CN109088556A - 一种谐振式整流电路及其控制方法、发电机、变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于整流技术领域，公开了一种谐振式整流电路及其控制方法、发电机、变压器，电容C101(或C201)在一个周期内充电电荷和放电电荷相等，及交流侧电流正半波和负半波相等，正负半波具有对称性，不含直流分量，对交流电源的变压器不构成直流偏磁，进而可能危害变压器。由于电感L101和电容C101(或电感L201和电容C201)的参数匹配在工作频率的谐振状态，电感L101(或电感L201)的工作频率阻抗与电容C101(或电容C201)工作频率阻抗大小相等，符号相反，从交流电源侧看，整流电路呈纯电阻性，电压和电流相位相同，功率因数达到最大(功率因数为1)。
Description
技术领域
本发明属于整流技术领域，尤其涉及一种谐振式整流电路及其控制方法、发电机、变压器。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：把交流电转换为直流电为整流技术；整流技术可以为众多的设备提供直流电源，是现在很多电气设备或装备不可或缺的一个环节；在某些应用场景中，需要更高的直流电压，或直流电压需要更宽范围内的变化，需要更高的功率因数和更小的谐波含量。在现有直接可控硅整流技术中，一类是电压不具有倍升功能的一般整流技术，比如单相半波整流电路、单相全波整流电路、单相桥式整流电路、单相半空整流电路、三相半桥整流电路、三相桥式整流电路等整流电路，在一般可控整流电路中，电压的调节范围为从零电压到输入交流电压的峰值电压，电压的调节范围不如倍压整流电路宽，同时，功率因数不高，谐波含量比较大。另一类是电压具有倍升功能的倍压整理技术，比如不可控的倍压整流电路和可控的倍压整流电路，不可控倍压整流电路的输出电压约为输入交流电压的峰值电压两倍；可控倍压整流电路的输出电压调整范围从零电压到输入交流电压的两倍峰值电压；无论是不可控倍压整流电路还是可控倍压整流电路，交流侧的电流正负半波不对称，对交流侧的变压器会造成不同程度的危害。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)电压不具有倍升功能的整流技术的功率因数不高，谐波含量比较大；功率因数低和谐波含量高都会使设备发热增加，轻则影响设备出力，重则损坏设备。
(2)电压具有倍升功能的倍压整流技术对交流侧的变压器造成直流偏磁，形成过电压或过电流，损坏设备。
解决上述技术问题的难度和意义：
要使现有的整流技术提供功率因数、减小谐波含量、或在倍压整流电路中使交流侧电流正负半波对称，则需要使用附加的电路和较复杂的控制方法，增加装置的成本。本发明专利提出的技术方案能够简化电路结构，控制简单，在提升系统性能指标的同时能降低系统成本。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种谐振式整流电路及其控制方法、发电机、变压器。
本发明是这样实现的，一种谐振式整流电路，所述谐振式整流电路包括：
交流电源，用于提供交流电。
交流侧谐振电路，用于实现交流电一侧的电路谐振。
电力电子开关组，用于拓宽直流输出电压范围，使交流侧的电流正负半波对称，消除对交流侧的变压器的直流偏磁危害。
铝箔电路，用于滤去整流输出电压中的纹波。
负载，连接在电路中的电源两端的电子元件。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述谐振式整流电路的输出正电压型可控型谐振式整流电路，所述输出正电压型可控型谐振式整流电路具体连接为：
交流电源S101非接地端与电感L101连接，接地端连接于电力电子开关T101的集电极和电容C102的一端和负载Load101的负极端；电感L101一端与交流电源S101连接，另一端与电容C101相连接；电容一端与电力电子开关T101相连接，另一端连接于电力电子开关T101的发射极和电力电子开关T102的集电极；
电力电子开关T101的集电极连接于交流电源的负极和电容C102的一端和负载L0ad101的负极端，电力电子开关T101的发射极连接于电容C101的一端和电力电子开关T102的集电极；电力电子开关T102的集电极连接于电容C101的一端和电力电子开关T101的发射极，电力电子开关T102的发射极连接于电容C102的一端和电感L102的一端；
电容C102的一端连接于电力电子开关T102的发射极和电感L102的一端，另一端连接于电源S101的接地端和电力电子开关T101的集电极和负载Load101的负极端；电感L102的一端连接于电力电子开关T102的发射极和电容C102的一端，另一端连接于负载Load101的正极端；负载Load101正极端与电感L102的一端相连，负极端连接于电容C102的一端和电力电子开关T101的集电极和电源S101的接地极。
本发明的另一目的在于提供一种所述输出正电压型可控型谐振式整流电路的控制方法，所述输出正电压型可控型谐振式整流电路的控制方法包括：
(1)高功率因数控制法，在交流电源S101电压刚变为负半波开时，给电力电子开关T101开通信号，电流通过交流电源S101的接地端、电力电子开关T101、电容C101、电感L101回到交流电源S101的非接地端，形成电流回路；电流给电容C101充电，充电后，电容C101上的电压为与电感L101相连接的一端为低电位，与电力电子开关T101发射极和T102的集电极相连接的一端为高电位；当电感L101的电流为零时，电容C101充电电压达到最大值，给电力电子开关T101关断信号，电力电子开关T101关断；
在交流电源S101电压为正半波开始时，给电力电子开关T102开通信号，电流通过交流电源S101的非接地端、电感L101、电容C101、电力电子开关T102、电容C102支路和电感L102与负载Load101串联的支路、回到交流电源S101的接地端，形成电流回路；交流电源S101的电压与电容C101的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C101的电流方向由连接电感的一端指向与电力电子开关T101发射极和T102集电极相连接的一端，电容C101放电，电压降低；当电感L101的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T102关断信号，电力电子开关T102关断；
