關(guān)都在直流供電側(cè)，因逆變器工作時(shí)直流供電側(cè)的開關(guān)工作狀態(tài)控制較難，故這種電路的元器件成本及制作難度都較大；另外變壓器工作在低頻情況下，體積大、重量重、效率較低、噪音較大；這種電路在帶動(dòng)正負(fù)半波不平衡的負(fù)載時(shí)會出現(xiàn)效率下降，發(fā)熱，不能工作，甚至損壞的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的是對現(xiàn)有逆變電路提出一種改進(jìn)的方案。本發(fā)明的電路是使逆變電路的初級逆變部分工作在高頻狀態(tài)，以減小變壓器體積、減輕重量、提高電路轉(zhuǎn)換效率、降低電路工作噪音；并在輸出端通過波形組合，將變壓器次級邊的正負(fù)高頻方波群組合成所需波形如低頻階梯形近正弦波輸出。
本發(fā)明的目的是通過以下電路來實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)包括變壓器初級電路有二只逆變換向開關(guān)K1a、K1b、并接的二只續(xù)流二極管D1、D2及直流電源E等，其特征在于次級輸出電路上有四對換向開關(guān)SW(11)和SW(12)、SW(13)和SW(14)、SW(15)和SW(16)、SW(17)和SW(18)接成推挽式與變壓器B(1)次級繞組L2(24)的抽頭(5)和抽頭(7)、抽頭(4)和抽頭(8)、抽頭(3)和抽頭(9)、抽頭(2)和抽頭(10)對應(yīng)相連接，每一對換向開關(guān)(如SW(11)和SW(12))一端對應(yīng)的抽頭(如抽頭(5)和抽頭(7))與中心抽頭(6)之間的匝數(shù)是對稱相等的，四對換向開關(guān)的另一端接在一起，串接電感L(19)后與中心抽頭(6)并接電容C(20)即成為輸出端(21)，中心抽頭(6)為另一輸出端(22)，負(fù)載RL(23)接在兩輸出端(21)、(22)之間。
如圖3，在變壓器B(1)中，L1為它的初級繞組，其中[1]端為繞組L1的中心抽頭；L2(24)為它的次級繞組，其中抽頭(6)為中心抽頭，而抽頭(5)和抽頭(6)間匝數(shù)與抽頭(6)和抽頭(7)間匝數(shù)相同；而抽頭(4)和抽頭(6)間匝數(shù)與抽頭(6)和抽頭(8)間匝數(shù)相同；而抽頭(3)和抽頭(6)間匝數(shù)與抽頭(6)和抽頭(9)間匝數(shù)相同；而抽頭(2)和抽頭(6)間匝數(shù)與抽頭(6)和抽頭(10)間匝數(shù)相同。D1、D2為續(xù)流二極管Di,D1的兩端并接在開關(guān)K1a上，D2的兩端并接在開關(guān)K1b上，D1、D2在電路中正負(fù)極的連接方向依供電直流電源E在電路中正負(fù)極的連接方向而定。SW(11)、SW(12)、SW(13)、SW(14)、SW(15)、SW(16)、SW(17)、SW(18)為次級輸出電路換向開關(guān)，其中SW(11)的一端與變壓器B(1)次級繞組L2(24)的抽頭(5)相接；SW(12)的一端與抽頭(7)相接；SW(13)的一端與抽頭(4)相接；SW(14)的一端與抽頭(8)相接；SW(15)的一端與抽頭(3)相接；SW(16)的一端與抽頭(9)相接；SW(17)的一端與抽頭(2)相接；SW(18)的一端與抽頭(10)相接；SW(11)～SW(18)的另一端接在一起并與電感L(19)的一端相接。L(19)為高頻雜波濾除電感。電感L(19)的另一端與電容C(20)的一端相接后作為一個(gè)輸出端(21)，C(20)為高頻雜波濾除電容。變壓器B(1)次級繞組L2(24)的中心抽頭(6)與電容C(20)的另一端相接后作為另一個(gè)輸出端(22)。負(fù)載RL(23)接在兩個(gè)輸出端(21)、(22)之間。
電路工作開始時(shí)關(guān)斷所有開關(guān)；開始后按一定節(jié)拍順序接通K1a、SW(12)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(12)兩開關(guān)；接通K1b、SW(11)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(11)兩開關(guān)；接通K1a、SW(14)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(14)兩開關(guān)；接通K1b、SW(13)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(13)兩開關(guān)，接通K1a、SW(16)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(16)兩開關(guān)；接通K1b、SW(15)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