一种三相交流斩波器制造技术

一种三相交流斩波器，连接于三相交流电压源与负载之间，可以提供与输入电压相位相同，幅值变化的电压到负载，其包括：输入滤波电路、半导体开关电路、输出滤波电路，电压极性检测器、开关控制逻辑电路。其中，电压极性检测器的输入端与三相交流电压源相连接，用于检测三相交流电压源的线电压极性，并将检测到的线电压极性信号发给所述开关控制逻辑电路。开关控制逻辑单元根据电压极性检测器发来的电压极性信号，控制半导体开关电路状态的切换。由于本发明专利技术的开关控制方法使斩波器在“有源”模式与“续流”模式之间转换时，没有负载中线路电流失去回路的情况发生，因此不会因为过大的电流变化率而在负载和线路电感上产生尖峰电压而导致半导体开关损坏。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三相交流斩波器装置，特别是针对采用开关方式将输入交流电压进行幅度调整并输出的变换器。
技术介绍
相控整流技术作为一种比较成熟的交流调压技术，已在许多场合取代电磁类调压技术，获得了广泛应用。但是相控整流技术具有许多不可克服的缺陷，如受触发角影响功率因数较低、动态响应速度慢、输出低次谐波丰富以及严重的电网谐波电流污染等。近年来基于直流斩波器简单拓扑的交流斩波器成为了一个新的研究热点。交流斩波控制调压技术具有仅取决于负载的功率因数、动态响应速度快、线性调压范围宽以及输入输出易于滤波和波形高度正弦化等优点，可应用于大功率、快速调压等领域。图1是一种使用开关的方式进行直流电压变换的直流斩波电路示意图，开关K1、 开关K2是一个全控开关器件，可以在任意时间开通和关断。电感Ltl是储能器件，M为负载。 当该斩波电路应用于DC/DC变换时，输入电压与输出电流极性均不发生变化。电路工作时， 首先开关Kl开通，同时开关K2关断，输入电源通过开关Kl向Ltl充电，iL按指数曲线增大。 然后开关Kl关断，同时开关K2开通，电感Ltl中的电流通过开关K2续流，k呈指数曲线下降。储能电感Ltl越大，电流k的波动越小。在DC/DC变换中，为了简化电路，如图2所示， 开关K2也可以是一个二极管D，二极管的阴极接到开关Kl与储能电感Ltl之间，二极管的阳极接输入电源的负极。这样，开关Kl在开通对Ltl充电时，二极管D反向偏置，没有电流流过二极管D。开关Kl关断时，二极D管正向偏置，Ltl中的电流通过二极管D续流。直流斩波电路的工作波形如图3所示。直流斩波电路是工作在输入电压和输出电流的一个象限中。而交流斩波器工作在输入电压与负载电流的四个象限中，使用的开关必须是双向的，这就需要更复杂的拓扑结构和开关控制方法。目前交流斩波器已经有很多拓扑结构和控制方法。图4所示的电路拓扑就是一种比较受欢迎的三相斩波器拓扑结构。为了能在输入电压的正负两个半波都进行开关调制，在交流斩波器中开关必须是双向可控的。图4中，开关Si、开关S2、开关S3、开关 S4、开关S5、开关S6为单向开关，它们分别由一个IGBT和一个反向并联的二极管组成。当开关Si、S3、S5导通，同时开关S2、S4、S6截止时，电路工作在“有源”模式，根据电路电流的方向，或交流电源向负载电路充电或者负载电路向交流电源馈电。当开关S2、S4、S6导通，同时开关Si、S3、S5截止时，电路工作在“续流”模式，负载与电源断开。如果采用某种开关控制策略，使电路在“有源”模式和“续流”模式之间切换时，就实现了对输入电压的斩波调压。在图4中可以看出，电路在“有源”模式和“续流”模式之间切换时，需要在关断 Tl或T2中一组开关的同时，开通其中另一组开关。但是，由于实际的绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)并非理想开关，在IGBT开通时会存储大量电荷，存储的电荷在IGBT关断复位时会需要一定的时间，当一个控制信号使一个IGBT截止同时使另一个IGBT导通时，被实施截止的IGBT中的电流就会再持续一段时间，这样就会发生Tl和T2同时导通而使电路短路的情形，会造成IGBT的损坏。为了防止这种情况的发生，在开关状态转换时，需要插入一小段时间使所有的开关都关断，这段时间被称为“死区时间”。但是，所有的开关同时关断会带来另外一个问题。