一種弧流電源的制作方法
【專利說明】一種弧流電源
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及弧流電源的電流快速轉(zhuǎn)移電路。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]如圖1所示，弧流電源一般由兩部分組成。一部分是高壓隔離的直流電源部分，另一部分是電流轉(zhuǎn)移電路部分。高壓隔離的直流電源部分由可控硅，變壓器，整流器和濾波電容電感組成，通過控制可控硅獲得可變的電源指標(biāo)。為減小直流輸出紋波，變壓器次級(jí)有兩組繞組，一組三角形連接，另一組星形連接。兩組對(duì)應(yīng)繞組相差30度，從而使直流輸出端獲得高質(zhì)量的12脈整流波形，結(jié)合由電感和電容組成的T型濾波，輸出電流的紋波小于土 1%，為使電流的穩(wěn)定度小于±1%，需要采集A點(diǎn)電流信號(hào)并考慮穩(wěn)流措施?；×麟娫词且环N大功率直流穩(wěn)流電源，它的負(fù)載呈現(xiàn)非線性電阻特性。它的最大輸出電壓為200V，最大輸出電流為1000A，脈寬為5s，并具有打坑能力。所謂打坑是在GTOl開通A點(diǎn)電流基本穩(wěn)定并流向C路的情況下，利用IGBT快開關(guān)的性質(zhì)，使部分電流轉(zhuǎn)移到B路。電流轉(zhuǎn)移的比例(B路電流IB與A路電流IA的比)稱為打坑深度，IGBT開通時(shí)間稱為打坑寬度(一般為l-3ms)，然后，配合中性束其他電源的時(shí)序斷開IGBT，使電流快速轉(zhuǎn)移到C路，完成一次打坑。打坑深度由多個(gè)IGBT管編碼與電阻大小確定，打坑精度由IGBT管的數(shù)量確定。以η只IGBT管為例設(shè)計(jì)打坑電路，正常工作時(shí)，VG1，VG2,…VGn，達(dá)到電路控制的要求，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流(或穩(wěn)壓)控制，當(dāng)電流需要轉(zhuǎn)移時(shí)，電路中切入Rl，R2...，Rn其中一路或幾路。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn):
由上面的介紹可以看出，打坑時(shí)，能量通過電阻進(jìn)行消耗，不節(jié)能；電阻打坑時(shí)，電阻及其連接線路都有寄生電感，電流不能快速變化、轉(zhuǎn)移及恢復(fù)；IGBT關(guān)斷時(shí)，線路寄生電感在IGBT的CE兩極產(chǎn)生較大的過電壓，容易損壞，必須加吸收電容，吸收電容和寄生電感相互作用，在電流跌落和恢復(fù)時(shí)容易產(chǎn)生振蕩，不滿足弧流電源的要求。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于為弧流電源提供一種全新的電流轉(zhuǎn)移電路的解決方案，在一定的場合可以替代傳統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)移和恢復(fù)電路。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種用于弧流電源的新型電流快速轉(zhuǎn)移電路，能在10us內(nèi)快速實(shí)現(xiàn)大電流的跌落和恢復(fù)，并且跌落和恢復(fù)過程中沒有過沖，用于轉(zhuǎn)移的電子開關(guān)(比如IGBT)在開關(guān)過程中過電壓小，可靠性尚，吸收電路容易實(shí)現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
一種弧流電源，其特征在于包括: 一高壓隔離變壓器，其原邊繞組連接單相交流電輸入，第一副邊繞組連接第一整流裝置，第二副邊繞組連接第二整流裝置；第一整流裝置連接一恒流充電裝置，恒流充電裝置兩輸出端之間并聯(lián)有第一、第三電容和第一電路結(jié)構(gòu)，第一電容為超級(jí)電容，第二整流裝置兩輸出端之間并聯(lián)有第二電容和第二電路結(jié)構(gòu)，第一電路結(jié)構(gòu)經(jīng)輸出回路串聯(lián)第二電路結(jié)構(gòu)，第一電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的穩(wěn)流(或穩(wěn)壓)控制，第二電路結(jié)構(gòu)通過為輸出回路提供不同極性的串聯(lián)電壓來實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流快速轉(zhuǎn)移或恢復(fù)。
[0009]第一電路結(jié)構(gòu)主要由η個(gè)上管為受控開關(guān)管、下管為二極管的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)而成，其中η>1，且η為整數(shù)，各串聯(lián)點(diǎn)連接輸出回路中的輸出電感，各二極管的正極連接負(fù)載。
