CN203104312U

CN203104312U - 一种便携式汽油发电机可控整流装置

Info

Publication number: CN203104312U
Application number: CN 201220699662
Authority: CN
Inventors: 徐凯; 陈毅光; 何卫彬
Original assignee: 715th Research Institute of CSIC
Current assignee: 715th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2022-12-17

Abstract

本实用新型公开了一种便携式汽油发电机可控整流装置，包括用于三相半控桥式整流的整流电路、比较电路、触发电路、用于在过压情况下可拉低可控硅的触发脉冲电平关断可控硅实现过压保护的保护电路，整流电压U_o由触发电源参考电压U_ref、门限比较器内部阀值U_ref2以及分压电阻R1、R2设定；便携式汽油发电机输出交流电的整流电压U_o和触发电源参考电压U_ref进行比较，通过门限比较器U1、三极管Q1和三极管Q2产生触发脉冲，对三相半控桥按集中统一方式进行触发。本实用新型的有益效果是：采用集中统一方式触发可控硅，无须提取同步信号，能输出稳定的高压直流电，具有过压保护的功能，同时获得较高的电压利用率和输出功率，具有电路结构简单、可靠性高的特点。

Description

一种便携式汽油发电机可控整流装置

技术领域

本实用新型涉及一种整流装置，更具体说，它涉及一种便携式汽油发电机可控整流装置。

背景技术

便携式汽油发电机输出的交流电频率范围在300Hz～550Hz，输出电压最大可达600V，需要将其输出的交流电转换成高压直流电，再使用逆变电路将直流变换成规定幅度、频率的交流输出。但是当负载改变时，会引起便携式汽油发电机输出的三相交流电幅值、频率均在一定范围内变化，使得上述高压直流电难以稳定。为获得稳定的输出电压，一般通过可控整流。其常用的方法是在可控硅承受正向电压的时间内，改变控制极触发脉冲的输入时刻，输出直流电压的大小就随之改变，具体实现时触发脉冲的输入时刻需要由同步信号来给定。现有技术中，常采用同步变压器进行隔离和相位匹配，但设备重量大、元器件多且成本高。或为了简化电路而采用无需变压器的同步电路，但同步信号的检测是通过带迟滞的过零比较获取的，当负载加重时，便携式汽油发电机输出的相电压接近阶梯波，相邻两相电压有近60°的重合。波形畸变的影响导致过零点不确定，造成了相位损失，自然换相角的检测就会存在误差，导致触发控制角范围受限。随着负载加大，输出电压的利用率下降，难以获得便携式汽油发电机的最大功率输出。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种解决便携式汽油发电机因负载变化而引起的直流电压不稳定，电路设计简洁、工作可靠、稳压性能好的便携式汽油发电机可控整流装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。这种便携式汽油发电机可控整流装置，包括用于三相半控桥式整流的整流电路、比较电路、触发电路、用于在过压情况下可拉低可控硅的触发脉冲电平关断可控硅实现过压保护的保护电路，整流电压U_o由触发电源参考电压U_ref、门限比较器内部阀值U_ref2以及分压电阻R1、R2设定；便携式汽油发电机输出交流电的整流电压U_o和触发电源参考电压U_ref进行比较，通过门限比较器U1、三极管Q1和三极管Q2产生触发脉冲，对三相半控桥按集中统一方式进行触发。

作为优选：所述整流电路为三相半控桥式整流电路，包括可控硅SCR1、可控硅.SCR2、可控硅SCR3和二极管D1、二极管D2、二极管D3。可控硅SCR1、可控硅SCR2、可控硅SCR3的阴极接在一起，作为便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。二极管D1、二极管D2、二极管D3的阳极接在一起，作为便携式汽油发电机可控整流装置的负极端。可控硅SCR1 的阳极、二极管D1的阴极和便携式汽油发电机输出端A相连，可控硅SCR2的阳极、二极管D2的阴极和便携式汽油发电机输出端B相连，可控硅SCR3的阳极、二极管D3的阴极和便携式汽油发电机输出端C相连。可控硅SCR1的栅极接电阻R8的一端，可控硅SCR2的栅极接电阻R9的一端，可控硅SCR3的栅极接电阻R10的一端。电阻R8的另一端、电阻R9的另一端和电阻R10的另一端相连。便携式汽油发电机输出端A、B、C相位差为120°。

