CN106384649A - 实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器 - Google Patents

实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，变压器磁芯为圆环形且在圆环内、外分别均匀设置有N个柱形凸起，原边谐振电感缠绕于圆环内的N个柱形凸起上，原边谐振电感缠绕于圆环外的N个柱形凸起上，或者原边谐振电感在圆环内、外的柱形凸起上间隔缠绕，副边谐振电感分为独立的N个子单元，分别缠绕于剩余的N个柱形凸起上；还包括第一控制单元，电阻检测单元检测负载的电阻值并传输给第一控制单元，第一控制单元的输出端与N个开关单元相连，每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连。本发明根据负载电阻的大小不同输出不同的电压值，实现输出电压的快速稳定调节，提高了工作效率和安全性。

Description

实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器。
背景技术
电力电子变压器将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。目前，通过采用软开关技术，有效解决了大量功率器工作时的开关损耗问题。但是，在大量功率器工作时，随着工作实际情况和负载的变化，需要的电力也在发生变化，如果单一的输出恒定的电力，不利于系统安全也造成了资源的浪费。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，包括原边电路和副边电路组成，所述原边电路设置有电感，所述电感的一端连接直流电源一极，另一端连接逆变桥电路，所述逆变桥电路包括两个桥臂，第一桥臂包括串联的第一相分电感和开关管，第二桥臂包括串联的第二相分电感和开关管，原边电路输出端分别与原边谐振电感和原边补偿电容相连，其中，所述原边谐振电感和原边补偿电容并联，所述副边电路包括副边谐振电感、副边补偿电容、整流桥和负载，所述副边谐振电感与副边补偿电容并联，所述副边谐振电感输出的电流经整流桥整流后传输给负载，为负载供电；所述原边谐振电感和副边谐振电感均缠绕于变压器磁芯之上且通过变压器磁芯进行能量交换，所述变压器磁芯为圆环形且在圆环内、外分别均匀设置有N个柱形凸起，所述N为正整数，圆环内以及柱形凸起的腔室内填充有导磁液，所述原边谐振电感缠绕于圆环内的N个柱形凸起上，或者原边谐振电感缠绕于圆环外的N个柱形凸起上，或者原边谐振电感在圆环内、外的柱形凸起上间隔缠绕，所述副边谐振电感分为独立的N个子单元，分别缠绕于剩余的N个柱形凸起上；还包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元与电阻检测单元相连，所述电阻检测单元检测负载的电阻值并传输给第一控制单元，所述第一控制单元的输出端与N个开关单元相连，每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连；所述第二第一控制单元的输出端与直流电源的输出控制端相连，第二控制单元接收电阻检测单元检测负载的电阻值并控制直流电源的输出值。
本发明的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器根据负载电阻的大小不同输出不同的电压值，实现输出电压的自动匹配，提高了工作效率和安全性，降低了损耗。
本发明通过第一控制单元和第二控制单元联合控制，提高了效率和可靠性。在一个控制单元出现故障时，也能够保证变压器的正常运行。
本发明变压器磁芯的设计减少漏磁，提高了变压器的性能。
在本发明的一种优选实施方式中，所述圆环内、外的柱形凸起相对设置。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述原边谐振电感在圆环内的柱形凸起上等间距的间隔缠绕，且缠绕于圆环内空余柱形凸起相对的圆环外的柱形凸起上。
原边谐振电感的交叉缠绕方式，减少漏磁，提高了变压器的性能。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述N为大于2的偶数。
有利于变压器的稳定。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述开关单元包括为场效应晶体管。
在本发明的另一种优选实施方式中，在每一个柱形凸起上，所述原边谐振电感和副边谐振电感均设置为单匝，每匝至少包括两根线圈，每匝与磁芯圆环之间设有通风间隙。