(2)负荷平稳型电压电流调节控制法，在交流电源S101电压为负半波时，根据控制信号给出的相位延迟时间，给电力电子开关T101开通信号，电流通过交流电源S101的接地端、电力电子开关T101、电容C101、电感L101回到交流电源S101的非接地端，形成电流回路；电流给电容C101充电，充电后，电容C101上的电压为与电感L101相连接的一端为低电位，与电力电子开关T101发射极和T102的集电极相连接的一端为高电位；由于电力电子开关T101的开通是相位延迟开通，电容C101充电电压达不到交流电源的峰值电压，相位延迟的越大，电容C101的充电电压越低；当电感L101的电流为零时，给电力电子开关T101关断信号，电力电子开关T101关断,；
在交流电源S101电压为正半波时，根据对称性，在负半波相同的相位延迟时间下，给电力电子开关T102开通信号，电流通过交流电源S101的非接地端、电感L101、电容C101、电力电子开关T102、电容C102支路和电感L102与负载Load101串联的支路、回到交流电源S101的接地端，形成电流回路；交流电源S101的电压与电容C101的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C101的电流方向由连接电感的一端指向与电力电子开关T101发射极和T102集电极相连接的一端，电容C101放电，电压降低；当电感L101的电流变为零，给电力电子开关T102关断信号，电力电子开关T102关断。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述谐振式整流电路的输出负电压型可控型谐振式整流电路，所述输出负电压型可控型谐振式整流电路具体连接为：
交流电源S201非接地端与电感L201连接，接地端连接于电力电子开关T201的发射极和电容C202的一端和负载Load201的正极端；电感L201一端与交流电源S201非接地端连接，另一端与电容C201相连接；电容一端与电感L201相连接，另一端连接于电力电子开关T201的集电极和电力电子开关T202的发射极；电力电子开关T201的发射极连接于交流电源的负极端和电容C202的一端和负载L0ad101的正极端，电力电子开关T201的集电极连接于电容C201的一端和电力电子开关T202的发射极；电力电子开关T202的发射极连接于电容C201的一端和电力电子开关T201的集电极，电力电子开关T202的集电极连接于电容C202的一端和电感L202的一端；
电容C202的一端连接于电力电子开关T202的集电极和电感L202的一端，另一端连接于电源S201的接地端和电力电子开关T201的发射极和负载Load201的正极端；电感L202的一端连接于电力电子开关T202的集电极和电容C202的一端，另一端连接于负载Load201的负极端；负载Load201负极端与电感L202的一端相连，正极端连接于电容C202的一端和电力电子开关T201的发射极和电源S201的接地极。
本发明的另一目的在于提供一种所述输出负电压型可控型谐振式整流电路的控制方法，所述输出负电压型可控型谐振式整流电路的控制方法包括：
(1)高功率因数控制方法，在交流电源S201电压为正半波开始时，给电力电子开关T201开通信号，电流通过交流电源S201的非接地端、电感L201、电容C201、电力电子开关T201回到交流电源S201的接地端，形成电流回路；电流给电容C201充电，充电后，电容C201上的电压为与电感L201相连接的一端为高电位，与电力电子开关T201集电极和T202的发射极相连接的一端为低电位；当电感L201的电流为零时，电容C201充电电压达到最大值，给电力电子开关T201关断信号，电力电子开关T201关断；
在交流电源S201电压为负半波开始时，给电力电子开关T202开通信号，电流通过交流电源S201的接地端、电容C202支路和电感L202与负载Load201串联的支路、电力电子开关T202、电容C201、电感L201回到交流电源S201的非接地端，形成电流回路；交流电源S201的负电压与电容C201的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201发射极和T202集电极相连接的一端指向连接电感的一端，电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断；
(2)负荷平稳型电压电流调节控制法。在交流电源S201电压为正半波时，根据控制信号给出的相位延迟时间，给电力电子开关T201开通信号；电流通过交流电源S201的非接地端、电感L201、电容C201、电力电子开关T201回到交流电源S201的接地端，形成电流回路；电流给电容C201充电，充电后，电容C201上的电压为与电感L201相连接的一端为高电位，与电力电子开关T201集电极和T202的发射极相连接的一端为低电位；由于电力电子开关T201的开通是相位延迟开通，电容C201充电电压达不到交流电源的峰值电压，相位延迟的越大，电容C201的充电电压越低；当电感L201的电流为零时，给电力电子开关T201关断信号，电力电子开关T201关断；
在交流电源S201电压为负半波时，根据对称性，在负半波相同的相位延迟时间下，给电力电子开关T202开通信号，电流通过交流电源S201的接地端、电容C202支路和电感L202与负载Load201串联的支路、电力电子开关T202、电容C201、电感L201回到交流电源S201的非接地端，形成电流回路；交流电源S201的负电压与电容C201的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201发射极和T202集电极相连接的一端指向连接电感的一端，电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断。在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201集电极和T202发射极相连接的一端指向连接电感的一端；电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述谐振式整流电路的输出正电压型不可控型谐振式整流电路，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路连接为：
