CN101669275A - 用于产生直流电压或直流电流的装置和方法 - Google Patents

用于产生直流电压或直流电流的装置和方法 Download PDF

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CN101669275A CN200880004193A CN200880004193A CN101669275A CN 101669275 A CN101669275 A CN 101669275A CN 200880004193 A CN200880004193 A CN 200880004193A CN 200880004193 A CN200880004193 A CN 200880004193A CN 101669275 A CN101669275 A CN 101669275A
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Abstract

用于产生直流电压或直流电流的装置,其具有至少一个整流器元件(D)和至少一个变压器(T),该变压器具有至少一个经过供电线(PL)的导线(PL1,PL2)与交流电压源(Q)相连的初级线圈(W1)和至少一个与负载(Z)相连的次级线圈(W2),该初级和次级线圈设置在对应的磁框架(JK)上,该磁框架用于输送磁通量Φ。根据本发明,该初级线圈(W1)是经过整流器元件(D)与交流电压源(Q)相连的,以致对于相应的极性的每个交流电压半波,电流I1是可以通过整流器元件(D)并通过初级线圈(W1)输送的,该电流始终在相同的方向上通过磁框架(JK)驱动磁通量Φ。

Description

用于产生直流电压或直流电流的装置和方法
本发明涉及一种装置以及一种相应的方法,该装置用于产生直流电压或直流电流并配备变压器。
根据[1],Andreas Kremser,电机和驱动的基本特征(Grundzuegeelektrischer Maschinen und Antriebe),Teubner出版社,斯图加特,1997,第47页,机械变压器位于电能的传输路径开始时,该机械变压器把发电机电压转换到传输电压。经常作为自耦变压器实施的所谓的联网间变压器应用在电网节点中。配电网变压器用于从中压电网(功率从kVA到2500kVA,上电压从3.6到24kV,下电压大多数400V,最大1.1kV)对用户的终端供应。
图3(也参见[1],第52页,图3.4以及[2],R.Oberholzer,电机构建(Konstruktion elektrischer Maschinen),I.变压器,瑞士中部的技术学校,卢塞恩1979)显示了用于空转的变压器的向量图。在无负载的变压器上的交流电压U1通过变压器的初级线圈驱动激励电流I10。激励电流I10由两个分量组成,即磁化电流IM和铁耗电流IFE。落后于交流电压U190°的磁化电流IM与磁框架中的磁通量Φ同相,该磁框架典型地由若干缠绕的心子(Schenkeln)或芯(Kern)构成。铁耗电流IFE与交流电压U1同相。
交流电压U1和铁耗电流IFE的积产生铁耗功率,该铁耗功率由磁滞损耗和涡流损耗组成。磁化电流IM和初级线圈W1的线圈匝数N1产生第一初级磁通势(也称磁电压)θ0,该磁通势通过磁路驱动磁通量Φ0。磁通量Φ0是与初级线圈W1和变压器的次级线圈W2链接(verketten)的,并且在这些线圈中产生电压E1和E2。在初级线圈上产生的电压E1是与应用的电压U1相差180°,并且减小了电压降I10*Z1(Z1是初级线圈的阻抗)。电压降I10*Z1在功率变压器中只占端电压U1的0.3%-1%,并且在下文中忽略。因此,图3描述了在空转中变压器的简化向量图。
正如在图1中所示的,假如阻抗Z连接到变压器的次级线圈W2上,次级电流I2就在次级线圈W2中流动,在次级线圈W2中感应的电压E2通过次级回路驱动该次级电流。