每匝至少包括两根线圈的设计，保证磁通至电力的转换效率，设置通风间隙，保证变压器的效率。
在本发明的另一种优选实施方式中，每一个副边谐振电感子单元缠绕于一个副边柱形凸起上，或者每一个副边谐振电感子单元缠绕于所有的副边柱形凸起上，所有的副边谐振电感子单元并联连接，每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连。
每一个副边谐振电感子单元缠绕于所有的副边柱形凸起上，所有的副边谐振电感子单元并联连接，每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连，保证负载变化时，变压器的稳定且提高了效率。
在本发明的另一种优选实施方式中，还包括电压检测单元，所述电压检测单元的输入端与副边谐振电感的输出端相连，电压检测单元的输出端与第一控制单元和第二控制单元的电压信号输入端相连。保证了变压器输出的稳定性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明变压器磁芯的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其包括原边电路和副边电路组成，原边电路设置有电感，电感的一端连接直流电源一极，另一端连接逆变桥电路，逆变桥电路包括两个桥臂，第一桥臂包括串联的第一相分电感和开关管，第二桥臂包括串联的第二相分电感和开关管，原边电路输出端分别与原边谐振电感和原边补偿电容相连，其中，原边谐振电感和原边补偿电容并联，副边电路包括副边谐振电感、副边补偿电容、整流桥和负载，副边谐振电感与副边补偿电容并联，副边谐振电感输出的电流经整流桥整流后传输给负载，为负载供电。
原边谐振电感和副边谐振电感均缠绕于变压器磁芯之上且通过变压器磁芯进行能量交换，如图1所示，在本实施方式中，变压器磁芯为圆环1的形状且在圆环内、外分别均匀设置有N个柱形凸起2，N为正整数，优选的N为大于2的偶数，更有选地，圆环内、外的柱形凸起2相对设置。在圆环内1以及柱形凸起2的腔室内填充有导磁液。原边谐振电感3缠绕于圆环内的N个柱形凸起2上，或者原边谐振电感3缠绕于圆环外的N个柱形凸起上，或者原边谐振电感3在圆环内、外的柱形凸起上间隔缠绕，副边谐振电感4分为独立的N个子单元，分别缠绕于剩余的N个柱形凸起上。优选地，原边谐振电感3在圆环内的柱形凸起上等间距的间隔缠绕，且缠绕于圆环内空余柱形凸起相对的圆环外的柱形凸起上。更优选地，以圆环内的任意一个柱形凸起开始，原边谐振电感3在圆环内的柱形凸起上缠绕一个，空余一个，缠绕一个，空余一个，直至最后一个柱形凸起，在圆环外，缠绕于圆环内空余柱形凸起相对的圆环外的柱形凸起上。
最后缠绕形成的结构如图1所示，当然，在图1中，圆环上也可以缠绕原边谐振电感3和副边谐振电感4，例如原边谐振电感3相连地缠绕在柱形凸起和圆环上，而副边谐振电感4的子单元缠绕在柱形凸起及其相连的一段圆环上。
在本实施方式中，还设置有第一控制单元，该第一控制单元与电阻检测单元相连，电阻检测单元检测负载的电阻值并传输给第一控制单元，具体电阻检测单元检测负载的电阻值的方法采用现有技术，例如电阻分压检测法，在此不做赘述。第一控制单元的输出端与N个开关单元相连，优选的，开关单元包括为场效应晶体管。每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连，第一控制单元和第二控制单元内预设有与电阻值对应的电压值，当检测到负载的电阻值后，控制相应数量的开关闭合，输出与电阻值相对应的电压值。
本发明的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器根据负载电阻的大小不同输出不同的电压值，实现输出电压的自动匹配，提高了工作效率和安全性，降低了损耗。
在本实施方式中，在每一个柱形凸起上，原边谐振电感和副边谐振电感均设置为单匝，每匝至少包括两根线圈，每匝与磁芯圆环之间设有通风间隙。每匝至少包括两根线圈的设计，保证磁通至电力的转换效率，设置通风间隙，保证变压器的效率。
在本实施方式中，每一个副边谐振电感子单元缠绕于一个副边柱形凸起上，或者每一个副边谐振电感子单元缠绕于所有的副边柱形凸起上，所有的副边谐振电感子单元并联连接，每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连。保证负载变化时，变压器的稳定且提高了效率。