[0010]第二電路結(jié)構(gòu)由m個(gè)H橋電路結(jié)構(gòu)并聯(lián)組成，m多1，且m為整數(shù)，H橋電路結(jié)構(gòu)的左橋臂由上管為受控開關(guān)管、下管為二極管的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，各串聯(lián)點(diǎn)連接負(fù)載；右橋臂由上管為二極管、下管為受控開關(guān)管的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，各串聯(lián)點(diǎn)連接輸出回路中的輸出電感。
[0011]相較于傳統(tǒng)電路轉(zhuǎn)移電路的電弧電源，本發(fā)明電路控制更靈活，電流轉(zhuǎn)移時(shí)，可以加快電流的轉(zhuǎn)移，電流恢復(fù)時(shí)，可以加快電流的恢復(fù)。本發(fā)明電路通過對(duì)IGBT采用并聯(lián)錯(cuò)相控制，等效提高開關(guān)頻率，提高了電流的調(diào)節(jié)速度。打坑時(shí)，能量可以轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存到第一電容Cl和第二電容C2上，不是消耗，提高了打坑效率。
[0012]
【附圖說明】
[0013]圖1是現(xiàn)有弧流電源的原理圖。
[0014]圖2是本發(fā)明弧流電源的原理圖。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0017]圖2為主電路拓樸圖，Al、BI為單相交流電輸入，Tl為高壓隔離變壓器，BI為恒流充電裝置，第一電容Cl為超級(jí)電容，第二電容C2，第三電容C3為直流支撐電容。高壓隔離變壓器Tl原邊繞組NI連接單相交流電輸入A1、B1，第一副邊繞組N2連接第一整流裝置Al，第二副邊繞組N3連接第二整流裝置A2，Al，A2為不可控整流裝置。第一整流裝置Al連接恒流充電裝置BI，恒流充電裝置BI兩輸出端之間并聯(lián)有第一、第三電容Cl、C3和第一電路結(jié)構(gòu)Ul，第一電容Cl為超級(jí)電容，第二電容C2，第三電容C3為直流支撐電容。第二整流裝置A2兩輸出端之間并聯(lián)有第二電容C2和第二電路結(jié)構(gòu)U2。
[0018]第一電路結(jié)構(gòu)Ul主要由η(η>1，η為整數(shù))個(gè)上管IGBT、下管二極管的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)，第二電路結(jié)構(gòu)U2由m(m多1，m為整數(shù))個(gè)H橋電路結(jié)構(gòu)并聯(lián)，VAl，VA2,…，VAn,VBl, VB2,…，VBm 和 VEl, VE2,…，VEm 分別為 IGBT 模塊管，DD1，DD2,…，DDn，VC1，VC2,…，VCm和VD1，VD2，...，VDm為二極管，其中m和η的數(shù)量由弧流電流的大小決定。各IGBT管VAi和各二極管DDi (i=L...!!)的串聯(lián)點(diǎn)分別經(jīng)一電感后連接在一起并連接至輸出回路中的輸出電感L的一端，各二極管DDi的正極連接負(fù)載Rload的一端。H橋電路結(jié)構(gòu)的左橋臂由上管IGBT管VBj、下管二極管VCj (j=L...!!!)的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，各串聯(lián)點(diǎn)連接負(fù)載Rload的另一端，右橋臂由上管二極管VDj、下管IGBT管VEj的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，各串聯(lián)點(diǎn)連接輸出電感L的另一端。
[0019]充電過程:A、B單相交流電輸入，一路經(jīng)高壓隔離變壓器Tl、第一整流裝置Al、恒流充電裝置BI給第一電容Cl充電，直到第一電容Cl達(dá)到設(shè)定的直流電壓時(shí)，停止。另一路經(jīng)高壓隔離變壓器Tl、第二整流裝置A2后，直接接在第二電容C2上。
[0020]正常工作過程:控制第一電路結(jié)構(gòu)Ul實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的穩(wěn)流(或穩(wěn)壓)的要求，同時(shí)控制第二電路結(jié)構(gòu)U2，可以使電流上升和下降時(shí)間更快。
[0021]打坑工作過程:當(dāng)需要打坑時(shí)，對(duì)第一電路結(jié)構(gòu)Ul進(jìn)行錯(cuò)相控制，等效提高了系統(tǒng)的開關(guān)頻率，從而提高電流的調(diào)節(jié)速度，降低了恒流電感；對(duì)第二電路結(jié)構(gòu)U2進(jìn)行控制，VB組、VE組IGBT管同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷，在電壓下降時(shí)，第二電路結(jié)構(gòu)U2等效將一個(gè)反向電壓串在輸出回路中，加快電流的快速轉(zhuǎn)移，電流恢復(fù)時(shí)，第二電路結(jié)構(gòu)U2等效將一個(gè)正向電壓串在輸出回路中，從而加快電流恢復(fù)能力，協(xié)調(diào)控制第一電路結(jié)構(gòu)Ul和第二電路結(jié)構(gòu)U2，可實(shí)現(xiàn)打坑時(shí)負(fù)載的穩(wěn)流(或穩(wěn)壓)的要求。在電流下降到和恢復(fù)到預(yù)設(shè)值之后，控制第二電路結(jié)構(gòu)U2輸出零電壓，避免電流過沖和振蕩。