交流电源S301非接地端与电感L301连接，接地端连接于二极管D301的阳极和电容C302的一端和负载Load301的负极端；电感L301一端与交流电源S301非接地端连接，另一端与电容C301相连接；电容一端与电感L301相连接，另一端连接于二极管D301的阴极和二极管D302的阳极；二极管D301的阳极连接于交流电源的负极端和电容C302的一端和负载L0ad101的负极端，二极管D301的阴极连接于电容C301的一端和二极管D302的阳极；二极管D302的阳极连接于电容C301的一端和二极管D301的阴极，二极管D302的阴极连接于电容C302的一端和电感L302的一端；电容C302的一端连接于二极管D302的阴极和电感L302的一端，另一端连接于电源S301的接地端和二极管D301的阳极和负载Load301的负极端；电感L302的一端连接于二极管D302的阴极和电容C302的一端，另一端连接于负载Load301的正极端；负载Load301正极端与电感L302的一端相连，负极端连接于电容C302的一端和二极管D301的阳极和电源S301的接地极。
本发明的另一目的在于提供一种所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法包括：二极管D301和D302的通断受主电路的电压状态控制，如果主电路给二极管施加的是正向电压，相应的二极管导通，如果主电路给二极管施加的是反向电压，则相应的二极管截止。输出直流电压由负载性质决定，不能被控制。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述谐振式整流电路的输出正电压型不可控型谐振式整流电路，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路连接为：
交流电源S401非接地端与电感L401连接，接地端连接于二极管D401的阴极和电容C402的一端和负载Load401的正极端；电感L401一端与交流电源S401非接地端连接，另一端与电容C401相连接；电容一端与电感L401相连接，另一端连接于二极管D401的阳极和二极管D402的阴极；二极管D401的阴极连接于交流电源的负极端和电容C402的一端和负载L0ad101的正极端，二极管D401的阳极连接于电容C401的一端和二极管D402的阴极；二极管D402的阴极连接于电容C401的一端和二极管D401的阳极，二极管D402的阳极连接于电容C402的一端和电感L402的一端；电容C402的一端连接于二极管D402的阳极和电感L402的一端，另一端连接于电源S401的接地端和二极管D401的阴极和负载Load401的正极端；电感L402的一端连接于二极管D402的阳极和电容C402的一端，另一端连接于负载Load401的负极端；负载Load401负极端与电感L402的一端相连，正极端连接于电容C402的一端和二极管D401的阴极和电源S401的接地极。
本发明的另一目的在于提供一种所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法二极管D401和D402的通断受主电路的电压状态控制，如果主电路给二极管施加的是正向电压，相应的二极管导通，如果主电路给二极管施加的是反向电压，则相应的二极管截止；输出直流电压由负载性质决定，不能被控制。
本发明的另一目的在于提供一种包含所述谐振式整流电路的发电机。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：通过对现有整流技术的分析，本发明提出了一种谐振式整流电路，谐振式整流电路不仅能够扩大输出直流电压的调节范围，还能够使交流侧的电流正负半波对称，消除对交流侧的变压器的直流偏磁危害，提高功率因数，减小交流侧电流谐波含量；具有良好的技术经济性能。使用电容与电力电子开关的合理连接，简化电路结构，拓宽直流输出电压范围，使交流侧的电流正负半波对称，消除对交流侧的变压器的直流偏磁危害，提高功率因数，减小交流侧电流谐波含量。
本发明镇流技术方案与已有的整流技术方案性能比较如下表：
(注：U为输入交流电源电压幅值)
本发明提出的谐振式整流电路同时具有电压调节范围宽、交流侧电流正负半波对称、功率因数高、电流谐波含量小等四大特征。一般可控整流电路优点是交流侧的电流正负半波对称，缺点是电压调节范围小、功率因数低、谐波含量高；一般的倍压整流电路的优点是电压调节范围宽，缺点是交流侧正负半波不对称(有直流分量，容对交流电源的变压器造成损害)、功率因数低、谐波含量高等缺点，或输出直流电压电流无法调节，功率因数低，带负载能力差等缺点。
本发明提出的谐振式整流电路兼具电压调节范围宽、交流侧电流可控制正负半波对称、功率因数高、电流谐波含量小四大优点。直流输出电压电流可调节，根据负载的需要，直流输出电压可以从零电压到输入交流峰值电压两倍范围内连续调节，直流输出电流可以从零电流到额定电流范围内连续调节。整流电路在工作过程中电容C101(或C201)在一个周期内充电电荷和放电电荷相等，及交流侧电流正半波和负半波相等，正负半波具有对称性，不含直流分量，对交流电源的变压器不构成直流偏磁，进而可能危害变压器。由于电感L101和电容C101(或电感L201和电容C201)的参数匹配在工作频率的谐振状态，电感L101(或电感L201)的工作频率阻抗与电容C101(或电容C201)工作频率阻抗大小相等，符号相反，从交流电源侧看，整流电路呈纯电阻性，电压和电流相位相同，功率因数达到最大(功率因数为1)。由于电力电子开关T101和T102(或电力电子开关T201和T202)在电压和电流过零点导通和关断，在整流电路的其它工作期间，没有非线性元件的引入，不产生额外的谐波，所以，电流的谐波含量几乎不受整流电路的影响，基本只和交流电源有关。
