專利名稱：無損耗電阻器式直流調(diào)壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于便攜式直流電焊機和直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)的直流調(diào)壓裝置。
現(xiàn)有的串聯(lián)型直流調(diào)壓裝置，無論是用晶體管或晶閘管組成的，都存在著可觀的功率損耗，其效率與功率因數(shù)均不佳。因為它的有功功率損耗主要是在電路中的電阻性器件消耗，而無功功率則是由于其輸入端電壓與電流的相位不同所引起的。雖然1990年1月美國電工電子學(xué)會會刊(IEEE TRANSACTION ON CIRCUITS AND SYSTEMS，VOL.37，NO.I，PP，54－60)曾發(fā)表辛格教授(S，SINGER)研制的免損電阻器，但不便于應(yīng)用故未見產(chǎn)品，其缺點首先是它與通常的電阻器形式不同，通常的電阻器是一端口元件而它是兩端口元件(有一組輸入端口和一組輸出端口)使用不方便，另外，它是將輸入端口吸收的功率，不轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而是由?nèi)部的電容器存貯并經(jīng)輸出端口反饋回電源。但要想將有功功率反饋回同一個電源要滿足像反饋電壓必須提得比原電源高，電壓的相位必須相同等條件，故難以得到廣泛使用。而本實用新型涉及的無損耗電阻器在形式上與普通的電阻器一樣，都是一端口元件，因此可以互相替代，使用方便。
本實用新型的目的在于提供一種節(jié)能降耗、結(jié)構(gòu)簡單的無損耗電阻器式直流調(diào)壓裝置。
本實用新型的直流調(diào)壓裝置主要是由電源無損耗電阻器和電氣負載串聯(lián)而成的，
以下結(jié)合附圖對本裝置作詳細敘述附

圖1是無損耗電阻器式直流調(diào)壓裝置的原理電路圖。
其中(1)、(2)、(3)、(4)分別為四個電子開關(guān)；
(5)為由二極管(10)與電容器(10)組成的電子開關(guān)；(6)為由8098單片機與軟件，接口等組成的控制系統(tǒng)；(7)為超導(dǎo)線圈；(8)為續(xù)流二級管；(9)為電氣負載；(10)為開關(guān)(5)的二級管；(11)為開關(guān)(5)的電容器。
附圖2是無損耗電阻器的原理電路圖。
附圖3是無損耗電阻器各開關(guān)觸發(fā)脈沖及各主要參數(shù)變化曲線。
本實用新型的調(diào)壓裝置，關(guān)鍵在于采用無損耗電阻器和電氣負載(9)串聯(lián)而成，而無損耗電阻器包括電子開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，超導(dǎo)線圈(7)和控制系統(tǒng)(6)，其中電子開關(guān)(1)與(4)串聯(lián)，(3)與(2)串聯(lián)，然后互相并聯(lián)結(jié)成橋式接線，開關(guān)(1)、(3)的源極并聯(lián)后接到超導(dǎo)結(jié)圈(7)的一端，而開關(guān)(2)、(4)的漏極并聯(lián)后接到超導(dǎo)線圈(7)的另一端。這兩組開關(guān)若一組是單方向?qū)щ姷拈_關(guān)，則另一組是雙方向都能導(dǎo)通的開關(guān)，控制系統(tǒng)(6)由8098單片機與接口組成，它供給各電子開關(guān)所需的觸發(fā)脈沖列。
無損耗電阻器與電源的連結(jié)是通過開關(guān)(5)，開關(guān)(5)是由電容器(11)與二級管(10)組成其中二級管(10)的陰極與電容器(11)的一端連接，然后接到開關(guān)(4)的源極和開關(guān)(1)的漏極，二級管(10)的陽極接到電源的(＋)極，電容器(11)的另一端與電源(－)級相接。無損耗電阻器與電氣負載(9)的連接是電氣負載(9)的(＋)端接到開關(guān)(2)的源極與開關(guān)(3)的漏極，電氣負載(9)的(－)端與電源的(－)端直接連接。
開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)可采用GTR.MOSFET＞IGBT或其它功率半導(dǎo)體器件，而開關(guān)(5)是由二級管(10)與電容器(11)組合而成，若電源具有單相導(dǎo)電性，則二級管(10)可予省去。而二極管(8)為續(xù)流二級管，可根據(jù)負載性質(zhì)取舍。
超導(dǎo)線圈(7)采用高溫超導(dǎo)體材料，浸漬于液氮冷卻劑中，但當(dāng)開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)的開關(guān)頻率在20KHZ以上時，超導(dǎo)線圈(7)可采用普通銅導(dǎo)線繞制。若該調(diào)壓裝置容量較大時，為節(jié)省體積可將由普通銅導(dǎo)線繞制的線圈浸漬于液氮冷卻劑中，使銅導(dǎo)體成為高導(dǎo)無氧銅。