(15)兩開關(guān)；接通K1a、SW(18)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(18)兩開關(guān)；接通K1b、SW(17)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(17)兩開關(guān)，接通K1a、SW(16)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(16)兩開關(guān)；接通K1b、SW(15)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(15)兩開關(guān)；接通K1a、SW(14)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(14)兩開關(guān)；接通K1b、SW(13)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(13)兩開關(guān)，接通K1a、SW(12)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(12)兩開關(guān)，接通K1b、SW(11)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(11)兩開關(guān)，通過上面的工作循環(huán)，在輸出端就得到由4級階梯組成的輸出交流電壓的上半波；以后緊接著仍按原來的節(jié)拍順序接通K1a、SW(11)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(11)兩開關(guān)，接通K1b、SW(12)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(12)兩開關(guān)，接通K1a、SW(13)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(13)兩開關(guān)，接通K1b、SW(14)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(14)兩開關(guān)，接通K1a、SW(15)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(15)兩開關(guān)；接通K1b、SW(16)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(16)兩開關(guān)；接通K1a、SW(17)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(17)兩開關(guān)，接通K1b、SW(18)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(18)兩開關(guān)，接通K1a、SW(15)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(15)兩開關(guān)，接通K1b、SW(16)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(16)兩開關(guān)；接通K1a、SW(13)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(13)兩開關(guān)，接通K1b、SW(14)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(14)兩開關(guān)，接通K1a、SW(11)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(11)兩開關(guān)，接通K1b、SW(12)兩開關(guān)，關(guān)斷K1b、SW(12)兩開關(guān)，通過這一工作循環(huán)，在輸出端又得到由4級階梯組成的輸出交流電壓的下半波，以后緊接著仍按原來的節(jié)拍順序回到一開始的循環(huán)，接通K1a、SW(12)兩開關(guān)，關(guān)斷K1a、SW(12)兩開關(guān)；……。如此循環(huán)下去，就實(shí)現(xiàn)了階梯波交流逆變輸出。
從這一電路的工作情況可看出電路逆變部分工作頻率是輸出交流電頻率的14倍。
這一電路可用于交流電壓下正負(fù)半波特性不一致的負(fù)載下使用，如半波整流型負(fù)載。此時(shí)一般逆變器會因變壓器磁飽和引起工作不正常，逆變效率下降，甚至損害。但由這一電路供電時(shí)卻因它的工作特性，電路不僅能正常工作，而且逆變效率不會降低。