本发明的电力电子开关频率低，可以有效提高系统效率。在整流电路工作中，电力电子开关的工作频率为交流电源的频率，电力电子开关的开关损耗小，基本以电力电子开关的导通损耗为主。
本发明的电路结构简单，在整流电路中，为了提高功率因数，需要使用整流桥与斩波电路相结合，形成功率因数校正电路，或使用全控型电力电子元件形成四象限整流电路；电路结构和控制都比较复杂，而本发明提出的谐振式整流电路在电路结构和控制功能都简单的同时，达到相同的功率因数校正效果和更小的谐波含量；性能相同，结构更简单，更经济。
附图说明
图1是本发明实施例提供的谐振式整流电路结构示意图；
图中：1、交流电源；2、交流侧谐振电路；3、电力电子开关组；4、铝箔电路；5、负载。
图2是本发明实施例提供的可控型谐振式整流电路结构(输出正电压型)示意图。
图3是本发明实施例提供的可控型谐振式整流电路结构(输出负电压型)示意图。
图4是本发明实施例提供的不可控型谐振式整流电路结构(输出正电压型)示意图。
图5是本发明实施例提供的不可控型谐振式整流电路结构(输出正电压型)示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对目前的整流技术的功率因数不高，谐波含量比较大，造成不同程度的危害的问题；本发明在谐振式整流电路中，使用电感、电容、电力电子开关的合理连接，在把单相交流电转换为直流电的同时，能够拓宽输出直流电压的范围、提高功率因数、减小谐波含量，满足市场对整流装置更高技术指标的需要。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的谐振式整流电路控制系统包括：交流电源1、交流侧谐振电路2、电力电子开关组3、铝箔电路4、负载5。
交流电源1，用于提供交流电。
交流侧谐振电路2，用于实现交流电一侧的电路谐振。
电力电子开关组3，用于拓宽直流输出电压范围，使交流侧的电流正负半波对称，消除对交流侧的变压器的直流偏磁危害。
铝箔电路4，用于滤去整流输出电压中的纹波。
负载5，连接在电路中的电源两端的电子元件。
下面结合实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1可控型谐振式整流电路结构(输出正电压型)：
如图2所示，L101、L102为电感，S101为单相交流电源，C101、C102为电容，T101、T102为电力电子开关(图2中电力电子开关的符号为IGBT的电气元件符号)。
交流电源S101非接地端与电感L101连接，接地端连接于电力电子开关T101的集电极和电容C102的一端和负载Load101的负极端；电感L101一端与交流电源S101连接，另一端与电容C101相连接；电容一端与电力电子开关T101相连接，另一端连接于电力电子开关T101的发射极和电力电子开关T102的集电极；电力电子开关T101的集电极连接于交流电源的负极和电容C102的一端和负载L0ad101的负极端，电力电子开关T101的发射极连接于电容C101的一端和电力电子开关T102的集电极；电力电子开关T102的集电极连接于电容C101的一端和电力电子开关T101的发射极，电力电子开关T102的发射极连接于电容C102的一端和电感L102的一端；电容C102的一端连接于电力电子开关T102的发射极和电感L102的一端，另一端连接于电源S101的接地端和电力电子开关T101的集电极和负载Load101的负极端；电感L102的一端连接于电力电子开关T102的发射极和电容C102的一端，另一端连接于负载Load101的正极端；负载Load101正极端与电感L102的一端相连，负极端连接于电容C102的一端和电力电子开关T101的集电极和电源S101的接地极。
如果使用其它电力电子开关，比如晶闸管或电力场效应晶体管，在主电路中，电力电子开关电流流入极与IGBT的集电极对应，电流流出极与IGBT的发射极对应，则电路的拓扑结构与上述电路一致。
谐振回路参数设计：
设最大输出直流电流为I，交流电源S101的电压为U、频率为f，电感L101的电感值为L，电容C101的电容值为C；则电容值电感值L＝1/4π2f2C。工程计算中，10％的误差内都为合理的取值范围。
控制方法：
设交流电压源S101的非接地端的电压比接地端的电压高的正弦电压波为交流电压源的正半波，非接地端的电压比接地端的电压低的正弦电压波为交流电压源的负半波。
控制方法一，高功率因数控制法。在交流电源S101电压刚变为负半波开时，给电力电子开关T101开通信号，电流通过交流电源S101的接地端、电力电子开关T101、电容C101、电感L101回到交流电源S101的非接地端，形成电流回路；电流给电容C101充电，充电后，电容C101上的电压为与电感L101相连接的一端为低电位，与电力电子开关T101发射极和T102的集电极相连接的一端为高电位；当电感L101的电流为零时，电容C101充电电压达到最大值，给电力电子开关T101关断信号，电力电子开关T101关断。
在交流电源S101电压为正半波开始时，给电力电子开关T102开通信号，电流通过交流电源S101的非接地端、电感L101、电容C101、电力电子开关T102、电容C102支路和电感L102与负载Load101串联的支路、回到交流电源S101的接地端，形成电流回路；交流电源S101的电压与电容C101的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C101的电流方向由连接电感的一端指向与电力电子开关T101发射极和T102集电极相连接的一端，电容C101放电，电压降低；当电感L101的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T102关断信号，电力电子开关T102关断。
根据本发明对电感L101和电容C101参数的选择，电感L101的工作频率阻抗与电容C101的工作频率阻抗大小相等，符号相反，所以，相对于电源侧，整流电路的阻抗表现为纯电阻特性，在高功率因数控制方式下，电压和电流的相位相同，理论功率因数达到1；由于电力电子开关T101和T102在电压或电流变化的过程中过零开通和关断，不引入由于开关的斩波效应而造成的谐波，所以，在高功率因数的同时，整流装置本身不产生谐波发射到电源。