[0022]本電路中的所有IGBT、快速二極管、電容以及吸收電容(圖中未畫出)都通過BUSBAR聯(lián)接，能很好的吸收開關(guān)過電壓，從而大大提高了器件的可靠性；并且吸收電容對(duì)電流轉(zhuǎn)移和恢復(fù)不產(chǎn)生影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種弧流電源，其特征在于包括: 一高壓隔離變壓器，其原邊繞組(NI)連接單相交流電輸入，第一副邊繞組(N2)連接第一整流裝置(Al )，第二副邊繞組(N3)連接第二整流裝置(A2);第一整流裝置(Al)連接一恒流充電裝置(BI)，恒流充電裝置(BI)兩輸出端之間并聯(lián)有第一、第三電容(Cl、C3)和第一電路結(jié)構(gòu)(U1)，第一電容(Cl)為超級(jí)電容，第二整流裝置(A2)兩輸出端之間并聯(lián)有第二電容(C2 )和第二電路結(jié)構(gòu)(U2 )，第一電路結(jié)構(gòu)(Ul)經(jīng)輸出回路串聯(lián)第二電路結(jié)構(gòu)(U2 )，第一電路結(jié)構(gòu)(Ul)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的穩(wěn)流(或穩(wěn)壓)控制，第二電路結(jié)構(gòu)(U2)通過為輸出回路提供不同極性的串聯(lián)電壓來實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流快速轉(zhuǎn)移或恢復(fù)。2.如權(quán)利要求1所述的弧流電源，其特征在于第一電路結(jié)構(gòu)(Ul)主要由η個(gè)上管為受控開關(guān)管、下管為二極管的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)而成，其中η>1，且η為整數(shù)，各串聯(lián)點(diǎn)連接輸出回路中的輸出電感，各二極管的正極連接負(fù)載。3.如權(quán)利要求1所述的弧流電源，其特征在于第二電路結(jié)構(gòu)(U2)由m個(gè)H橋電路結(jié)構(gòu)并聯(lián)組成，m多1，且m為整數(shù)，H橋電路結(jié)構(gòu)的左橋臂由上管為受控開關(guān)管、下管為二極管的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，各串聯(lián)點(diǎn)連接負(fù)載；右橋臂由上管為二極管、下管為受控開關(guān)管的反串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，各串聯(lián)點(diǎn)連接輸出回路中的輸出電感。4.如權(quán)利要求2或3所述的弧流電源，其特征在于所有受控開關(guān)管、二極管和電容通過BUSBAR 聯(lián)接。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種弧流電源，包括一高壓隔離變壓器，其原邊繞組連接單相交流電輸入，第一副邊繞組連接第一整流裝置，第二副邊繞組連接第二整流裝置；第一整流裝置連接一恒流充電裝置，恒流充電裝置兩輸出端之間并聯(lián)有第一、第三電容和第一電路結(jié)構(gòu)，第一電容為超級(jí)電容，第二整流裝置兩輸出端之間并聯(lián)有第二電容和第二電路結(jié)構(gòu)，第一電路結(jié)構(gòu)經(jīng)輸出回路串聯(lián)第二電路結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)電路轉(zhuǎn)移電路的電弧電源，本發(fā)明電路控制更靈活，電流轉(zhuǎn)移時(shí)，可以加快電流的轉(zhuǎn)移，電流恢復(fù)時(shí)，可以加快電流的恢復(fù)。打坑時(shí)，能量可以轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存到電容上，提高了打坑效率。
【IPC分類】H02M7/219, H02M7/23
【公開號(hào)】CN105162340
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510590564
【發(fā)明人】周細(xì)文, 宣偉民, 陽璞瓊, 姜飚, 章輝
【申請(qǐng)人】江蘇同芯電氣科技有限公司, 周細(xì)文
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年9月16日