CN202142993U

CN202142993U - 一种提高可控硅电源功率因数的主电路

Info

Publication number: CN202142993U
Application number: CN201120265255U
Authority: CN
Inventors: 杨君宽; 魏栋梁; 曹祖国
Original assignee: YANGZHOU SHUANGHONG ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: GuoChong Charging Technology JiangSu Co., Ltd.
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-07-26

Abstract

一种提高可控硅电源功率因数的主电路，涉及大功率可控硅电源及其变压器的技术领域，包括连接在三相工频电压上的三对可控硅和三组变压器初级绕组；其特点是变压器有至少两组次级绕组，每组次级绕组与一个三相全波整流桥和一个电感器、一个电容器、一个电子开关和一个导流二极管构成一个基本低压电源，基本低压电源中的导流二极管反向连接在该基本低压电源的输出正端子和输出负端子上。当电源实现连续可调时，变压器初级的可控硅能始终保持较大的导通角，一般在120度左右，这样能始终保持电网的较高功率因数，而保持较低的谐波电流的峰值，保持较小的对电网的污染。

Description

一种提高可控硅电源功率因数的主电路

技术领域

本实用新型涉及大功率可控硅电源及其变压器的技术领域。

背景技术

传统的可控硅电源主电路包括连接在三相工频电压上的三对可控硅和三组初级绕组，三组次级绕组与一个三相全波整流桥连接，该三相全波整流桥的输出正极串联一只电感器后，和一只电容器的正极并和电源输出正端子相连接。三相全波整流桥的输出负极和所述电容器的负极连接在电源输出负端子上。具体主电路原理图如图1所示：可控硅SCR1的阳极、SCR2的阴极和三相工频电压的A相以及变压器初级绕组N1c的2头相连接，可控硅SCR1的阴极、SCR2的阳极与绕组N1a的1头相连接；可控硅SCR3的阳极、SCR4的阴极和三相工频电压的B相以及初级绕组N1a的2头相连接，可控硅SCR3的阴极、SCR4的阳极与初级绕组N1b的1头相连接；可控硅SCR5的阳极、SCR6的阴极和三相工频电压的C相以及初级绕组N1b的2头相连接，可控硅SCR5的阴级、SCR6的阳极与初级绕组N1c的1头相连接。三相变压器BYQ的次级绕组N2a的1头、N2b的1头和N2c的1头相连接；次级绕组N2a的2头和整流二极管Da1的正极以及Da2的负极相连接。绕组N2b的2头和Db1的正极以及Db2的负极相连接，N2c的2头和Dc1的正极以及Dc2的负极相连接。整流二极管Da1、Db1、Dc1的负极以及电感器L1的1头相连接，电感器L1的2头和电容器C1的正极以及电源输出正端子Uo+相连接。Da2、Db2、Dc2的正极，以及电容器C1的负极，电源输出负端子Uo-相连接。

当要求电源输出电压较高时，控制电路发出信号，使得可控硅SCR1和SCR2、SCR3、SCR4、SCR5、SCR6的导通角较大（即控制角较小，下同），此时加至三相变压器初级绕组N1a、N1b、N1c上的交流电压较高。由此，变压器次级三相绕组上的电压也较高，经三相整流滤波后，电源输出电压也较高。反之，当SCR1~SCR6这六个可控硅的导通角较小时，电源输出电压就较低，由此实现电源输出电压的连续可调功能。

但是，传统的可控硅电源主电路存在的问题是：当可控硅电源输出电压较高且输出电流较大时，此时可控硅SCR1~SCR6导通角较大。为了满足电源输出电流的需要，此时由于可控硅在电网的半个周期中导通时间较长，因此，流过可控硅的平均电流较小，电流峰值也不是太高，在电网侧造成的谐波电流也较小，对电网造成的污染也较小。由于可控硅导通角较大（例如在120度左右），因此造成电网的电压和电流的相位差也较小，此时电源功率因素较高，一般能满足85%的要求，此时相关工作状态见图2所示。