因這一電路在變壓器初級逆變電路和次級交流電壓輸出電路兩邊都加有換向開關(guān)。它的交流輸出電壓相位改變與否不僅與變壓器初級電路中開關(guān)換向工作狀態(tài)有關(guān)，還與次級輸出電路換向工作狀態(tài)有關(guān)。也就是說，電路工作時(shí)當(dāng)初級和次級兩邊同時(shí)換向時(shí)，輸出交流電壓相位不變，而僅初級邊換向時(shí)，輸出交流電壓相位改變。因此可看出它與前述目前常用單換向式逆變電路有很大差別，再根據(jù)它雙邊換向的特點(diǎn)，故稱為雙換向式逆變電路。因?yàn)殡娐分虚_關(guān)換向使得初級逆變和次級輸出電路的電壓相位換相，故從電壓波形角度出發(fā)，這里稱這一電路為雙換相式逆變電路。
這一發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)在性能上的改進(jìn)在前面已有敘述，但在此再與其它未敘述的優(yōu)點(diǎn)一并總結(jié)如下1)電路逆變部分工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。從而可減小變壓器體積，減輕變壓器重量，提高逆變效率、降低工作噪音。
2)電路可在高頻逆變、體積小、重量輕、波形失真小情況下輸出50Hz或50Hz以下、甚至超低頻的交流電壓。
3)電路輸出電壓波形不因負(fù)載大小變化而改變。
4)電路可用于交流電壓下正負(fù)半波特性不一致的負(fù)載下使用，如半波整流型負(fù)載。此時(shí)一般逆變器會因變壓器磁飽和引起工作不正常，逆變效率下降，甚至損害。但由這一電路供電時(shí)卻因它的工作特性，電路不僅能正常工作，而且逆變效率不會降低。
5)電路可做成在同一逆變器中非常方便地輸出頻率不同、電壓不同的交流電，如即可輸出220V/50Hz交流電，又可輸出110V/60Hz交流電，還可輸出多種直流電壓。
6)電路可在同一逆變器中非常方便地實(shí)現(xiàn)特殊波形輸出，如輸出波形上大下小的交流電壓；只有連續(xù)上半波，而無下半波的直流脈動(dòng)電壓；其它如方波、鋸齒波、三角波、窄脈沖或其它特殊波形輸出?？蓪?shí)現(xiàn)相同波形，不同頻率的連續(xù)變化，相同波形，不同電壓的連續(xù)變化?？蓪?shí)現(xiàn)不同波形、不同頻率、不同電壓的連續(xù)變化。
7)可做成供電直流電壓12V、24V、36V、48V幾檔隨意接入，由逆變器自我識別選用相應(yīng)工作程序以使電路輸出交流電頻率、有效值不變的逆變器。并且電路工作效率不變，即可實(shí)現(xiàn)“傻瓜”型逆變器。
8)電路可做成快速后備式備急電源。這種情況下逆變器內(nèi)部工作頻率及相位被鎖定在供電交流電的頻率及相位上，一但供電交流電發(fā)生斷電，可在幾百微秒甚至幾十微秒內(nèi)開通逆變器輸出側(cè)可控硅，以維持供電。
9)電路可做成能將兩個(gè)或兩個(gè)以上由相同電路做成的逆變器并聯(lián)同步運(yùn)行的逆變器，以增大輸出功率。并且其中的每一個(gè)逆變器都可以單獨(dú)使用。
附面說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)的方波形逆變電路圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)的一種階梯波逆變電路圖。
圖3為本發(fā)明的雙換相式逆變電路圖。
圖4為用三極管做初級逆變換向開關(guān)Ki、用雙向可控硅做次級輸出換向開關(guān)的電路圖。
圖5為用場效應(yīng)管做初級逆變換向開關(guān)Ki、用16只單向可控硅做次級輸出換向開關(guān)的電路圖。
圖6為用兩組圖5所示的電路組合在一起的電路圖。
下面結(jié)合附圖舉實(shí)施例在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)所采用換向開關(guān)器件的不同，圖3所示雙換向式逆變電路可轉(zhuǎn)換成許多種不同形式，以下給出其中幾種圖4電路是用三極管Qi代替圖3電路初級逆變換向開關(guān)Ki，用雙向可控硅SCRi代替圖3電路次級輸出換向開關(guān)的電路圖。
圖5電路是用場效應(yīng)管Fi代替圖3電路初級逆變換向開關(guān)Ki，用單向可控硅KPi代替圖3電路次級輸出換向開關(guān)的電路圖。這一圖中的每一對陰極和陽極接在一起的單向可控硅相當(dāng)與圖3中輸出換向開關(guān)中的一只開關(guān)，也相當(dāng)與圖4中雙向可控硅SCRi中的一只雙向可控硅。
圖6電路是由兩個(gè)圖5所示電路組合在一起成為的一個(gè)輸出波形中無轉(zhuǎn)換工作時(shí)輸出電壓下降槽，輸出波形連續(xù)性更好的電路原理圖。