在高功率因数控制法中，整流装置的输出电流受电容C101参数的控制，输出电压的大小随负载电阻变化或由负载电压决定。
在高功率因数控制法下，如果要调节输出电压电流的大小，实现整周期控制，就是让一些周期的电压电流波整周期地通过，而另一些周期的电压电流波整周期地关断，通过控制电压电流波整周期通过和关断的比例，就可以控制输出直流电压电流的大小，缺点是从电源侧看，负荷不平稳。
控制方法二，负荷平稳型电压电流调节控制法。在交流电源S101电压为负半波时，根据控制信号给出的相位延迟时间，给电力电子开关T101开通信号，电流通过交流电源S101的接地端、电力电子开关T101、电容C101、电感L101回到交流电源S101的非接地端，形成电流回路；电流给电容C101充电，充电后，电容C101上的电压为与电感L101相连接的一端为低电位，与电力电子开关T101发射极和T102的集电极相连接的一端为高电位；由于电力电子开关T101的开通是相位延迟开通，电容C101充电电压达不到交流电源的峰值电压，相位延迟的越大，电容C101的充电电压越低；当电感L101的电流为零时，给电力电子开关T101关断信号，电力电子开关T101关断。
在交流电源S101电压为正半波时，根据对称性，在负半波相同的相位延迟时间下，给电力电子开关T102开通信号，电流通过交流电源S101的非接地端、电感L101、电容C101、电力电子开关T102、电容C102支路和电感L102与负载Load101串联的支路、回到交流电源S101的接地端，形成电流回路；交流电源S101的电压与电容C101的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C101的电流方向由连接电感的一端指向与电力电子开关T101发射极和T102集电极相连接的一端，电容C101放电，电压降低；当电感L101的电流变为零，给电力电子开关T102关断信号，电力电子开关T102关断。
在电压电流调节控制法中，如果直流输出电压高，则增加相位延迟时间，使直流输出电压降低；如果直流输出电压低，则减小相位延迟时间，使直流输出电压升高；能够实现电压从零到两倍交流电源峰值电压的调节。如果直流输出电流大，则增加相位延迟时间，使直流电压下降，直流输出电流减小；如果直流输出电流小，则减小相位延迟时间，使直流电压升高，直流输出电流增加。
实施例2可控型谐振式整流电路结构(输出负电压型)：
如图3所示，L201、L202为电感，S201为单相交流电源，C201、C202为电容，T201、T202为电力电子开关(图3中电力电子开关的符号为IGBT的电气元件符号)。
交流电源S201非接地端与电感L201连接，接地端连接于电力电子开关T201的发射极和电容C202的一端和负载Load201的正极端；电感L201一端与交流电源S201非接地端连接，另一端与电容C201相连接；电容一端与电感L201相连接，另一端连接于电力电子开关T201的集电极和电力电子开关T202的发射极；电力电子开关T201的发射极连接于交流电源的负极端和电容C202的一端和负载L0ad101的正极端，电力电子开关T201的集电极连接于电容C201的一端和电力电子开关T202的发射极；电力电子开关T202的发射极连接于电容C201的一端和电力电子开关T201的集电极，电力电子开关T202的集电极连接于电容C202的一端和电感L202的一端；电容C202的一端连接于电力电子开关T202的集电极和电感L202的一端，另一端连接于电源S201的接地端和电力电子开关T201的发射极和负载Load201的正极端；电感L202的一端连接于电力电子开关T202的集电极和电容C202的一端，另一端连接于负载Load201的负极端；负载Load201负极端与电感L202的一端相连，正极端连接于电容C202的一端和电力电子开关T201的发射极和电源S201的接地极。
如果使用其它电力电子开关，比如晶闸管或电力场效应晶体管，在主电路中，电力电子开关电流流入极与IGBT的集电极对应，电流流出极与IGBT的发射极对应，则电路的拓扑结构与上述电路一致。
谐振回路参数设计：
电容C201的电容值和电感L201的电感值的确定方法与正直流输出电压电路结构中电容C101的电容值和电感L101的电感值的确定方法一样。
控制方法：
控制方法一，高功率因数控制方法。在交流电源S201电压为正半波开始时，给电力电子开关T201开通信号，电流通过交流电源S201的非接地端、电感L201、电容C201、电力电子开关T201回到交流电源S201的接地端，形成电流回路；电流给电容C201充电，充电后，电容C201上的电压为与电感L201相连接的一端为高电位，与电力电子开关T201集电极和T202的发射极相连接的一端为低电位；当电感L201的电流为零时，电容C201充电电压达到最大值，给电力电子开关T201关断信号，电力电子开关T201关断。
在交流电源S201电压为负半波开始时，给电力电子开关T202开通信号，电流通过交流电源S201的接地端、电容C202支路和电感L202与负载Load201串联的支路、电力电子开关T202、电容C201、电感L201回到交流电源S201的非接地端，形成电流回路；交流电源S201的负电压与电容C201的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201发射极和T202集电极相连接的一端指向连接电感的一端，电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断。
控制方法二，负荷平稳型电压电流调节控制法。在交流电源S201电压为正半波时，根据控制信号给出的相位延迟时间，给电力电子开关T201开通信号；电流通过交流电源S201的非接地端、电感L201、电容C201、电力电子开关T201回到交流电源S201的接地端，形成电流回路；电流给电容C201充电，充电后，电容C201上的电压为与电感L201相连接的一端为高电位，与电力电子开关T201集电极和T202的发射极相连接的一端为低电位；由于电力电子开关T201的开通是相位延迟开通，电容C201充电电压达不到交流电源的峰值电压，相位延迟的越大，电容C201的充电电压越低；当电感L201的电流为零时，给电力电子开关T201关断信号，电力电子开关T201关断。