作为优选：所述比较电路由电容C1、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R12、稳压管Dw1组成。电容C1的一端和电阻R1的一端接触发电源的正极端。电容C1的另一端、稳压管Dw1的阳极、电容C4的一端和电阻R3的一端接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。稳压管Dw1的阴极、电阻R12的一端、电阻R1的另一端和电阻R2的一端相连。电阻R2的另一端接便携式汽油发电机可控整流装置的负极端。电阻R12的另一端接第一门限比较器U1的控制极，作为比较电路输出端接触发电路。

作为优选：所述触发电路由门限比较器U1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R11、三极管Q1、三极管Q2组成。其中三极管Q1的发射极、电阻R4的一端、三极管Q2的集电极接触发电源的正极端。门限比较器U1的阳极、电阻R6的一端、电阻R11的一端接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。门限比较器U1的阴极、电阻R4的另一端和电阻R5的一端相连。三极管Q1的集电极、电阻R6的另一端和电阻R7的一端相连。三极管Q1的基极与电阻R5的另一端相连。三极管Q2的基极与电阻R7的另一端相连。三极管Q2的发射极和电阻R11的另一端接电阻R8、电阻R9、电阻R10的一端作为触发电路输出端接整流电路。

作为优选：所述保护电路由门限比较器U2、三极管Q3、稳压管Dw2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C5组成。其中三极管Q3的发射极、门限比较器U2的阳极、电阻R15的一端、电容C5的一端、稳压管Dw2的阳极接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。电阻R16的一端、电容C5的另一端、电阻R15的另一端接门限比较器U2的控制极。电阻R14的一端和电阻R18的一端接触发电源的正极端。电阻R14的另一端、电阻R13的一端和门限比较器U2的阴极相连。电阻R18的另一端、电阻R17的一端、电阻R16的另一端和稳压管Dw2的阴极相连。电阻R17的另一端接便携式汽油发电机可控整流装置的负极端。三极管Q3的基极和电阻R13的另一端相连。三极管Q3的集电极和触发电路输出端相连。

本实用新型的有益效果是：通过便携式汽油发电机输出交流电的整流电压U_o和触发电源的参考电压U_ref比较，采用集中统一方式触发可控硅，无须提取同步信号，能输出稳定的高压直流电，具有过压保护的功能，同时获得较高的电压利用率和输出功率，具有电路结构简单、可靠性高的特点。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图；

图2为重载情况下相邻相电压波形；

图3为重载情况下相电压与线电压波形；

图4为整流电路的电路示意图；

图5为整流电路三相半控桥导通电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。虽然本实用新型将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本实用新型限制在所述实施例中。相反，本实用新型将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本实用新型的范围内的替换物、改进型和等同物。

如图1所示，整流电路为三相半控桥式整流电路，包括可控硅SCR1、可控硅.SCR2、可控硅SCR3和二极管D1、二极管D2、二极管D3。可控硅SCR1、可控硅SCR2、可控硅SCR3的阴极接在一起，作为便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。二极管D1、二极管D2、二极管D3的阳极接在一起，作为便携式汽油发电机可控整流装置的负极端。可控硅SCR1的阳极、二极管D1的阴极和便携式汽油发电机输出端A相连，可控硅SCR2的阳极、二极管D2的阴极和便携式汽油发电机输出端B相连，可控硅SCR3的阳极、二极管D3的阴极和便携式汽油发电机输出端C相连。可控硅SCR1的栅极接电阻R8的一端，可控硅SCR2的栅极接电阻R9的一端，可控硅SCR3的栅极接电阻R10的一端。电阻R8的另一端、电阻R9的另一端和电阻R10的另一端相连。便携式汽油发电机输出端A、B、C相位差为120°。

比较电路由电容C1、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R12、稳压管Dw1组成。电容C1的一端和电阻R1的一端接触发电源的正极端。电容C1的另一端、稳压管Dw1的阳极、电容C4的一端和电阻R3的一端接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。稳压管Dw1的阴极、电阻R12的一端、电阻R1的另一端和电阻R2的一端相连。电阻R2的另一端接便携式汽油发电机可控整流装置的负极端。电阻R12的另一端接第一门限比较器U1的控制极，作为比较电路输出端接触发电路。