由圖2和圖3可說明無損耗電阻器的動作原理，它是由超導(dǎo)線圈(7)和五個電子開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)、(5)等組成的，該開關(guān)的開關(guān)頻率f＝1／T，可取f＝10～20KHZ，T為開關(guān)周期，在一個周期內(nèi)，可分為四個時間階段，各階段中這些開關(guān)的工作狀態(tài)為(1)0＜t＜DT／2時，開關(guān)(1)、(2)、(5)同時接通，超導(dǎo)線圈(7)中的電流直線上升，此時該線圈充磁并蓄能；(2)DT／2＜t＜T／2時，開關(guān)(5)分斷，開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)同時接通，此時超導(dǎo)線圈(7)被短路，短路環(huán)內(nèi)的電流，磁場和能量均保持恒定，即維護短路發(fā)生前瞬刻的數(shù)值不變；(3)T／2＜t＜T／2＋DT／2時，開關(guān)(5)與開關(guān)(3)、(4)同時接通，超導(dǎo)線圈中電流直線下降，此時由線圈向供電電網(wǎng)釋放能量；(4)T／2＋DT／2＜t＜T時，開關(guān)(5)分斷，超導(dǎo)線圈再次被開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)短接，短路環(huán)內(nèi)的電流和能量又保持恒定。
重復(fù)以上過程，圖2和圖3所示的接線將呈無損耗的電阻器特性，改變上述過程的階段時間(即改變DT，0≤D≤1)就可改變電阻器的等效電阻值。因此無損耗電阻器是一臺阻值可以隨意改變的電阻器。
由于本裝置內(nèi)部用的是無損耗電阻器，因此它節(jié)能降耗；由于內(nèi)部只含等效的電阻元件，因此其功率因數(shù)為1；由于無損耗電阻器的阻值可隨意連續(xù)調(diào)節(jié)，所以它控制靈活；因為它是由電子器件組成的，因此有重量輕的特點，便于開發(fā)輕便的電焊機，電氣牽引車和小型出租電汽車等直流電動機的調(diào)速裝置。
權(quán)利要求1.一種無損耗電阻器式直流調(diào)壓裝置，由電源、電阻器和電氣負載串聯(lián)而成，其特征在于電阻器采用無損耗電阻器，而無損耗電阻器包括電子開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)、(5)，超導(dǎo)線圈(7)和控制系統(tǒng)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損耗電阻器式直流調(diào)壓裝置，其特征在于無損耗電阻器中的電子開關(guān)(1)與(4)串聯(lián)，(3)與(2)串聯(lián)，然后互相并聯(lián)接成橋式接線開關(guān)(1)、(3)的源極并聯(lián)后接到超導(dǎo)線圈(7)的一端，而開關(guān)(2)、(4)的漏極并聯(lián)后接到超導(dǎo)線圈(7)的另一端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損耗電阻式直流調(diào)壓裝置，其特征在于無損耗電阻器與電源的連接是通過開關(guān)(5)，開關(guān)(5)是由電容器(11)與二級管(10)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流調(diào)壓裝置，其特征在于超導(dǎo)線圈(7)采用高溫超導(dǎo)體材料，浸漬于液氮冷卻劑中，當(dāng)開關(guān)(1)、(2)、(3)、(4)的開關(guān)頻率在20KHZ以上時，超導(dǎo)線圈(7)可采用普通銅導(dǎo)線繞制。
專利摘要本實用新型公開了一種新型無損耗電阻器式直流調(diào)壓裝置，無損耗電阻器是由電子開關(guān)與超導(dǎo)線圈組合而成。該器件具有電阻的伏安特性，而在運行中沒有功率損耗，其阻值又可通過對各電子開關(guān)的控制而隨意連續(xù)地變化。本裝置具有節(jié)能、輕型、高功率因數(shù)和用途多樣化等特點，可用于便攜式直流電焊機和直流電動機的調(diào)速系統(tǒng)。
文檔編號H02M3/04GK2133093SQ9221891
公開日1993年5月12日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月30日
發(fā)明者陳寄炎 申請人:華東冶金學(xué)院