CN203206128U

CN203206128U - 一种三相变换单相交流电装置

Info

Publication number: CN203206128U
Application number: CN 201220703881
Authority: CN
Inventors: 张炜; 毛书凡; 孟凡斌; 李香龙
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2022-12-18

Abstract

本实用新型提供一种三相变换单相交流电装置。该装置主要包括整流与滤波电路、变换电路、电压检测电路、控制电源电路、隔离驱动电路、正弦波控制电路、脉宽调制电路和驱动电路。利用自关断器件的可关断特性，将三相交流电经六只二极管组成的三相全桥整流后与公共地端分为正半周期直流电支路和负半周直流电支路；由两只反向并联有二极管的自关断器件分别控制两路整流后的正和负半周期直流电进行双极性SPWM脉宽调制，再经LC回路滤波成接近正弦波的单相交流电供用户使用。本实用新型由于采用无变压器的变换电路，具有体积小、效率高、成本低和自动稳压等优点，适合功率较大的单相用户使用，尤其适合为楼宇供电。

Description

一种三相变换单相交流电装置

技术领域

本实用新型属于电力电子技术应用领域，尤其是利用电力电子自关断器件将三相交流电变换单相交流电，具体讲是一种三相变换单相交流电装置。

背景技术

目前，普遍应用的是三相交流电，这是因为和单相交流电相比，三相交流电有很多优点：首先，在发电和输配电及电能转换成机械能等方面优势明显；其次，制造三相发电机和变压器比制造容量相同的单相发电机和变压器省材料，且构造简单、性能优良；再者同样材料制造的三相电机，其容量比单相电机大50％，运行特性好。但有些用电设备如单相电动机和交流电焊机等及照明、民用和办公设备都是单相供电，供电过程中采用电源变压器的抽头调整输出电压，导致电压不稳定。如果采用三相供电，不仅线路复杂，成本也会提高，造成不必要的浪费；在使用时还会造成三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，且会增加变压器损耗，甚至烧毁变压器。虽然利用普通逆变器可以将三相交流电转换成单相交流电，但逆变器存在结构复杂、成本高、效率低等缺点，只能应用于特殊场合。如何能将现场应用的三相交流电变换成单相交流电并具有稳压功能，且简单实用；既能保持三相交流电输电的优势，又能合理利用电能，是研究人员多年来一直努力解决的难题。

实用新型内容

针对上述情况，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种三相变换单相交流电的装置。该装置利用自关断器件的可关断特性，将三相交流电经六只二极管组成的三相全桥整流后与公共地端分为正半周期直流电支路和负半周直流电支路；由两只反向并联有二极管的自关断器件分别控制两路整流后的正和负半周期直流电进行双极性SPWM脉宽调制，再经LC回路滤波成接近正弦波的单相交流电供用户使用。本实用新型电路采用无变压器的变换电路进行直流到交流的变换，简化了变换电路，降低了成本，并采取输入输出端共地满足供电要求，克服了现有的逆变器的缺点，满足了市场的迫切需求。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，一种三相变换单相交流电装置主要包括整流与滤波电路、变换电路、电压检测电路、控制电源电路、隔离驱动电路、正弦波控制电路、脉宽调制电路和驱动电路。

所述的整流与滤波电路由整流二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6组成三相桥式电路Q、滤波电容器C1和C2、滤波电感L1和L2构成；所述的变换电路由自关断器件T1和T2、二极管D7和D8、电感L3及滤波电容器C3构成；所述的电压检测电路由电阻R及发光管G1和G2构成；所述的控制电源电路由控制变压器B及整流稳压电路E1和E2构成；所述的隔离驱动电路由放大电路和光电接收管G31构成；所述的脉宽调制电路由光电接收管G11和G21及SPWM控制器构成；所述的驱动电路由放大电路构成。

本装置的电路结构和各电路的连接方式为：所述的整流与滤波电路内的滤波电感L1和所述的变换电路内的自关断器件T1的阳极相接，自关断器件T1的阴极与所述的控制电源电路内的整流稳压电路E2的负极相接；自关断器件T1的控制极h与所述的驱动电路的f端相接；所述的变换电路内的自关断器件T2的阳极与所述的控制电源电路内的整流稳压电路E1的负极相接；自关断器件T2的控制极i与所述的隔离驱动电路的g端相接；所述控制电源电路的控制变压器B的次级线圈的两个绕组分别连接到整流稳压电路E1和E2，整流稳压电路E1的正负极分别连接到所述的隔离驱动电路，整流稳压电路E2的正负极分别连接到所述的正弦波控制电路、所述的脉宽调制电路和所述的驱动电路；所述的脉宽调制电路的b端连接到所述的正弦波控制电路的a端，所述的驱动电路的e端连接到所述的脉宽调制电路的d端；所述的脉宽调制电路的c端连接到发光管G3的正极。