在本发明另外的优选实施方式中，还可以设置第二第一控制单元，该第二第一控制单元的输出端与直流电源的输出控制端相连，第二第一控制单元接收电阻检测单元检测负载的电阻值并控制直流电源的输出值，同时或者独立于通过开关单元控制副边电压的调节方式，保证了输出电压的大小稳定调节。
在本实施方式中，还可以设置有电压检测单元，该电压检测单元的输入端与副边谐振电感的输出端相连，电压检测单元检测副边输出的电压值，电压检测单元的输出端与第一控制单元和第二控制单元的电压信号输入端相连，电压检测单元将副边输出的电压值传输至第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元和第二控制单元将电压检测值与预设值进行对比，根据对比结果输出控制命令，例如，当发现电压采样值大时，第一控制单元打开部分副边输出子绕组的开关，第二控制单元使直流电源的输出电压减小，当然，具体每一步调节的副边输出子绕组的数量和直流电源的输出电压的变化值可根据实际情况进行设定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，包括原边电路和副边电路组成，所述原边电路设置有电感，所述电感的一端连接直流电源一极，另一端连接逆变桥电路，所述逆变桥电路包括两个桥臂，第一桥臂包括串联的第一相分电感和开关管，第二桥臂包括串联的第二相分电感和开关管，原边电路输出端分别与原边谐振电感和原边补偿电容相连，其中，所述原边谐振电感和原边补偿电容并联，所述副边电路包括副边谐振电感、副边补偿电容、整流桥和负载，所述副边谐振电感与副边补偿电容并联，所述副边谐振电感输出的电流经整流桥整流后传输给负载，为负载供电；
其特征在于，所述原边谐振电感和副边谐振电感均缠绕于变压器磁芯之上且通过变压器磁芯进行能量交换，所述变压器磁芯为圆环形且在圆环内、外分别均匀设置有N个柱形凸起，所述N为正整数，所述原边谐振电感缠绕于圆环内的N个柱形凸起上，或者原边谐振电感缠绕于圆环外的N个柱形凸起上，或者原边谐振电感在圆环内、外的柱形凸起上间隔缠绕，所述副边谐振电感分为独立的N个子单元，分别缠绕于剩余的N个柱形凸起上；
还包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元与电阻检测单元相连，所述电阻检测单元检测负载的电阻值并传输给第一控制单元，所述第一控制单元的输出端与N个开关单元相连，每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连；
所述第二第一控制单元的输出端与直流电源的输出控制端相连，第二控制单元接收电阻检测单元检测负载的电阻值并控制直流电源的输出值。
2.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，所述圆环内以及柱形凸起的腔室内填充有导磁液。
3.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，在每一个柱形凸起上，所述原边谐振电感和副边谐振电感均设置为单匝，每匝至少包括两根线圈，每匝与磁芯圆环之间设有通风间隙。
4.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，所述圆环内、外的柱形凸起相对设置。
5.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，所述原边谐振电感在圆环内的柱形凸起上等间距的间隔缠绕，且缠绕于圆环内空余柱形凸起相对的圆环外的柱形凸起上。
6.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，所述N为大于2的偶数。
7.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，所述开关单元包括为场效应晶体管。
8.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，每一个副边谐振电感子单元缠绕于一个副边柱形凸起上，或者每一个副边谐振电感子单元缠绕于所有的副边柱形凸起上，所有的副边谐振电感子单元并联连接，每一个开关单元与一个副边谐振电感子单元相连。
9.根据权利要求1所述的实现输出电压快速、稳定调节的电力电子变压器，其特征在于，还包括电压检测单元，所述电压检测单元的输入端与副边谐振电感的输出端相连，电压检测单元的输出端与第一控制单元和第二控制单元的电压信号输入端相连。
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