但当电源输出电压较低且输出电流仍然较大时，为了使输出电压低，此时可控硅的导通角必然很小。为了满足电源输出较大的电流，此时由于可控硅在电网的半个周期中导通时间较短，流过可控硅的电流峰值必然很高，因此，在电网侧造成的谐波电流也较大，对电网造成的污染也较大。由于可控硅导通角较小（例如在30度左右），因此造成电网的电压和电流的相位差也较大，此时电源功率因素也较低。极端情况下，当输出电压只有额定电压的10%时，功率因素也只有10%左右。此时相关工作状态见图3所示。

发明内容

本实用新型目的在于设计一种能克服现有技术缺陷的提高可控硅电源功率因数的主电路。

本实用新型包括连接在三相工频电压上的三对可控硅和三组变压器初级绕组；所述变压器有两组或两组以上次级绕组。每组次级绕组与一个三相全波整流桥和一个电感器、一个电容器、一个电子开关和一个导流二极管构成一个基本低压电源，每个基本低压电源中的次级绕组所连接的三相全波整流桥的输出正极与电感器串联后分别与电容器的正极和电子开关的一端相连接，电子开关的另一端连接在该基本低压电源输出正端子上，次级绕组的三相全波整流桥的输出负极和所述电容器的负极分别连接在该基本低压电源输出负端子上，在该基本低压电源中的导流二极管反向连接在该基本低压电源的输出正端子和输出负端子上。

本实用新型由于在高压变压器的次级设置了两组以上，即N组次级绕组，每组相电压约为电源最高输出电压的Ｎ分之一，因而可以构成N个独立的低压电源。

举例来说，如果电源的额定输出电压为20KV（即2万伏），按原可控硅电源的主电路，其变压器次级只有一组绕组，其每相的交流电压约为20KV。

而在本实用新型中，其变压器的次级绕组共20组，每组绕组的电压只是上述变压器次级绕组的20分之一，即每组每相绕组的交流电压约为1KV。

如果使用者希望输出电压很低，约为1KV。此时本实用新型只要接通第一个基本低压电源对应的电子开关，并将其它电子开关均关断就可以了。由于第1组基本低压电源的最高输出电压仅为1KV，那么置于变压器初极的可控硅SCR1~SCR6的导通角一定会较大，应在120度左右，这样才能保证1KV直流电压的输出。由于可控硅SCR1~SCR6的导通角越大电网的工作状态就越好。因此，此时电网的工作状态很佳，功率因素应在85%以上，电网电流的峰值亦很小，谐波电流很小，对电网的污染很小。如果使用者希望输出电压约为2KV。此时本实用新型只要接通第一个和第二个基本低压电源对应的电子开关，并将其它电子开关均关断就可以了。如此类推，直至输出电压为20KV。

本实用新型优点是：当电源实现连续可调时，变压器初级的可控硅能始终保持较大的导通角，一般在120度左右，这样能始终保持电网的较高功率因数，而保持较低的谐波电流的峰值，保持较小的对电网的污染。

附图说明

图1为传统式可控硅电源主电路原理图。

图2为可控硅导通角为120度时电网电流波形图。

图3为可控硅导通角为30度时电网电流波形图。

图4为本实用新型一种可控硅电源主电路原理图。

具体实施方式

如图4所示，变压器初极绕组、可控硅、三相工频电压等电路构成与图1完全相同：可控硅SCR1的阳极、SCR2的阴极和三相工频电压的A相以及变压器初级绕组N1c的2头相连接，可控硅SCR1的阴极、SCR2的阳极与绕组N1a的1头相连接；可控硅SCR3的阳极、SCR4的阴极和三相工频电压的B相以及初级绕组N1a的2头相连接，可控硅SCR3的阴极、SCR4的阳极与初级绕组N1b的1头相连接；可控硅SCR5的阳极、SCR6的阴极和三相工频电压的C相以及初级绕组N1b的2头相连接，可控硅SCR5的阴级、SCR6的阳极与初级绕组N1c的1头相连接。

变压器的次级绕组共20组：

第一组基本低压电源中的第1组次级绕组由N2a1、N2b1、N2c1构成，N2a1的1头和N2b1的1头以及N2c1的1头相连接。N2a1的2头和二极管Da11的正极以及二极管Da21的负极相连接。N2b1的2头和二极管Db11的正极以及二极管Db21的负极相连接。N2c1的2头和二极管Dc11的正极以及二极管Dc21的负极相连接。二极管Da11的负极和二极管Db11的负极和二极管Dc11的负极以及电感器L1的1头相连接。电感器L1的2头和电容器C1的正极以及电子开关DK1的1头相连接。电子开关DK1的2头和D1的负极、D2的正极、C2的负级以及二极管Da22、Db22、DC22的正极相连接。二极管Da21、Db21、Dc21的负极和电容器C1的负极和二极管D1的正极以及输出负端子Uo-相连接。