在斩波电路中常用电感作为续流和储能器件，同时线路中也存在一定的电感， 当电路中电感电流会失去回路时，电感两端会产生可能使IGBT损坏的尖峰电压。一般通过缓冲电路抑制电压尖峰，或箝位电路将尖峰电压箝位，也因此而带来了缓冲电路损耗，或箝位功率损耗，这种损耗随着开关频率的增高成线性增长，并随着电压和电流的增大成指数型增长。因此，这种方法只适用于中、小功率阻性负载交流调压领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三相交流斩波器，该斩波器通过在特定的时刻获取输入电压极性信息，并根据该信息控制开关的切换顺序，使斩波器在工作模式切换时，负载线路中电流始终存在回路。斩波器在工作过程中，只在“有源”模式和“续流”模式之间切换时刻，才获取电压极性信息，而在斩波器器进入“有源”或“续流”模式后，斩波器的状态与输入电压极性无关，增强了系统的稳定性，同时减小了输入电源短路的可能性。而且，斩波器在工作模式切换时，负载线路中电流始终存在回路，不会产生很高的电流变化率，避免了在负载和线路电感上产生尖峰电压，防止开关器件损坏。为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案本专利技术的三相交流斩波换器，连接于三相交流电压源与负载之间，可以提供与输入电压相位相同，幅值变化的电压并输出到负载，其包括输入滤波电路、半导体开关电路、 输出滤波电路，还包括电压极性检测器、开关控制逻辑电路；输入滤波电路串联在三相交流电压源与半导体开关电路的输入端之间；输出滤波电路串联在半导体开关电路的输出端与负载之间；所述半导体开关电路是一个三相桥式开关电路，包括六个具有单向导通和截止能力的半导体开关器件，并且每一个半导体开关都与一个二极管反相并联；三相桥式开关电路由三个桥臂组成，每个桥臂由两个半导体开关串联组成，其中一个在该桥臂中称为上桥臂的半导体开关的阳极与另一个在该桥臂中称为下桥臂的半导体开关的阴极相连接；三个桥臂的下桥臂半导体开关的阴极连接到一点；三个桥臂的上桥臂半导体开关的阳极分别为三相桥式开关电路的三相输入的端；三个桥臂的上下桥臂连接点分别为三相桥式开关电路的三相输出端；所述电压极性检测器的输入端与三相交流电压源相连接，用于检测三相交流电压源的线电压极性，并将检测到的线电压极性信号发给所述开关控制逻辑电路；所述开关控制逻辑电路能够控制半导体开关电路在“有源”模式与“续流”模式之间转换；所述“有源”模式是指三相桥式开关电路中所有上桥臂半导体开关处于导通状态， 所有下桥臂半导体开关处于截止状态；所述“续流”模式是指三相桥式开关电路中所有上桥臂半导体开关处于截止状态，所有下桥臂半导体开关处于导通状态；所述开关控制逻辑电路根据输入电源电压极性信号，在控制半导体开关电路在“有源”模式与“续流”模式之间转换时，没有负载中线路电流失去回路的情况发生。在本专利技术的三相交流斩波器中，所述半导体开关可以是双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物场效应管晶体管、磁控管、或门控断流器中的一种。本专利技术的三相交流斩波器的开关控制方法。所述三相交流斩波换器包括输入滤波电路、半导体开关电路、输出滤波电路、电压极性检测器、开关控制逻辑电路；输入滤波电路串联在三相三线交流电压源与晶体管开关电路的输入端之间；输出滤波电路串联在半导体开关电路的输出端与负载之间；所述半导体开关电路是一个三相桥式开关电路，包括六个具有单向导通和截止能力的半导体开关器件，并且每一个半导体开关都与一个二极管反相并联；三相桥式开关电路由三个桥臂组成，每个桥臂由两个半导体开关串联组成，其中一个在该桥臂中称为上桥臂的半导体开关的阳极与另一个在该桥臂中称为下桥臂的半导体开关的阴极相连接；三个桥臂的下桥臂半导体开关的阴极连接到一点；三个桥臂的上桥臂半导体开关的阳极分别为三相桥式开关电路的三相输入的端；三个桥臂的上下桥臂连接点分别为三相桥式开关电路的三相输出端；所述电压极性检测器的输入端与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曼苏乐，
申请(专利权)人：上海威曼电气科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：