次级电流I2与次级线圈的线圈N2形成次级磁通势θ2,该磁通势产生次级磁通量Φ2,该磁通量与初级侧产生的磁通量Φ0反作用,并且力求消除这个磁通量。为了防止上述情况的发生,除空转电流I10之外,还必须有补偿电流I2′在初级线圈W1中流动,该补偿电流在初级线圈W1的线圈中引起附加的初级磁通势θ1,该磁通势θ1产生附加的初级磁通量Φ1。为了产生两个磁通势θ1和θ2的平衡,并且消除磁通量Φ1和Φ2,则对于补偿电流I2′适用如下关系:I2′=I2*N2/N1。合起来保留通过第一初级磁通势θ0引起的磁通量Φ0,正如在图4中所示。
对于进一步的观察忽略由负载电流I2和I2′引起的漏磁通量,该漏磁通量通过合适的措施尽可能保持低。
在图5中描述了在变压器的欧姆感应的负载中存在的量。通过负载阻抗Z的次级电流I2的穿过产生次级端电压U2,该次级端电压基于在次级线圈W2的欧姆电阻上的电压降和在漏泄电压降比感应的次级电压E2更小,该次级电压与感应的初级电压E2一起与磁化通量Φ0相差90°。
在[1]中,章节3.10.1,第72和73页中描述了空转的变压器接通到稳压网络时的过程。
空转的变压器的电压等式是
u1=R1i1+L1di1/dt。
带有正弦曲线的干扰量u1(t)=√2 UN sin(ωt)的这种一阶微分方程的稳定解(stationaer loesung)是
ΦSTAT(t)=ΦN 1/Z0(R1sin(ωt)-X1cos(ωt))或者
Figure G2008800041930D00031
其中,
Figure G2008800041930D00032
然而通量必须在紧接着接通之后是零,Φ(0)=0,以致在稳定项(stationaerer Term)之外的解还包含临时部分(fluechtigen Anteil)和暂态部分(Ausgleichsglied):
Φ(t)=ΦSTAT(t)+ΦN X1/Z0*e-t/τ
暂态部分ΦN X1/Z0*e-t/τ以时间常数τ衰减,其中,τ=L1/R1
由于R1<<X1,稳定通量(stationaerer Fluss)的大约双倍值作为最大值在第一次半周期之后达到。
Φmax≈2*ΦN
根据[3],变压器的工作特性(实验TR),D-ITET(信息技术与电气工程系),功率电子技术和测量技术教席,苏黎世ETH(联邦理工学院)的驱动和磁轴承技术专业组,(参见http://www.eek.ee.ethz.ch/student/fachpraktikum-mavt/anleitungen/TR.pdf)只有当没有负载与次级侧连接时,在变压器接通到电网时安全自动装置自身才偶然触发。根据[3],基于在应用的电压U1和磁通量Φ之间的相移,在电压最大值或最小值的时刻打开变压器是有利的,其中,磁通量Φ等于零。因为通量Φ是与存储的磁能量耦合的,并且因此可以不是跳跃形状地改变。与之相反,当人们在电压交零时打开变压器时,通量Φ就不在最大值Φmax时开始,而同样在Φ=0时开始,并且在半周期之后上升到最大值±2Φ,即由电压时间面积(Spannungszeitflaeche)预先给予的总的通量行程(Flusshub)。因此通过相应大的磁化电流IM使芯远远地进入饱和。很短时间之后,暂态过程衰减,并且变压器渐渐变为稳定状态,正如在[1],第73页中所描述的。
对于进一步的观察重要的是,这个干扰的接通过程实际上如果可能的话可以避免,其中,在[3]中描述了合适的措施(例如用半导体开关在电压最大值中的时间精确的接通)。
根据[1],第1页,为了变换电能应用整流器和变压器。从交流电流到交流电流的变换采用变压器进行。从交流电流到直流电流的变换采用整流器进行。从这些论断中遵循以下原理,即整流器总是连在变压器之后,也就是说是设置在次级侧的。也就是说首先采用变压器改变交流电压,并且然后才采用整流器整流。
对于不同的应用,在极小的电压时需要大电流,例如在电阻焊接技术中或在电镀装置中。在相反的情况下,在高电压时需要小的直流电流,正如在滤尘器中。为了把交流电流转换成大的直流电流中,特别冷却的半导体是必需的。从半导体方面,高电压导致在绝缘时的巨大的问题,并且对半导体的反向电压提出高要求。基于半导体的高负载或基于产生影响的干扰,正如过压,偶然出现了在半导体上的缺陷,该缺陷也许可以引起总的半导体组的损坏,由此可以产生很高的费用结果,该费用结果可以是前联的变压器的费用的数量级。