触发电路由门限比较器U1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R11、三极管Q1、三极管Q2组成。其中三极管Q1的发射极、电阻R4的一端、三极管Q2的集电极接触发电源的正极端。门限比较器U1的阳极、电阻R6的一端、电阻R11的一端接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。门限比较器U1的阴极、电阻R4的另一端和电阻R5的一端相连。三极管Q1的集电极、电阻R6的另一端和电阻R7的一端相连。三极管Q1的基极与电阻R5的另一端相连。三极管Q2的基极与电阻R7的另一端相连。三极管Q2的发射极和电阻R11的另一端接电阻R8、电阻R9、电阻R10的一端作为触发电路输出端接整流电路。

保护电路由门限比较器U2、三极管Q3、稳压管Dw2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C5组成。其中三极管Q3的发射极、门限比较器U2的阳极、电阻R15的一端、电容C5的一端、稳压管Dw2的阳极接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端。电阻R16的一端、电容C5的另一端、电阻R15的另一端接门限比较器U2的控制极。电阻R14的一端和电阻R18的一端接触发电源的正极端。电阻R14的另一端、电阻R13的一端和门限比较器U2的阴极相连。电阻R18的另一端、电阻R17的一端、电阻R16的另一端和稳压管Dw2的阴极相连。电阻R17的另一端接便携式汽油发电机可控整流装置的负极端。三极管Q3的基极和电阻R13的另一端相连。三极管Q3的集电极和触发电路输出端相连。

便携式汽油发电机可控整流装置的整流输出电压为：

U_{o} = \frac{R_{2}}{R_{1}} * (U_{ref} - U_{ref 2})

式中U_o为整流输出电压，U_ref为触发电源参考电压，U_ref2为门限比较器内部阀值，通过调整电阻R1、电阻R2的阻值和触发电源参考电压U_ref和门限比较器内部阀值U_ref2可精确设定整流电压U_o大小。

其工作原理为：如图4、图5所示，便携式汽油发电机输出三相电U_a、U_b、U_c相位相差120度。在时间t=t₀时刻，U_a=U_b，随后U_a>U_b，此时U_c电压最高，可控硅SCR3导通，可控硅SCR3的阳极电压高于可控硅SCR1和可控硅SCR2的阳极电压，可控硅SCR1和可控硅SCR2阻断，只有可控硅SCR3导通，由于U_b电压最低，二极管D2的阴极电势也最低，二极管D2的阳极也被拉低，这样二极管D1和二极管D3被阻断，电流流经途径：U_c-SCR3-R_L-D2-U_b，即三相整流桥按两相电压差值最大来确定导通情况。当t=t₁时，U_c=U_a，此时可控硅SCR3和可控硅SCR1同时导通，随后U_a上升，U_c下降，而U_b处于最负值，过了t₁时刻，U_a>U_c，从而可控硅SCR1开始导通，可控硅SCR3截止，电流流经途径：U_a-SCR1-R_L-D2-U_b。在t=t₂时刻，U_b=U_c，在该点，二极管D2和二极管D3同时导通，随后U_c<U_b，U_c为最负值，电流流经途径：U_a-SCR1-R_L-D3-U_c。在t=t₃时刻，在该时刻可控硅SCR1和可控硅SCR2同时导通，随后由于U_b>U_a，可控硅SCR1截止，可控硅SCR2导通，可控硅SCR2和二极管D3又形成通路，电流流经途径：U_b-SCR2-R_L-D3-U_c。在t=t₄时刻，U_a=U_c，随后U_c>U_a，U_a最负，可控硅SCR2和二极管D1构成回路，电流流经途径：U_b-SCR2-R_L-D1-U_a。同理，当t=t₅时刻后，电流流经途径：U_c-SCR3-R_L-D1-U_a，当t=t₆时刻后，电流流经途径：U_c-SCR3-R_L-D2-U_b，完成一个循环。

图1中U_in表示便携式汽油发电机输出电压，U_o表示整流输出电压，U_ref表示触发电源的参考电压，可得可控硅触发状态时的关系式：

\frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}} * (U_{ref} + U_{o}) - U_{o} > U_{ref 2}

变换后得：

U_{o} < \frac{R_{2}}{R_{1}} * U_{ref} - \frac{R_{1} + R_{2}}{R_{1}} * U_{ref 2}

式中：U_o：整流输出电压

U_ref：触发电源参考电压

U_ref2：门限比较器内部阀值

一般U_ref2取值较小，上式可简化为：

U_{o} < \frac{R_{2}}{R_{1}} * (U_{ref} - U_{ref 2})

令

U_{ref 0} = \frac{R_{2}}{R_{1}} * (U_{ref} - U_{ref 2})