在交流电源S201电压为负半波时，根据对称性，在负半波相同的相位延迟时间下，给电力电子开关T202开通信号，电流通过交流电源S201的接地端、电容C202支路和电感L202与负载Load201串联的支路、电力电子开关T202、电容C201、电感L201回到交流电源S201的非接地端，形成电流回路；交流电源S201的负电压与电容C201的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201发射极和T202集电极相连接的一端指向连接电感的一端，电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断。在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201集电极和T202发射极相连接的一端指向连接电感的一端；电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断。
实施例3不可控型谐振式整流电路结构(输出正电压型)：
如图4所示，L301、L302为电感，S301为单相交流电源，C301、C302为电容，D301、D302为二极管。
交流电源S301非接地端与电感L301连接，接地端连接于二极管D301的阳极和电容C302的一端和负载Load301的负极端；电感L301一端与交流电源S301非接地端连接，另一端与电容C301相连接；电容一端与电感L301相连接，另一端连接于二极管D301的阴极和二极管D302的阳极；二极管D301的阳极连接于交流电源的负极端和电容C302的一端和负载L0ad101的负极端，二极管D301的阴极连接于电容C301的一端和二极管D302的阳极；二极管D302的阳极连接于电容C301的一端和二极管D301的阴极，二极管D302的阴极连接于电容C302的一端和电感L302的一端；电容C302的一端连接于二极管D302的阴极和电感L302的一端，另一端连接于电源S301的接地端和二极管D301的阳极和负载Load301的负极端；电感L302的一端连接于二极管D302的阴极和电容C302的一端，另一端连接于负载Load301的正极端；负载Load301正极端与电感L302的一端相连，负极端连接于电容C302的一端和二极管D301的阳极和电源S301的接地极。
谐振回路参数设计：
电容C301的电容值和电感L301的电感值的确定方法与正直流输出电压电路结构中电容C101的电容值和电感L101的电感值的确定方法一样。
控制方法：
二极管D301和D302的通断受主电路的电压状态控制，如果主电路给二极管施加的是正向电压，相应的二极管导通，如果主电路给二极管施加的是反向电压，则相应的二极管截止。输出直流电压由负载性质决定，不能被控制。
实施例4不可控型谐振式整流电路结构(输出正电压型)：
如图5所示，L401、L402为电感，S401为单相交流电源，C401、C402为电容，D401、D402为二极管。
交流电源S401非接地端与电感L401连接，接地端连接于二极管D401的阴极和电容C402的一端和负载Load401的正极端；电感L401一端与交流电源S401非接地端连接，另一端与电容C401相连接；电容一端与电感L401相连接，另一端连接于二极管D401的阳极和二极管D402的阴极；二极管D401的阴极连接于交流电源的负极端和电容C402的一端和负载L0ad101的正极端，二极管D401的阳极连接于电容C401的一端和二极管D402的阴极；二极管D402的阴极连接于电容C401的一端和二极管D401的阳极，二极管D402的阳极连接于电容C402的一端和电感L402的一端；电容C402的一端连接于二极管D402的阳极和电感L402的一端，另一端连接于电源S401的接地端和二极管D401的阴极和负载Load401的正极端；电感L402的一端连接于二极管D402的阳极和电容C402的一端，另一端连接于负载Load401的负极端；负载Load401负极端与电感L402的一端相连，正极端连接于电容C402的一端和二极管D401的阴极和电源S401的接地极。
谐振回路参数设计：
电容C401的电容值和电感L401的电感值的确定方法与正直流输出电压电路结构中电容C101的电容值和电感L101的电感值的确定方法一样。
控制方法：
二极管D401和D402的通断受主电路的电压状态控制，如果主电路给二极管施加的是正向电压，相应的二极管导通，如果主电路给二极管施加的是反向电压，则相应的二极管截止。输出直流电压由负载性质决定，不能被控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种谐振式整流电路，其特征在于，所述谐振式整流电路包括：
交流电源，用于提供交流电；
交流侧谐振电路，用于实现交流电一侧的电路谐振；
电力电子开关组，用于拓宽直流输出电压范围，使交流侧的电流正负半波对称，消除对交流侧的变压器的直流偏磁危害；
滤波电路，用于滤去整流输出电压中的纹波；
负载，连接在电路中的电源两端的电子元件。
2.一种实施权利要求1所述谐振式整流电路的输出正电压型可控型谐振式整流电路，其特征在于，所述输出正电压型可控型谐振式整流电路具体连接为：
交流电源S101非接地端与电感L101连接，接地端连接于电力电子开关T101的集电极和电容C102的一端和负载Load101的负极端；电感L101一端与交流电源S101连接，另一端与电容C101相连接；电容一端与电力电子开关T101相连接，另一端连接于电力电子开关T101的发射极和电力电子开关T102的集电极；
电力电子开关T101的集电极连接于交流电源的负极和电容C102的一端和负载L0ad101的负极端，电力电子开关T101的发射极连接于电容C101的一端和电力电子开关T102的集电极；电力电子开关T102的集电极连接于电容C101的一端和电力电子开关T101的发射极，电力电子开关T102的发射极连接于电容C102的一端和电感L102的一端；