此外,对于不同的应用和应用者的个别需求需要很多不同的、用于整流的半导体,该半导体分别组成许多单元的链条的最后部分,这些单元构成电能的转变。通过多个不同的半导体组成部分相应地产生高的生产费用、库存费用、销售费用和保养费用。
现在,本发明以该任务为前提,即实现用于产生直流电压或直流电流的一种装置并给出一种方法,其中,避免已描述的缺点。
尤其可以实现用于产生直流电压或直流电流的一种装置,采用该装置可以特别有利地实现电能的转变。
此外,可以实现用于产生直流电压或直流电流的一种装置,采用该装置可以特别有利地实现电能的转变,从电流源经过一个或更多相导体输出该电能。
此外,应该用根据本发明的装置实现以下可能性,即用很少不同设计方案在广泛的应用范围中应用半导体整流器。
此外,应该保护半导体整流器更好地防止负载侧的干扰。
用装置和方法解决这个任务,该装置和方法具有在权利要求1以及13说明的特征。本发明的有利的设计方案在其他权利要求中说明。
用于产生直流电压或直流电流的装置具有至少一个整流器元件和至少一个变压器,该整流器元件优选地为可控的整流器元件,例如闸流管或三端双向可控硅开关,该变压器带有至少一个初级线圈和至少一个次级线圈。
至少一个经过单相或多相供电线的导线与交流电压源相连的初级线圈和至少一个与负载相连的次级线圈是设置在对应的、用于输送磁通量Φ的磁框架上的,该磁框架可以任意熟知的构型用相应数目的磁轭和芯实现,该磁轭和芯组成了至少一个磁路。
根据本发明,至少一个初级线圈是经过整流器元件与交流电压源相连的,以致对于相应的极性的每个交流电压半波,初级电流I1可被传导通过整流器元件并通过初级线圈,该初级电流始终在同样的方向上通过磁框架或在其中实现的磁路来驱动磁通量Φ。
用相应极性的每个半波、采用必要时被控制的半导体元件使变压器或初级线圈与供电网络相连,以致初级电流可以流动,该初级电流至少近似地相应于接通电流,也就是说依赖于固定机器或变压器的、在相同极性的两个半波之间产生的完全的或部分的松驰(relaxation)。也就是说,正当没有利用的半波出现时,在磁框架中或在铁(Eisen)中以及在气隙中存储的能量如此程度地输出,以致变压器返回到在半波传输之前的状态。
在气隙中存储的磁能量扩大了无功功率,然而几乎无损耗地重新输出。与之相反,利用气隙尺寸的选择,可以用所期望的方式影响铁上出现的场强HFE以及分别产生的剩磁BR。场强需求和由此而来的磁化电流在气隙的应用中得以增加,变压器的特性曲线被修正(geschert)或线性化。因此,在气隙和磁化电流之间存在着相互作用,该相互作用允许有利地影响接通过程并因此也有利地影响变压器的断路过程。
根据本发明的方法
在二极管作为整流器元件的应用中,这个整流器元件立刻在交流电压半波的交零之后导通或“接通”。磁通量
Figure G2008800041930D00051
时开始,并且在半周期之后增加到最大值
Figure G2008800041930D00053
即由电压时间面积预先给予的总的通量行程。因此也产生在次级回路中测量的量的倍增。为了带有相应高的磁化电流IM的芯不进入饱和中,可以相应地确定气隙尺寸。基于在相同极性的半波之间的距离,变压器不转入在变压器的常规运行时称为稳定状态的状态。
其中,二极管导通,一直到初级电流I1,或磁化电流IM和补偿电流I2′的总和是零时。由于二极管在初级电流I1交零之后截止,并且不传输第二半波,所以传输脉冲发生的直流电流。次级电流I2和次级电压U2的半波在次级侧上产生,该半波始终具有相同的极性。
根据本发明,也可以优选地通过分开的磁路传输两个半波,并且输送到负载。假如只分别传导一半电流的两个部分变压器相位正确地联接,就将两个脉冲序列补充到脉冲发生的直流电流。但是因为对于每个部分变压器只传输同一方向的半波,只有一半额定电流流入部分变压器中,并且在相同的导线截面上只产生损失的1/4(Pv=(I/2)^2*R)。因此,两个部分变压器的额定功率的总和比相应的正常变压器的额定功率小。
与之相反,假如在两个脉冲之间的空隙足够大,就可以代替两个部分变压器只应用变压器,该变压器具有两个初级线圈,该初级线圈分别极性正确地(Polaritaetsrichtig)传输半波。
