CN2904463Y

CN2904463Y - 交流功率调节开关

Info

Publication number: CN2904463Y
Application number: CN 200620119878
Authority: CN
Inventors: 张镇强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2016-06-16

Abstract

本实用新型公开的交流功率调节开关包括两个四象限可控交流电力开关，该两个四象限可控交流电力开关串联，形成具有三个端点的电力开关结构，该两个四象限可控交流电力开关串联后的两端分别为交流电源参考地及交流电源输入端，两个四象限可控交流电力开关的连接节点为交流电源输出端，其中，每一四象限可控交流电力开关具有两个控制端，两控制端控制四象限可控交流电力开关的双向关断、正向导通、反向导通及双向导通四种状态。如上所述，本实用新型采用自动续流的可关断交流功率调节开关，实现对交流电源进行纯正弦功率调节，使大功率交流电源调节实现高频化、小型化，并适应阻性、容性、感性等一切类型负载。

Description

交流功率调节开关

技术领域

本实用新型涉及电子电路装置，尤其涉及交流功率调节开关。

背景技术

交流功率调节技术，广泛应用于电力稳压调压，马达控制节能与保护，商场城市道路等灯光的控制节能与保护，工农业生产、日常生活，科研设备，以及需要交流电源的一切领域和场所。

对交流电源的调节，现有技术主要有两种：可控硅(SCR)移相触发调节，变压器或电感的电磁调节。

可控硅(SCR)电源调节技术，因SCR有优良的电流过零自关断特性，因而能很好适应交流阻性及感性负载，其模块化结构具有体积小，结构紧凑，便于嵌入控制等优点。但SCR对有电容的负载，触发导通时，往往产生电流浪涌(电容电压不允许突变，电感电流不允许突变，否则将产生浪涌电流和电压)，无法适应，不是烧毁用电设备就是烧毁控制设备。SCR对交流电源的调节，由于输出电压严重斩波畸变，过多采用SCR移相触发控制，将导致电网波形畸变，电磁污染十分严重、被控设备受冲击影响寿命、电网功率因数低，电力调度困难，并大大增加电力系统故障。在我国很多城市已明文禁止使用SCR电源调节产品。一方面，现代电器的多元化，很难保证负载端设备内绝对无电容，同时，绿色电源也要求对感性负载或电网进行就地电容补偿。SCR移相调节技术应用越来越受到限制。

用变压器或电感的电磁调节技术，其应用历史悠久并且十分成熟，能适应所有类型负载，输出电压为纯正弦波，电磁兼容性好。但其自身功耗大效率低，体积大，噪音大，笨重，调节困难，响应速度慢，控制精度低。采用自藕多抽头功率开关或接触器切换调节，成本高，可靠性低，调节精度低，采用碳刷调节，故障率高，维护困难。电磁调节技术同样无法满足现代功率设备对电源调节的要求。

如上所述，目前交流电源调节技术的落后，严重影响能源的有效使用，影响到电网波动对设备的安全以及设备的寿命。在节能与环保越来越重视的今天，迫切需要一种理想的，现代的，电磁兼容的，对交流电源进行调节的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对传统技术的缺陷，提供一种新型交流功率调节开关。

为实现上述目的，本实用新型提供的交流功率调节开关包括两个四象限可控交流电力开关，该两个四象限可控交流电力开关串联，形成具有三个端点的电力开关结构，该两个四象限可控交流电力开关串联后的两端分别为交流电源参考地及交流电源输入端，两个四象限可控交流电力开关的连接节点为交流电源输出端，其中，每一四象限可控交流电力开关具有两个控制端，两控制端控制四象限可控交流电力开关的双向关断、正向导通、反向导通及双向导通四种状态。

其中，所述的四象限可控交流电力开关为两个可关断电子器件分别并联续流二极管后反向串联的结构。

其中，所述的四象限可控交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件组成共发射的结构。

其中，所述四象限可控的两端交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件组成共集电极的结构。

其中，所述四象限可控交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件正向串联二极管后反向并联的结构。