电容C102的一端连接于电力电子开关T102的发射极和电感L102的一端，另一端连接于电源S101的接地端和电力电子开关T101的集电极和负载Load101的负极端；电感L102的一端连接于电力电子开关T102的发射极和电容C102的一端，另一端连接于负载Load101的正极端；负载Load101正极端与电感L102的一端相连，负极端连接于电容C102的一端和电力电子开关T101的集电极和电源S101的接地极。
3.一种如权利要求2所述输出正电压型可控型谐振式整流电路的控制方法，其特征在于，所述输出正电压型可控型谐振式整流电路的控制方法包括：
(1)高功率因数控制法，在交流电源S101电压刚变为负半波开时，给电力电子开关T101开通信号，电流通过交流电源S101的接地端、电力电子开关T101、电容C101、电感L101回到交流电源S101的非接地端，形成电流回路；电流给电容C101充电，充电后，电容C101上的电压为与电感L101相连接的一端为低电位，与电力电子开关T101发射极和T102的集电极相连接的一端为高电位；当电感L101的电流为零时，电容C101充电电压达到最大值，给电力电子开关T101关断信号，电力电子开关T101关断；
在交流电源S101电压为正半波开始时，给电力电子开关T102开通信号，电流通过交流电源S101的非接地端、电感L101、电容C101、电力电子开关T102、电容C102支路和电感L102与负载Load101串联的支路、回到交流电源S101的接地端，形成电流回路；交流电源S101的电压与电容C101的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C101的电流方向由连接电感的一端指向与电力电子开关T101发射极和T102集电极相连接的一端，电容C101放电，电压降低；当电感L101的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T102关断信号，电力电子开关T102关断；
(2)负荷平稳型电压电流调节控制法，在交流电源S101电压为负半波时，根据控制信号给出的相位延迟时间，给电力电子开关T101开通信号，电流通过交流电源S101的接地端、电力电子开关T101、电容C101、电感L101回到交流电源S101的非接地端，形成电流回路；电流给电容C101充电，充电后，电容C101上的电压为与电感L101相连接的一端为低电位，与电力电子开关T101发射极和T102的集电极相连接的一端为高电位；由于电力电子开关T101的开通是相位延迟开通，电容C101充电电压达不到交流电源的峰值电压，相位延迟的越大，电容C101的充电电压越低；当电感L101的电流为零时，给电力电子开关T101关断信号，电力电子开关T101关断,；
在交流电源S101电压为正半波时，根据对称性，在负半波相同的相位延迟时间下，给电力电子开关T102开通信号，电流通过交流电源S101的非接地端、电感L101、电容C101、电力电子开关T102、电容C102支路和电感L102与负载Load101串联的支路、回到交流电源S101的接地端，形成电流回路；交流电源S101的电压与电容C101的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C101的电流方向由连接电感的一端指向与电力电子开关T101发射极和T102集电极相连接的一端，电容C101放电，电压降低；当电感L101的电流变为零，给电力电子开关T102关断信号，电力电子开关T102关断。
4.一种实施权利要求1所述谐振式整流电路的输出负电压型可控型谐振式整流电路，其特征在于，所述输出负电压型可控型谐振式整流电路具体连接为：
交流电源S201非接地端与电感L201连接，接地端连接于电力电子开关T201的发射极和电容C202的一端和负载Load201的正极端；电感L201一端与交流电源S201非接地端连接，另一端与电容C201相连接；电容一端与电感L201相连接，另一端连接于电力电子开关T201的集电极和电力电子开关T202的发射极；电力电子开关T201的发射极连接于交流电源的负极端和电容C202的一端和负载L0ad101的正极端，电力电子开关T201的集电极连接于电容C201的一端和电力电子开关T202的发射极；电力电子开关T202的发射极连接于电容C201的一端和电力电子开关T201的集电极，电力电子开关T202的集电极连接于电容C202的一端和电感L202的一端；
电容C202的一端连接于电力电子开关T202的集电极和电感L202的一端，另一端连接于电源S201的接地端和电力电子开关T201的发射极和负载Load201的正极端；电感L202的一端连接于电力电子开关T202的集电极和电容C202的一端，另一端连接于负载Load201的负极端；负载Load201负极端与电感L202的一端相连，正极端连接于电容C202的一端和电力电子开关T201的发射极和电源S201的接地极。
5.一种如权利要求4所述输出负电压型可控型谐振式整流电路的控制方法，其特征在于，所述输出负电压型可控型谐振式整流电路的控制方法包括：
(1)高功率因数控制方法，在交流电源S201电压为正半波开始时，给电力电子开关T201开通信号，电流通过交流电源S201的非接地端、电感L201、电容C201、电力电子开关T201回到交流电源S201的接地端，形成电流回路；电流给电容C201充电，充电后，电容C201上的电压为与电感L201相连接的一端为高电位，与电力电子开关T201集电极和T202的发射极相连接的一端为低电位；当电感L201的电流为零时，电容C201充电电压达到最大值，给电力电子开关T201关断信号，电力电子开关T201关断；
在交流电源S201电压为负半波开始时，给电力电子开关T202开通信号，电流通过交流电源S201的接地端、电容C202支路和电感L202与负载Load201串联的支路、电力电子开关T202、电容C201、电感L201回到交流电源S201的非接地端，形成电流回路；交流电源S201的负电压与电容C201的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201发射极和T202集电极相连接的一端指向连接电感的一端，电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断；