根据本发明的方案在多相系统中也可以特别有利地应用。其中,对于每个相可以只重新传输一个或两个半波。因此,带有大大减小的波度的电压出现在次级侧上。
根据本发明的方案可以应用于变压器的不同的构型和功率。例如应用了EI-、UI-或3UI-型。
根据本发明的方案具有很多的优点。直流电压的产生用简单的措施并且在利用变压器的、对此有利的特征的情况下进行,即利用接通特性,该接通特性到目前为止认为是有缺点的。此外,特别有利的是,从用户侧通过变压器使半导体整流器去耦,并且一方面更好地保护,另一方面可以更有利地选择。半导体整流器尤其可以更少量类型来标准化,因为初级侧上始终相同的或相似的条件占优势并且对用户的多样的需求的满足可通过变压器的线圈元件的相应的尺寸确定或接线来可选择地进行。此外,特别有利的是,次级侧上产生的直流电压的大小和极性可以毫无问题地用简单的方式来调节,即通过变换比的切换或通过线圈的换极。
此外,根据本发明的方案可以在每个功率范围中有利地应用。在很高功率的范围中可以明显地减小制造费用,并且也尤其可以明显地减小用于功率电子设备的保养费用。
接下来利用附图更详细地阐述本发明。其中:
图1显示了变压器T,其初级线圈W1与交流电压源Q相连,并且其次级线圈W2与负载Z相连;
图2显示了带有整流器桥GR的图1的变压器T,该整流器桥经过开关S把脉冲发生的直流电压U1输送给变压器T的初级线圈W1;
图2a显示了从图2的整流器桥GR中输出的脉冲发生的直流电压;
图2b显示了在图2的开关S闭合之后次级电压U2转变到稳定状态中;
图3显示了在空转中的图1的变压器T的简化的向量图;
图4显示了在负载时的图1的变压器T的磁通势θ0、θ1和θ2
图5显示了在欧姆感应的负载时的图1的变压器T的简化的向量图;
图6显示了带有图1的变压器T和可控的整流器元件D的根据本发明的装置,经过该整流器元件,通过开关S把相同极性的交流电压半波U1输送给变压器T的初级线圈W1;
图7a显示了初级电压U1和在正半波之中传输的初级电流I1的曲线图,该初级电流由磁化电流IM和补偿电流I2′组成。
图7b显示了次级电压U2和次级电流I2的对应于初级电流I1的曲线图。
图8显示了带有两个变压器T1、T2的根据本发明的装置,该变压器的初级线圈W11、W12分别经过整流器元件D1、D2与交流电压源Q相连,并且该变压器的次级线圈W21或W22这样地与负载Z相连,即在其中对于所对应的半波交替传导的次级电流I2在同样的方向上流经负载Z;
图9显示了带有变压器T1P2的根据本发明的装置,该变压器带有两个在共同的铁芯上设置的初级线圈W11、W12,该初级线圈分别这样地经过整流器元件D1或D2与交流电压源Q相连,并且这样地设置在变压器T1P2的共同的磁框架JK上,即使得交替地用相应的极性的每个交流电压半波把每个初级电流I1在初级线圈W11、W12的每个中传导,该初级电流通过磁框架JK分别在同样的方向上驱动对应的磁通量Φ。
图10显示了带有变压器T3P1的根据本发明的装置,该变压器带有三个初级线圈W1R、W1S、W1T,该初级线圈的第一端分别经过对应的整流器元件DR或DS或DT与相R、S、T相连,并且该初级线圈的第二端分别与三相电流线PL3的零线0相连,并且该变压器带有三个次级线圈W2R、W2S、W2T,该次级线圈这样地与负载Z相连,即使得交替地在次级线圈W2R、W2S、W2T中传导的次级电流I2R、I2S和I2T始终在同样的方向上流经负载Z;
图11a显示了采用相角控制调节的初级电压U1和相应的初级电流I1的曲线图;
图11b显示了次级电压U2和次级电流I2对应于图11a的初级电流I1的曲线图;
图12a显示了在图10的变压器T3P1的初级线圈W1R、W1S、W1T中的采用相角控制调节的初级电流I1R、I1S、I1T的曲线图;
图12b显示了在图10的负载电阻Z上的电压Uz的曲线图;