当U_o<U_ref0时，产生触发脉冲，U_o>=U_ref0时，停止产生触发脉冲。故整流输出电压为：

U_{o} = \frac{R_{2}}{R_{1}} * (U_{ref} - U_{ref 2})

触发脉冲控制可控硅的导通时间，使得便携式汽油发电机输出稳定的高压直流电。当输出直流电高于安全值，三极管Q3导通，可控硅SCR1～SCR3的触发脉冲电平被拉低，可控硅SCR1～SCR3被关断。

Claims

1.一种便携式汽油发电机可控整流装置，其特征在于：包括用于三相半控桥式整流的整流电路、比较电路、触发电路和用于在过压情况下可拉低可控硅的触发脉冲电平关断可控硅实现过压保护的保护电路，整流电压U_o由触发电源参考电压U_ref、门限比较器内部阀值U_ref2以及分压电阻R1、R2设定；便携式汽油发电机输出交流电的整流电压U_o和触发电源参考电压U_ref进行比较，通过门限比较器U1、三极管Q1和三极管Q2产生触发脉冲，对三相半控桥按集中统一进行触发。

2.根据权利要求1所述的便携式汽油发电机可控整流装置，其特征在于：所述整流电路为三相半控桥式整流电路，包括可控硅SCR1、可控硅.SCR2、可控硅SCR3和二极管D1、二极管D2、二极管D3；可控硅SCR1、可控硅SCR2、可控硅SCR3的阴极接在一起，作为便携式汽油发电机可控整流装置的正极端；二极管D1、二极管D2、二极管D3的阳极接在一起，作为便携式汽油发电机可控整流装置的负极端；可控硅SCR1的阳极、二极管D1的阴极和便携式汽油发电机输出端A相连，可控硅SCR2的阳极、二极管D2的阴极和便携式汽油发电机输出端B相连，可控硅SCR3的阳极、二极管D3的阴极和便携式汽油发电机输出端C相连；可控硅SCR1的栅极接电阻R8的一端，可控硅SCR2的栅极接电阻R9的一端，可控硅SCR3的栅极接电阻R10的一端；电阻R8的另一端、电阻R9的另一端和电阻R10的另一端相连；便携式汽油发电机输出端A、B、C相位差为120°。

3.根据权利要求1所述的便携式汽油发电机可控整流装置，其特征在于：所述比较电路由电容C1、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R12、稳压管Dw1组成；电容C1的一端和电阻R1的一端接触发电源的正极端；电容C1的另一端、稳压管Dw1的阳极、电容C4的一端和电阻R3的一端接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端；稳压管Dw1的阴极、电阻R12的一端、电阻R1的另一端和电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端接便携式汽油发电机可控整流装置的负极端；电阻R12的另一端接第一门限比较器U1的控制极，作为比较电路输出端接触发电路。

4.根据权利要求1所述的便携式汽油发电机可控整流装置，其特征在于：所述触发电路由门限比较器U1、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R11、三极管Q1、三极管Q2组成；其中三极管Q1的发射极、电阻R4的一端、三极管Q2的集电极接触发电源的正极端；门限比较器U1的阳极、电阻R6的一端、电阻R11的一端接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端；门限比较器U1的阴极、电阻R4的另一端和电阻R5的一端相连；三极管Q1的集电极、电阻R6的另一端和电阻R7的一端相连；三极管Q1的基极与电阻 R5的另一端相连；三极管Q2的基极与电阻R7的另一端相连；三极管Q2的发射极和电阻R11的另一端接电阻R8、电阻R9、电阻R10的一端作为触发电路输出端接整流电路。

5.根据权利要求1所述的便携式汽油发电机可控整流装置，其特征在于：所述保护电路由门限比较器U2、三极管Q3、稳压管Dw2、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C5组成；其中三极管Q3的发射极、门限比较器U2的阳极、电阻R15的一端、电容C5的一端、稳压管Dw2的阳极接便携式汽油发电机可控整流装置的正极端；电阻R16的一端、电容C5的另一端、电阻R15的另一端接门限比较器U2的控制极；电阻R14的一端和电阻R18的一端接触发电源的正极端；电阻R14的另一端、电阻R13的一端和门限比较器U2的阴极相连；电阻R18的另一端、电阻R17的一端、电阻R16的另一端和稳压管Dw2的阴极相连；电阻R17的另一端接便携式汽油发电机可控整流装置的负极端；三极管Q3的基极和电阻R13的另一端相连；三极管Q3的集电极和触发电路输出端相连。