(2)负荷平稳型电压电流调节控制法，在交流电源S201电压为正半波时，根据控制信号给出的相位延迟时间，给电力电子开关T201开通信号；电流通过交流电源S201的非接地端、电感L201、电容C201、电力电子开关T201回到交流电源S201的接地端，形成电流回路；电流给电容C201充电，充电后，电容C201上的电压为与电感L201相连接的一端为高电位，与电力电子开关T201集电极和T202的发射极相连接的一端为低电位；由于电力电子开关T201的开通是相位延迟开通，电容C201充电电压达不到交流电源的峰值电压，相位延迟的越大，电容C201的充电电压越低；当电感L201的电流为零时，给电力电子开关T201关断信号，电力电子开关T201关断；
在交流电源S201电压为负半波时，根据对称性，在负半波相同的相位延迟时间下，给电力电子开关T202开通信号，电流通过交流电源S201的接地端、电容C202支路和电感L202与负载Load201串联的支路、电力电子开关T202、电容C201、电感L201回到交流电源S201的非接地端，形成电流回路；交流电源S201的负电压与电容C201的电压叠加后向负载提供电能；在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201发射极和T202集电极相连接的一端指向连接电感的一端，电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，整个电流回路的电势和为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断；在向负载提供电能的过程中，电容C201的电流方向由与电力电子开关T201集电极和T202发射极相连接的一端指向连接电感的一端；电容C201放电，电压降低；当电感L201的电流变为零，给电力电子开关T202关断信号，电力电子开关T202关断。
6.一种实施权利要求1所述谐振式整流电路的输出正电压型不可控型谐振式整流电路，其特征在于，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路连接为：
交流电源S301非接地端与电感L301连接，接地端连接于二极管D301的阳极和电容C302的一端和负载Load301的负极端；电感L301一端与交流电源S301非接地端连接，另一端与电容C301相连接；电容一端与电感L301相连接，另一端连接于二极管D301的阴极和二极管D302的阳极；二极管D301的阳极连接于交流电源的负极端和电容C302的一端和负载L0ad101的负极端，二极管D301的阴极连接于电容C301的一端和二极管D302的阳极；二极管D302的阳极连接于电容C301的一端和二极管D301的阴极，二极管D302的阴极连接于电容C302的一端和电感L302的一端；电容C302的一端连接于二极管D302的阴极和电感L302的一端，另一端连接于电源S301的接地端和二极管D301的阳极和负载Load301的负极端；电感L302的一端连接于二极管D302的阴极和电容C302的一端，另一端连接于负载Load301的正极端；负载Load301正极端与电感L302的一端相连，负极端连接于电容C302的一端和二极管D301的阳极和电源S301的接地极。
7.一种如权利要求6所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法，其特征在于，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法包括：二极管D301和D302的通断受主电路的电压状态控制，如果主电路给二极管施加的是正向电压，相应的二极管导通，如果主电路给二极管施加的是反向电压，则相应的二极管截止；输出直流电压由负载性质决定，不能被控制。
8.一种实施权利要求1所述谐振式整流电路的输出正电压型不可控型谐振式整流电路，其特征在于，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路连接为：
交流电源S401非接地端与电感L401连接，接地端连接于二极管D401的阴极和电容C402的一端和负载Load401的正极端；电感L401一端与交流电源S401非接地端连接，另一端与电容C401相连接；电容一端与电感L401相连接，另一端连接于二极管D401的阳极和二极管D402的阴极；二极管D401的阴极连接于交流电源的负极端和电容C402的一端和负载L0ad101的正极端，二极管D401的阳极连接于电容C401的一端和二极管D402的阴极；二极管D402的阴极连接于电容C401的一端和二极管D401的阳极，二极管D402的阳极连接于电容C402的一端和电感L402的一端；电容C402的一端连接于二极管D402的阳极和电感L402的一端，另一端连接于电源S401的接地端和二极管D401的阴极和负载Load401的正极端；电感L402的一端连接于二极管D402的阳极和电容C402的一端，另一端连接于负载Load401的负极端；负载Load401负极端与电感L402的一端相连，正极端连接于电容C402的一端和二极管D401的阴极和电源S401的接地极。
9.一种如权利要求8所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法，其特征在于，所述输出正电压型不可控型谐振式整流电路的控制方法二极管D401和D402的通断受主电路的电压状态控制，如果主电路给二极管施加的是正向电压，相应的二极管导通，如果主电路给二极管施加的是反向电压，则相应的二极管截止；输出直流电压由负载性质决定，不能被控制。
10.一种包含权利要求1所述谐振式整流电路的发电机。
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