图13显示了带有变压器T3P2的根据本发明的装置,该变压器带有三对初级线圈W11R、W12R和W11S、W12S和W11T、W12T,该初级线圈的第一端分别经过对应的整流器元件DR1、DR2或DS1、DS2或DT1、DT2与相R、S、T相连,并且该初级线圈的第二端与三相电流线PL3的零线0相连,并且该变压器带有次级线圈W2R、W2S、W2T,该次级线圈这样地与负载Z相连,即使得交替地在次级线圈W2R、W2S、W2T中传导的次级电流I2R、I2S和I2T始终在同样的方向上流经负载Z;
图14a显示了在图13的变压器T3P2的初级线圈W11R、W12R或W11S、W12S或W11T、W12T中的采用相角控制调节的初级电流I1R1、I1S1、I1T1、I1R2、I1S2、I1T2的曲线图;和
图14b显示了在图13的负载电阻Z上的电压Uz的曲线图。
图1显示了变压器T,其初级线圈W1与交流电压源Q相连,并且其次级线圈W2与负载Z相连。起初利用图3、4和5描述该变压器T的功能性。图7的向量图对于理解下列的发明是特别有意义的,从中得知,初级电流I1主要由磁化电流IM和用于补偿次级电流I2的补偿电流I2′组成,该补偿电流在相位方面不同。
图2显示了带有整流器桥GR的图1的变压器T,该整流器桥在开关S闭合之后把在图2a中显示的脉冲发生的直流电压U1输送给变压器T的初级线圈W1。
在图2b中显示了,采用初级侧上应用的脉冲发生的直流电压U1在次级侧上产生同样脉冲发生的电压U2,该电压的直流电压部分随着时间常数τ=L1/R1衰减,该时间常数依赖于初级线圈W1的电感L1和电阻R1。
因此明显的是,采用在图2中显示的装置在负载侧上不能够产生可应用的直流电压。
图6显示了带有图1的变压器T和整流器元件D的根据本发明的装置,只要所显示开关S是闭合的,则经过该整流器元件把相同极性的交流电压半波U1输送给变压器T的初级线圈W1,。因此,在相应极性的半波期间,初级电流I1是通过整流器元件D和通过初级线圈W1传导的,一旦磁化电流IM和用于补偿次级电流I2的补偿电流I2′互相消除时,该初级电流变为零。在这个时刻(I1=0)之后整流器元件D一直到相应极性的下一个半波开始时都截止,并且在这个下一次半波开始时才导通。
只要设置了可控的整流器元件D,就可以采用控制单元CTRL(参见图10)这样地控制这个整流器元件,即切断(anschneiden)要传输的半波的相位,或者周期地或根据需求完全排除单独的半波。由此可以控制能量输出和/或在传输的半波之间的空隙,以便把变压器T转变到合适的运行状态中,例如使得在变压器T中存储的磁能量W的完全的输出成为可能。
当然,整流器元件D在其中导通的交流电压半波U1相互隔开半波长,对于该半波长没有由整流器元件D传导电流。
在其中整流器元件D仍不传导电流并且初级线圈中断的时间期间,仍存储在变压器中的场能量W经过次级线圈W2如此程度地减少,以致在整流器元件的下一次激活时实际上重新产生接通过程,该场能量W主要由铁中的场能量WFE和在气隙中的场能量Wδ组成,正如以下所示:
W=1/2∫H*B*ΔV≈WFE+Wδ=HFE*BFE*VFE+1/2Hδ*Bδ*Vδ
磁通密度B是稳定的,并且在气隙中和在铁氧体中有着近似相同的大小(B≈BFE≈Bδ)。磁场强度H是不稳定的,它在气隙中比在铁氧体中大,相差因子为μr。
因此,带有次级线圈W2的磁框架JK作为存储扼流圈(Speichersdrossel)出现在这个状态中。在根据本发明可以实现的存储扼流圈中,铁氧体芯的磁路经常通过气隙d中断。然后,在存储扼流圈中存储的能量几乎完全地在这个气隙d中插入。芯K仅用于传导磁场。气隙d用于降低磁通密度B。这避免了芯材料的饱和并且也在高磁化时确保了线性的电感曲线。
图7a显示了初级电压U1和在正半波之中传输的初级电流I1的曲线,该初级电流由磁化电流IM和补偿电流I2′组成。在图7a中显示了,在初级电压U1在时刻π经过零之前,磁化电流IM和补偿电流I 2′在时刻t0相互抵消,并且因此初级电流I1在时刻t0变为零。因此,整流器元件D已经在初级电压U1交零之前截止,因此为了磁系统的松弛,提供了初级电压U1的超过一半的周期持续时间。此外,时刻t0和因此装置的特性可以通过气隙d的相应的尺寸确定继续操控。
图7b显示了次级电压U2和次级电流I2的对应于初级电流I1的曲线,该次级电压和次级电流始终构成相同极性的脉冲,并且基于起初描述的通量行程从最大值±2Φ增加到双倍的数值。