其中，所述可关断电子器件为普通晶闸管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GTR)、MOS控制晶闸管(MCT)、V型槽MOS场效应管中的任意一种。

如上所述，本实用新型采用自动续流的可关断交流功率调节开关，实现对交流电源进行纯正弦功率调节，使大功率交流电源调节实现高频化、小型化，并适应阻性、容性、感性等一切类型负载。

附图说明

图1为本实用新型交流功率调节开关的示意图；

图2为本实用新型的单个四象限可控交流电力开关的示意图；

图3至图7均为四象限可控交流电力开关的电路结构图；

图8为本实用新型交流功率调节开关的实际应用图。

附图标记说明如下：2和3表示组成本实用新型的两个四象限可控交流电力开关，D1、D2为四象限可控交流电力开关的输入、输出端，T1、T2为四象限可控交流电力开关的两控制端，AC1为交流功率调节开关的交流电源输入端，N为交流功率调节开关的交流电源参考地，AC2为交流功率调节开关的交流电源输出端，Q1、Q2、Q3、Q4为本实用新型交流功率调节开关的控制端。

具体实施方式

如图2所示，为一种四象限可控交流电力开关的示意图。图中D1、D2为四象限可控交流电力开关的输入、输出端，其中D1、D2均可作为输入或输出端。图中T1、T2为四象限可控交流电力开关的两控制端，为描述方便，假设T1为正向(图2中箭头方向)通断控制端，T2为反向通断控制端，如此，T1、T2的四种组合驱动{T1，T2}＝{0，0}、{0，1}、{1，0}、{1，1}，控制图2中四象限可控交流电力开关的双向关断、反向导通、正向导通及双向导通。

为使得图2中所示的四象限可控交流电力开关更明了、更容易理解，图3、图4、图5、图6及图7提供了五种(不仅限于该五种类型)四象限可控交流电力开关的具体电路结构图。图3、图4提供的四象限可控交流电力开关均为两个可关断电子器件分别并联续流二极管后反向串联的结构。其中，图3的四象限可控交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件组成共发射的结构；图4的四象限可控交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件组成共集电极的结构。图5、图6及图7提供的四象限可控交流电力开关均为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件正向串联二极管后反向并联的结构。其中，所述可关断电子器件可以是(不限于)绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GTR)、MOS控制晶闸管(MCT)、V型槽MOS场效应管中的任意一种。

下面请参阅图1，本实用新型提供的交流功率调节开关包括两个上述四象限可控交流电力开关2、3，两个四象限可控交流电力开关2，3串联，形成具有三个端点的电力开关机构。其中，该两个四象限可控交流电力开关2和3串联后的两端N及AC1分别为交流电源参考地及交流电源输入端，两个四象限可控交流电力开关2和3的连接节点为交流电源输出端AC2。而两个四象限可控交流电力开关2和3总计有四个控制端，该四个控制端作为本实用新型交流功率调节开关的四个控制端，在图1中标示为Q1、Q2、Q3、Q4。

对交流电源，本实用新型交流功率调节开关的工作情况如下：

如图1，N为正弦交流电源的参考地，当交流电源为正半周时，AC1为正，此时让四象限可控交流电力开关2及四象限可控交流电力开关3反向导通，同时四象限可控交流电力开关2进行正向通断PWM斩波，AC2输出高频PWM斩波后的正半周交流电源，后加电感电容LC滤波器，得到降幅后的正弦交流电。当负载为容性时，四象限可控交流电力开关2的反向导通为电容电流提前过零的反向流动提供回馈电网的通道，当负载为感性时，四象限可控交流电力开关2的反向导通为电感电流上半周迟后过零的反向流动提供回馈电网的通道，对电流方向与电压均为正的阻性部分，四象限可控交流电力开关3的反向导通为AC2后接的滤波电感提供续流通道。