第二组基本低压电源中的第2组次级绕组由N2a2、N2b2、N2c2构成，N2a2、N2b2、N2c2的1头相连接，N2a2的2头和整流二极管Da12的正极以及Da22的负极相连接；N2b2的2头和整流二极管Db12的正极以及Db22的负极相连接；N2c2的2头和整流二极管Dc12的正极以及Dc22的负极相连接。整流二极管Da12、Db12、Dc12的负极和电感器L2的1头相连接。电感器L2的2头和电容器C2的正极以及电子开关DK2的1头相连接。电子开关DK2的2头和二极管D2的负极相连接。

第3组至第19组变压器绕组各组所对应的整流桥，滤波电感器L、滤波电容C以及电子开关等的接线方式和第1组绕组以及整流桥，滤波电感器、电容以及电子开关等的接线方式相类似。

第二十组基本低压电源中的第20组变压器的次级绕组N2a20、N2b20、N2c20的1头相连接，N2a20的2头和整流二极管Da120的正极以及Da220的负极相连接，N2b20的2头和整流二极管Db120的正极以及Db220的负极相连接，D2c20的2头和整流二极管Dc120的正极以及Dc220的负极相连接。整流二极管Da120的负极、Db120的负极、Dc120的负极以及电感器L20的1头相连接。电感器L20的2头和电容C20的正极以及电子开关DK20的1头相连接。DK20的2头和二极管D20的负极以及电源输出正端子Uo+相连接。二极管Da220、Db220、Dc220的负极和电容C20的负极以及D20的负极相连接。

如以输出额定电压为20KV为例：图1所示电路的变压器次级只有一组绕组，其每个绕组的电压约为交流20KV，与之对应的整流桥为高压整流桥，高压滤波电容C1以及抑制高压纹波的电感L1所组成。

而图4所示电路，在变压器的次级有20组低压绕组所组成，其每相交流电压约为1KV，与每组绕组对应的是由低压整流二极管组成的低压整流桥，以及由低压电容器C和低纹波抑制的电感L所组成的低压滤波电路以及低电压的电子开关DK等组成。图4所示电路的实质是：电源输出电压是由20组独立的低压电源首尾相串连而形成的。第一组低压电源是由三相绕组N2a1、N2b1、N2c1提供交流电动势，由Da11～Dc21等六只二极管组成低压整流桥，由L1、C1组成低压滤波电路，形成低压直流电压经电子开关DK1输出，从而形成第一组独立的直流电源，同理变压器次级共20组绕组，因而可形成20个独立的整流电源。每个独立的电源输出电压约为1KV，这样20组独立的电源串联起来，并且电子开关DK1～DK20全部开通，即可得到最高输出电压为20KV的直流电压。该电源中的20个电子开关，受电源中的数字信号控制器通过光钎传导技术对20个电子开关进行有序的开或关的控制，实现可控硅电源的连续可调功能，并保持较高的功率因数和较小的对电网的污染。

图4中，D1～D20为导流二极管，分别反向连接在各基本低压电源的输出正端子和输出负端子上。

Claims

1.一种提高可控硅电源功率因数的主电路，包括连接在三相工频电压上的三对可控硅和三组变压器初级绕组；其特征在于所述变压器设有至少两组次级绕组；每组次级绕组与一个三相全波整流桥和一个电感器、一个电容器、一个电子开关和一个导流二极管构成一个基本低压电源，每个基本低压电源中的次级绕组所连接的三相全波整流桥的输出正极与电感器串联后分别与电容器的正极和电子开关的一端相连接，电子开关的另一端连接在该基本低压电源输出正端子上，次级绕组的三相全波整流桥的输出负极和所述电容器的负极分别连接在该基本低压电源输出负端子上，在该基本低压电源中的导流二极管反向连接在该基本低压电源的输出正端子和输出负端子上。