图8显示了带有两个变压器T1、T2的根据本发明的装置,该变压器的初级线圈W11、W12分别经过整流器元件D1、D2与交流电压源Q相连,并且该变压器的次级线圈W21或W22这样地与负载Z相连,使得在其中对于对应的半波交替输送的次级电流I2在相同的方向上流经负载Z。两个整流器元件D1、D2在当前的设计方案中是半导体二极管,其中,该整流器元件用阴极与对应的初级线圈W11或W12相连,并且用阳极与供电线PL的不同的导线PL1或PL2相连。因此,整流器元件D1、D2通过初级线圈W11、W12交替地传导初级电流I1,以致极性正确地输送给负载Z的、次级产生的脉冲对相同极性的脉冲链进行补充。对于技术人员显而显见的是,极性交换在初级侧或次级侧上可用不同的方式实现,以致可以没有问题地产生带有第一极性或第二极性的经整流的脉冲。为了改变变换比和因此为了改变产生的直流电压的大小,初级线圈和/或次级线圈可以配备分接头,在该分接头上可以可选择地输送初级电压或降低(abnehmen)次级电压。
图9显示了带有两个在共同的铁芯上设置的初级线圈W11、W12的变压器T1P2,该初级线圈分别这样地经过整流器元件D1或D2与交流电压源Q相连,并且这样地设置在变压器T1P2的共同的磁框架JK上,即,使得交替地用相应极性的每个交流电压半波把每个初级电流I1在初级线圈W11、W12的每个中输送,该初级电流通过磁路或磁框架JK始终在同样的方向上驱动对应的磁通量Φ。两个可控的整流器元件D1和D2采用阳极或阴极与供电线PL的第一导线PL1相连,并且采用阴极或阳极与对应的初级线圈W11或W12的一端相连,其另外一端共同地与供电线PL的第二导线PL2相连。与图8的方案相比,在本发明的这个设计方案中只需要磁框架JK。但是在图8的方案中减少了功率损耗。此外,图8的方案也可以用传导的初级电流I1之间的明显更少的空隙实现,然而该空隙是电可控的,只要设置了可控的整流器元件D。
本发明在三相电流系统中是可以特别容易和有利地应用的。图10显示了带有三个初级线圈W1R、W1S、W1T的三相电流变压器T3P1,该初级线圈的第一端分别经过整流器元件DR或DS或DT与对应的相R、S、T相连,并且该初级线圈的第二端分别与三相电流线PL3的零线0相连,该变压器带有三个次级线圈W2R、W2S、W2T,该次级线圈这样地与负载Z相连,即,使得交替地在次级线圈W2R、W2S、W2T中传导的次级电流I2R、I2S和I2T始终在同样的方向上流经负载Z。整流器元件DR或DS或DT的每一个采用其阳极与三相电流线PL3的对应的相R、S、T相连,采用其阴极与对应的初级线圈W1R、W1S、W1T相连,并且采用其控制电极clR、clS、clT与控制单元CTRL的对应的输出端相连,采用该控制单元例如可以实现相角控制。次级线圈W2R、W2S、W2T是并联的,并且相同极性的脉冲传输给所连接的负载Z。在前联的滤波电路SS中平滑脉冲,该滤波电路具有例如与负载Z串联的滤波扼流圈LS和/或与负载Z并联的充电电容器CL
图11a显示了用于上面描述的装置的任一个的采用相角控制调节的初级电压U1和相应的初级电流I1的曲线,该装置配备有相角控制。因此,整流器元件DR或DS或DT没有在电压U1的相应的半波开始时已经开始,而是在获得控制信号以后,并且因此以延迟p导通。图11b显示了次级电压U2和次级电流I2的对应图11a的初级电流I1的曲线。
图12a显示了在图10的变压器T3P1的初级线圈W1R、W1S、W1T中的采用相角控制调节的初级电流I1R、I1S、I1T的曲线。图12b显示了在图10的负载电阻Z上的电压Uz的曲线。
图13显示了带有三对初级线圈W11R、W12R和W11S、W12S以及W11T、W12T的变压器T3P2,该初级线圈的第一端分别经过对应的整流器元件DR1、DR2或DS1、DS2或DT1、DT2与相R、S、T相连,并且该初级线圈的第二端与三相电流线PL3的零线0相连,该变压器还带有次级线圈W2R、W2S、W2T,该次级线圈这样地与负载Z相连,即,使得交替地在次级线圈W2R、W2S、W2T中传导的次级电流I2R、I2S和I2T始终在同样的方向上流经负载Z。