因逆變電路工作中推挽臂或橋臂轉(zhuǎn)換工作時(shí)需防止一臂未徹底關(guān)斷時(shí)另一臂就導(dǎo)通形成磁短路電流損壞換向開關(guān)管，電路工作中一般都設(shè)有兩臂換向開關(guān)管轉(zhuǎn)換工作中間歇止期也稱為死區(qū)時(shí)間，在這一時(shí)間段中，兩臂換向開關(guān)管都關(guān)斷。另外變壓器工作中的磁滯效應(yīng)也會產(chǎn)生影響。這些困素都會造成輸出波形的畸變，這些因素在本發(fā)明所述逆變電路工作中對輸出波形影響較大，主要是在輸出波形中存在轉(zhuǎn)換工作時(shí)輸出電壓波形下降的槽，為解決這一問題，可將兩個(gè)相同的逆變電路組合在一起，將它們的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘脈沖相差一定相位(0°-180°)同步運(yùn)行，并使它們輸出脈沖寬度之合大于脈沖周期使得兩個(gè)逆變電路工作中的轉(zhuǎn)換歇止期相互錯(cuò)開，并將它們的輸出端連接在一起，如圖6所示電路即為兩個(gè)圖5電路組合在一起電路的電路圖。圖6中虛線所框1,2為兩個(gè)圖5逆變電路，它們共用一個(gè)電源E，并且它們次級輸出開關(guān)的輸出側(cè)并在一起接負(fù)載(這一同步運(yùn)行狀態(tài)下逆變器輸出側(cè)可多機(jī)并接也是本發(fā)明的一大特點(diǎn))，電路工作中設(shè)置圖6中虛線所框1部分逆變工作脈寬與虛線所框2部分逆變工作脈寬之合大于脈沖周期，并且兩者的脈沖設(shè)置相差一定相位以錯(cuò)開槽區(qū)同步運(yùn)行。這樣工作中在輸出電壓波形的正半周及負(fù)半周波形中，任一時(shí)刻起碼都有1組逆變電路處于工作狀態(tài)中。這樣，它們合成后的輸出電壓波形為連續(xù)低頻階梯波。
如上所述，這一發(fā)明的電路可由多種開關(guān)器件來組成，并且可有多種連接形式。雖然這樣，但這一類電路有許多共同之處。
1)其變壓器初級都接有一組或數(shù)組由初級逆變換向開關(guān)Ki組成的換向開關(guān)對或換向開關(guān)橋。而變壓器次級都接有一組或數(shù)組由次級輸出換向開關(guān)組成的換向開關(guān)對或換向開關(guān)橋。
2)變壓器B(1)繞組L2(24)各抽頭位置按輸出波形各瞬時(shí)對應(yīng)電壓幅值比例決定。在使用開關(guān)對推挽方式工作時(shí)，變壓器相應(yīng)繞組對稱繞制。
3)電路工作中初級逆變換向開關(guān)Ki中的一只或幾只和次級輸出換向開關(guān)中的一只或幾只同步配合關(guān)斷、接通，從而實(shí)現(xiàn)變壓器B(1)初級邊和次級邊同步換相的目的。
4)可將兩個(gè)或兩個(gè)以上相同電路組合成一個(gè)電路，這些電路的輸出端并在一起接負(fù)載，這些電路是同步運(yùn)行工作的，這些電路之間輸出脈沖的相位差為(0°-180°)，這些電路輸出的脈沖寬度之合大于脈沖周期。以實(shí)現(xiàn)改善輸出波形，加大輸出功率等目的。
權(quán)利要求
1.一種雙換相式逆變電路，電路結(jié)構(gòu)包括變壓器初級電路有二只逆變換向開關(guān)K1a、K1b、并接的二只續(xù)流二極管D1、D2及直流電源E等，其特征在于次級輸出電路上有四對換向開關(guān)SW(11)和SW(12)、SW(13)和SW(14)、SW(15)和SW(16)、SW(17)和SW(18)接成推挽式與變壓器B(1)次級繞組L2(24)的抽頭(5)和抽頭(7)、抽頭(4)和抽頭(8)、抽頭(3)和抽頭(9)、抽頭(2)和抽頭(10)對應(yīng)相連接，每一對換向開關(guān)(如SW(11)和SW(12))一端對應(yīng)的抽頭(如抽頭(5)和抽頭(7))與中心抽頭(6)之間的匝數(shù)是對稱相等的，四對換向開關(guān)的另一端接在一起，串接電感L(19)后與中心抽頭(6)并接電容C(20)即成為輸出端(21)，中心抽頭(6)為另一輸出端(22)，負(fù)載RL(23)接在兩輸出端(21)、(22)之間。
全文摘要
一種由變壓器初級逆變電路換向開關(guān)和以推挽方式連接的變壓器次級電路換向開關(guān)組成的逆變電路。本電路的主要技術(shù)特征為次級輸出電路上有四對換向開關(guān)接成推挽式與變壓器次級繞組的抽頭對應(yīng)相連接,每一對換向開關(guān)一端對應(yīng)的抽頭與中心抽頭之間的匝數(shù)是對稱相等的,這一電路在工作中初級逆變電路換向開關(guān)與次級輸入電路換向開關(guān)有選擇地配合同步開通、關(guān)斷來得到初級逆變電路換相和次級輸出電路同步換相,以實(shí)現(xiàn)高頻逆變、低頻輸出的目的。
文檔編號H02M7/48GK1232313SQ9810687
公開日1999年10月20日 申請日期1998年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月16日
發(fā)明者鄭曙明 申請人:鄭曙明