当交流电源为负半周时，AC1为负，此时让四象限可控交流电力开关2、四象限可控交流电力开关3正向导通，同时四象限可控交流电力开关2进行反向通断PWM斩波，AC2输出高频PWM斩波后的负半周交流电源，后加电感电容LC滤波器，得到降幅后的正弦交流电。当负载为容性时，四象限可控交流电力开关2的正向导通为电容电流提前过零的正向流动提供回馈电网的通道，当负载为感性时，四象限可控交流电力开关2的正向导通为电感电流上半周迟后过零的正向流动提供回馈电网的通道，对电流方向与电压均为负的阻性部分，四象限可控交流电力开关3的正向导通为AC2后接的滤波电感提供续流通道。

如图8所示，本实用新型交流功率调节开关在使用时，四个控制端Q1、Q2、Q3、Q4与智能控制模块的控制端连接，交流电源输出端AC2并联LC滤波电路及自偶变压器。输入交流电时，当AC1为正时，Q2、Q4提供续流通道，Q1进行PWM或PFM暂波；当AC1为负时，Q1，Q3提供续流通道，Q2进行PWM或PFM暂波，从AC2输出暂波后的交流，通过LC器滤波后得到调节后的纯正弦交流电，经过自偶变压器升压后供给负载，智能控制模块用于负载电压或电流取样反馈控制，以及通信和智能控制，通过智能控制自动完成对感性负载的续流和容性负载的电网回馈。实现对交流电源的高频PWM斩波或PFM斩波。

如上所述，本实用新型具有如下有益效果：

(1)首次实现了采用电力电子技术对交流电源进行纯正弦功率调节。并适应阻、容、感性及混合负载。

(2)可采用高频PWM调制，制作的产品体积小、重量轻，自身功耗低，调节性能好。

(3)采用模块结构，并符合三相四线及单相布线规则，可应用于大功率单相及三相电力稳压和调压节能，不影响原有厂区布线。

(4)可制作的调压稳压电源功率大小不受限制。

(5)输出为纯正弦波，电磁兼容性好，无干扰谐波。

(6)结构简单紧凑，便于模块化和嵌入控制，实现IPM(智能功率模块)。

(7)内部无可能出现的共态导通的开关，工作时内部器件无高压和浪涌电流，安全可靠。

(8)由于输出纯正弦波，适应所有负载，并具有体积小重量轻，控制性能好，设计功率不受限制等优点，应用范围非常广泛，如交流稳压器，稳压降压节能，设备保护，功率调节，马达软启动控制与节能保护，商场车间、城市灯光的控制与节能保护等，以及需要交流电源稳定调节、节能的一切领域。

Claims

1.一种交流功率调节开关，其特征在于：包括两个四象限可控交流电力开关，该两个四象限可控交流电力开关串联，形成具有三个端点的电力开关结构，该两个四象限可控交流电力开关串联后的两端分别为交流电源参考地及交流电源输入端，两个四象限可控交流电力开关的连接节点为交流电源输出端，其中，每一四象限可控交流电力开关具有两个控制端，两控制端控制四象限可控交流电力开关的双向关断、正向导通、反向导通及双向导通四种状态。

2.如权利要求1所述的交流功率调节开关，其中，所述的四象限可控交流电力开关为两个可关断电子器件分别并联续流二极管后反向串联的结构。

3.如权利要求1所述的交流功率调节开关，其中，所述的四象限可控交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件组成共发射的结构。

4.如权利要求1所述的交流功率调节开关，其中，所述四象限可控交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件组成共集电极的结构。

5.如权利要求1所述的交流功率调节开关，其中，所述四象限可控交流电力开关为两个分别并联有续流二极管的可关断电子器件正向串联二极管后反向并联的结构。

6.如权利要求2至5任意一项所述的交流功率调节开关，其中，可关断电子器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、集成门极换向晶闸管(IGCT)、门极关断(GTO)晶闸管、电力晶体管(GTR)、MOS控制晶闸管(MCT)、V型槽MOS场效应管中的任意一种。