初级线圈对W11R、W12R或W11S、W12S或W11T、W12T是串联的,并且经过耦合点与三相电流线PL3的零线0相连。与之不同,初级线圈W11R、W12R或W11S、W12S或W11T、W12T的自由端经过整流器元件DR1、DR2或DS1、DS2或DT1、DT2与三相电流线PL3的对应的相R、S、T相连,其中,第一整流器元件DR1或DS2或DT2用阳极而第二整流器元件DR2或DS2或DT2用阴极与三相电流线PL3的对应的相R、S、T相连。其中,相互对应的初级线圈和次级线圈W11R、W12R、W2R或W11S、W12S、W2S或W11T、W12T、W2T是分别设置在磁框架的分开的芯KR、KS、KT上的。三相电流变压器T3P2基本上也可以由单相变压器T1P2组成,正如其在上面说明的装置中所应用的。
在图13中所显示的装置中,优选可控的整流器元件DR1、DR2、DS1、DS2、DT1、DT2的每一个对于三相R、S、T的每一个的半波分别导通,以致分别传输六个脉冲。
图14a显示了在图13的变压器T3P2的初级线圈W11R、W12R和W11S、W12S和W11T、W12T中的采用相角控制调节的初级电流I1R1、I1S1、I1T1、I1R2、I1S2、I1T2的曲线;以及
图14b显示了在图13的负载电阻Z上的电压Uz的已经很大程度上平滑的曲线。

Claims (13)

1.一种用于产生直流电压或直流电流的装置,带有至少一个整流器元件(D)和至少一个变压器(T),该变压器具有至少一个经过供电线(PL)的导线(PL1,PL2)与交流电压源(Q)相连的初级线圈(W1)和至少一个与负载(Z)相连的次级线圈(W2),该初级线圈和次级线圈设置在对应的磁框架(JK)上,该磁框架用于传导磁通量Φ,该装置的特征在于,所述初级线圈(W1)是经过所述整流器元件(D)与所述交流电压源(Q)相连的,以致对于相应的极性的每个交流电压半波,初级电流I1是可以通过所述整流器元件(D)并通过所述初级线圈(W1)传导的,所述初级电流始终在相同的方向上通过所述磁框架(JK)驱动所述磁通量Φ。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,两个初级线圈(W11;W12)分别这样地经过所述整流器元件(D1或D2)与所述交流电压源(Q)相连,并且这样地设置在所述变压器(T1P2)的共同的磁框架(JK)上,使得交替地用相应的极性的每个交流电压半波把每个初级电流I1在初级线圈(W11;W12)的每个中输送,该初级电流通过所述磁框架(JK)分别在相同的方向上驱动所对应的磁通量Φ。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,两个初级线圈(W11;W12)分别经过整流器元件(D)与所述交流电压源(Q)相连,并且设置在分开的磁框架(JK1,JK2)上,以及分别设置在所述两个磁框架(JK1,JK2)之一上的次级线圈(W21或W22)这样地与负载(Z)相连,使得在其中对于对应的半波交替传导的次级电流I2在相同的方向上流经所述负载(Z)。
4.根据权利要求2或3所述的装置,其特征在于,
a)所述初级线圈(W11;W12)分别用第一端分别经过极化不同的整流器元件(D1或D2)与所述供电线(PL)的第一导线(PL1)相连,并且用所述初级线圈(W11;W12)的第二端与所述供电线(PL)的第二导线(PL1)相连,或者
b)所述初级线圈(W11;W12)分别用第一端分别经过极化相同的整流器元件(D1或D2)并且用所述初级线圈(W11;W12)的所述第二端与所述供电线(PL)的不同的导线(PL1或PL2以及PL2或PL1)相连。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述变压器(T3P1)具有三个初级线圈(W1R,W1S,W1T),所述初级线圈的第一端分别经过所对应的整流器元件(DR或DS或DT)与三相电流线(PL3)的相(R,S,T)相连,而所述初级线圈的所述第二端与三相电流线(PL3)的零线(0)相连,并且所述变压器(T3P1)具有与所述初级线圈(W1R,W1S,W1T)磁性地耦合的次级线圈(W2R,W2S,W2T),该次级线圈这样地与所述负载(Z)相连,使得交替地在所述次级线圈(W2R,W2S,W2T)中传导的次级电流I2R、I2S和I2T始终在相同的方向上流经所述负载(Z)。