在上述方案中，所述三相A、B和C电源端子分别与整流与滤波电路内的桥式整流电路Q的三个输入端相连接，所述的整流与滤波电路内的整流二极管D1、D2和D3的负极连接后与滤波电感L1的一端相接，滤波电感L1的另一端连接到滤波电容器C2的一端，滤波电容器C2的另一端与公共地端相接组成正电源滤波电路，向所述的变换电路的正电支路供电；三只二极管D4、D5和D6的正极相连后与滤波电感L2的一端相连，L2的一端连接到滤波电容器C2的一端，滤波电容器C2的另一端与公共地相连接组成负电源滤波电路向变换电路的负电支路提供电。

在上述方案中，所述的变换电路由正负电两条支路组成，正电支路中，自关断器件T1的阴阳极与二极管D7的正负极反向并联，自关断器件T1的阳极与所述的整流与滤波电路内的滤波电感L1的一端相接，阴极与电感L3的一端相连，电感L3的另一端与滤波电容器C3的一端相接，滤波电容器C3的另一端与公共地端N相接；负电支路中，自关断器件T2的阴阳极与二极管D8的正负极反向并联，自关断器件T2的阴极与所述的整流与滤波电路内的滤波电感L2的一端相接，阳极与电感L3的一端相接。

在上述方案中，所述的正弦波控制电路内设有标准50赫兹正弦波信号源，通过a端向所述的脉宽调制电路提供50赫兹电压波形，或利用市电交流电源为信号源。

在上述方案中，所述的脉宽调制电路内的光电接收管G11和G12由所述的电压检测电路内的发光管G1和G2光电耦合后，分别将输出端L的交流正负半周期电压值经脉宽调制电路内的SPWM控制器进行双极性脉宽调制；调制后的脉冲波形，一路由d端传给所述驱动电路内e端，另一路由c端经发光管G3与所述的隔离驱动电路的光电接收管G31耦合。

在上述方案中，所述的驱动电路将所述的脉宽调制电路传来的脉冲波形放大后，经f端输出到所述的变换电路内的自关断器件T1的控制极h，控制自关断器件T1开关式工作。

在上述方案中，所述的隔离驱动电路内的光电接受管G31将所述的脉宽调制电路经发光管G3传来的脉冲波形耦合后放大，由g端输出到所述的变换电路内的自关断器件T2的控制极i，控制自关断器件T2开关式工作。

本实用新型的有益效果在于，将三相交流电经三相桥式整流后的正负电压分开，与公共地组成正支路正电压和负支路负电压作为变换电路供电源，使变换电路简化；整流后的电流分别在正负半周期流经各自电路的滤波电感，降低了整流和滤波损耗，进而提高了效率；采用两只发光二极管和两只光电接收管耦合，分别将正负半周期输出的电压波形及时准确的传给脉宽调制电路内的SPWM控制器与标准正弦波进行比较，SPWM控制器将调制后的脉冲波形传给两只自关断器件，控制两只自关断器件的开关工作，提高了输出波形、变换频率及输出电源的质量；变换电路没有采用变压器进行变换，极大的提高了变换效率，缩小整个电路的体积。

本实用新型由于采用上述与已有技术不同的结构和组成，实现了三相交流电源转换单相交流电源。用本实用新型制成的三相交流电源转换单相交流电源路具有成本低、体积小、重量轻及效率高等优点，尤其适用于制作楼宇供电设备。

附图说明

图1三相交流电源转换成单相交流电源的电路原理图

图中标号：

1 整流与滤波电路

2 变换电路

3 电压检测电路

4 控制电源电路

5 隔离驱动电路

6正弦波控制电路

7脉宽调制电路

8驱动电路

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本实用新型做进一步详细说明。

本实用新型是一种三相变换单相交流电装置。图一是三相变换单相交流电源装置的电路原理图。该装置由输入端子A、B、C与公共地端N、整流与滤波电路1、变换电路2、电压检测电路3、控制电源电路4、隔离驱动电路5，正弦波控制电路6，脉宽调制电路7，驱动电路8、输出端子L组成。所述的整流与滤波电路1由整流二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6组成的三相整流桥Q、滤波电容器C1和C2、滤波电感L1和L2构成；所述的变换电路2由自关断器件T1和T2、二极管D7和D8、滤波电感L3及滤波电容器C3构成；所述的电压检测电路3由电阻R及发光管G1和G2构成；所述的控制电源电路4由控制变压器B及整流稳压电路E1和E2构成；所述的隔离驱动电路5由放大电路和光电接收管G31构成；所述的脉宽调制电路7由光电接受管G11和G21及PWM控制器构成；所述的驱动电路8由放大电路构成。