6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述变压器(T3P2)具有三对初级线圈(W11R,W12R或W11S,W12S或W11T,W12T),所述初级线圈的第一端分别经过所对应的整流器元件(DR1;DR2或DS1;DS2或DT1;DT2)与三相电流线(PL3)的相(R,S,T)相连,以及所述初级线圈的第二端与所述三相电流线(PL3)的零线(0)相连,并且所述变压器(T3P1)具有与所述初级线圈(W1R,W1S,W1T)磁性地耦合的次级线圈(W2R,W2S,W2T),该次级线圈这样地与所述负载(Z)相连,使得交替地在所述次级线圈(W2R,W2S,W2T)中传导的次级电流I2R、I2S和I2T始终在相同的方向上流经所述负载(Z)。
7.根据权利要求6或7所述的装置,其特征在于,相互耦合的所述初级线圈和次级线圈(W1R,W2R和W1S,W2S和W1T,W2T)或(W11R,W12R,W2R和W11S,W12S,W2S和W11T,W12T,W2T)分别设置在所述磁框架的芯(KR或KS或KT)上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置,其特征在于,所述一个或多个磁框架(JK)优选地具有磁轭或芯、气隙(d),该气隙优选地是这样选择的,即在铁中的场强从不超出设置的数值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置,其特征在于,所述整流器元件(D)或所述这些整流器元件(D1,D2或者DR或DS或DT或者DR1;DR2或DS1;DS2或DT1;DT2)具有与控制单元(CTRL)相连的控制输入(cl;clR,clS,clT),并且是可以由所述控制单元(CTRL)这样地控制的,即切断相同极性的要传输的半波的相位和/或周期地或按需要地不传输相同极性的单个半波。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述整流器元件(D)或每个所述这些整流器元件(D1,D2或者DR或DS或DT或者DR1;DR2或DS1;DS2或DT1;DT2)是可控的半导体,优选是闸流管或三端双向可控硅开关。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置,其特征在于,所述次级线圈(W2)或所述这些次级线圈(W21,W22或W2R,W2S,W2T或(W1R,W2R或W1S,W2S或W1T,W2T)经过有源的或无源的滤波电路(S)与所述负载(Z)相连,该滤波电路具有至少一个组件,如有可能具有串联的扼流圈(LS)和/或并联到所述负载(Z)的充电电容器(CS)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置,其特征在于,所述变压器(T,...)或所述这些变压器(T,...)的变换比是可改变的。
13.一种用于产生直流电压或直流电流的方法,尤其是指使用根据权利要求1至12中任一项所述的装置,该装置与单相交流电压源或多相交流电压源(Q)连接,并且为了转变电能该装置具有至少一个整流器元件(D1,D2或者DR或DS或DT或者DR1;DR2或DS1;DS2或DT1;DT2)和至少一个变压器(T,T1,T2,T1P2,T3P1,T3P2),该方法的特征在于,每个整流器元件(D1,D2或者DR或DS或DT或者DR1;DR2或DS1;DS2或DT1;DT2)周期地或按需要地把相同极性的半波输出给所对应的初级线圈(W1,...),该半波由所对应的次级线圈(W2)极性正确地输送到所述负载(Z)。
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