工作时，三相交流电由输入端子A、B和C和公共地端N接入，经整流与滤波电路1内的整流二极管D1、D2和D3整流和滤波电感L1和滤波电容器C1滤波后，为变换电路2提供正半周期直流电源；经整流二极管D4、D5和D6整流和滤波电感L2和滤波电容器C2滤波后，为变换电路2提供负半周期直流电源。滤波电容器C1和C2应选择DC-LINK直流支承式，以减小体积，提高使用寿命。

正弦波控制电路6向脉宽调制电路7发出正弦波，电压检测电路3经发光二极管G1和G2检测到的输出电压波形和通过脉宽调制电路7的光电接收管G11和G12耦合的波形进行比较，得出一定宽度的脉冲，经驱动电路8和隔离驱动电路5分别驱动变换电路2内的自关断器件T1和T2在50赫兹交流电的正负半周期内以5KHZ-100KHZ较高频率进行双极性SPWM脉宽调制开关工作，实现由直流电到交流电的转换。变换电路2内的二极管D7将自关断器件T1关断瞬间存储在电感L3中的能量释放回电容器C2，同时避免自关断器件T1承受反向电压，二极管D8将自关断器件T2关断瞬间存储在电感L3中的能量释放回电容器C1，同时避免自关断器件T2承受反向电压。

由于本实用新型在变换电路2中采用由直流电无变压器直接变换成交流电，减小了由变压器产生的损耗。由于装置具有自动稳压功能，如三相供电电压大于等于输出电压的百分之二十，即可为单相用户提供稳定的单相交流电。如需要输出电源与电网隔离时，应在输出端与公共端加装隔离变压器。用本实用新型制成的三相交流电转换成单相交流电装置，具有体积小，效率高、成本低和自动稳压等优点，适合功率较大的单相用户使用，尤其适合为楼宇供电。

Claims

1.一种三相变换单相交流电装置，其特征在于该装置由整流与滤波电路(1)、变换电路(2)、电压检测电路(3)、控制电源电路(4)、隔离驱动电路(5)、正弦波控制电路(6)、脉宽调制电路(7)和驱动电路(8)组成；本装置的电路结构和各电路的连接方式为：所述的整流与滤波电路(1)内的滤波电感L1和所述的变换电路(2)内的自关断器件T1的阳极相接，自关断器件T1的阴极与所述的控制电源电路(4)内的整流稳压电路E2的负极相接；自关断器件T1的控制极h与所述的驱动电路(8)的f端相接；所述的变换电路(2)内的自关断器件T2的阳极与所述的控制电源电路(4)内的整流稳压电路E1的负极相接；自关断器件T2的控制极i与所述的隔离驱动电路(5)的g端相接；所述控制电源电路(4)的控制变压器B的次级线圈的两个绕组分别连接到整流稳压电路E1和E2，整流稳压电路E1的正负极分别连接到所述的隔离驱动电路(5)，整流稳压电路E2的正负极分别连接到所述的正弦波控制电路(6)、所述的脉宽调制电路(7)和所述的驱动电路(8)；所述的脉宽调制电路(7)的b端连接到所述的正弦波控制电路(6)的a端，所述的驱动电路(8)的e端连接到所述的脉宽调制电路(7)的d端；所述的脉宽调制电路(7)的c端连接到发光管G3的正极；所述的变换电路(2)由正负两条支路组成，正电支路中，自关断器件T1的阴阳极与二极管D7的正负极反向并联，自关断器件T1的阳极与所述的整流与滤波电路(1)内的电感L1的一端相接，阴极与电感L3的一端相连，电感L3的另一端与滤波电容器C3的一端相接后与输出端L相连接，电容器C3的另一端与公共地端N相接；负电支路中，自关断器件T2的阴阳极与二极管D8的正负极反向并联，自关断器件T2的阴极与所述的整流与滤波电路(1)内的电感L2的一端相接，阳极与电感L3的一端相接；脉宽调制电路(7)内的光电接收管G11和G12由所述的电压检测电路(3)内的发光管G1和G2光电耦合后，分别将输出端L的交流正负半周期电压值经脉宽调制电路(7)内的SPWM控制器进行双极性脉宽调制；调制后的脉冲波形，一路由d端传给所述驱动电路(8)内e端，另一路由c端经发光管G3与所述的隔离驱动电路(5)的光电接收管G31耦合。