專利名稱：電源調(diào)節(jié)電路及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基礎(chǔ)電源調(diào)節(jié)電路，涉及帶有電源變壓器和交流電力電子開關(guān)的單相和多相交流和直流輸出的電源調(diào)節(jié)電路。
目前公知的帶有電源變壓器和交流電力電子開關(guān)(以下簡稱電子開關(guān))調(diào)節(jié)的交流和直流電源調(diào)節(jié)電路，主要有一次側(cè)交流電源與變壓器初級繞組之間串聯(lián)有可控硅的調(diào)節(jié)電路，如變壓器初級用可控硅交流調(diào)壓，變壓器次級經(jīng)整流二極管整流的電鍍電源。發(fā)明專利申請“一種三芯柱變壓器的交流弧焊機”(CN1056075A)中的電源調(diào)節(jié)也是屬于此類電路，美國庫珀博士發(fā)明的“UARITRON”電源調(diào)節(jié)電路也是屬于在電源一次側(cè)交流電源回路中串有電子開關(guān)的電源調(diào)節(jié)電路，此電路中除有變壓器和電子開關(guān)--雙向可控硅之外，還需交流電容器和電抗器，電路較復(fù)什，只適用于輸出交流電壓接近于一次側(cè)交流電壓的調(diào)節(jié)。還有發(fā)明專利申請“交流弧焊變壓器(CN1114079A)中的電源調(diào)節(jié)電路，它將雙向可控硅串聯(lián)在變壓器次級回路中，而改善了可控硅調(diào)節(jié)對電網(wǎng)諧波電流的污染，但可控硅串在次級回路中，其電流容量和損耗大，成本高，也不可能使用在點焊、淬火、電鍍、電解等很低電壓輸出的交流和直流電源的調(diào)節(jié)，另外它在三相直流弧焊機中，必須使用三個單相三芯柱變壓器調(diào)節(jié)也是很不經(jīng)濟的。又如本發(fā)明申請人申請的發(fā)明專利“單相和多相非零基礎(chǔ)調(diào)壓電路”(CN1122967A)和“可控器件變換變壓比的交流調(diào)壓電路，”(CN1076064A)，前者也只適用于輸入輸出電壓相近的電源調(diào)節(jié)，后者由于可控器件較多和控制觸發(fā)電路較復(fù)什，應(yīng)用范圍也受到一些限制。
本發(fā)明的目的是提供一種用電子開關(guān)調(diào)節(jié)變壓器內(nèi)阻抗的電子調(diào)節(jié)技術(shù)方案，它是使用帶有2個或2個以上初級繞組的電源變壓器和電子開關(guān)來實現(xiàn)電子無級調(diào)節(jié)。
本發(fā)明是怎樣來實現(xiàn)的，將多個初級繞組繞在變壓器鐵芯中的不同芯柱上，并且至少有1個初級繞組中串聯(lián)有電子開關(guān)來調(diào)節(jié)該繞組通過的一次側(cè)電流，使該繞組通過的電流與其它初級繞組通過的電流之比例發(fā)生變化，變壓器的內(nèi)阻抗也隨著改變，使變壓器次級繞組的輸出電流、電壓和功率也跟隨電子開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間比例的調(diào)節(jié)而變化來實現(xiàn)電源無級電子調(diào)節(jié)。
同本發(fā)明有關(guān)的單相和多相(包括交流輸出和直流輸出)電源調(diào)節(jié)電路，主要由變壓器(包括單相和多相)，電子開關(guān)和整流器件等組成，其特征在于電源調(diào)節(jié)電路的電源變壓器鐵芯上至少有兩個繞在不同芯柱上的初級繞組(2)和(3)，一個次級繞組(5)，至少有一個初級繞組(3)串聯(lián)有交流電子開關(guān)(7)，它對另一個繞組(2)流過的初級電流，有分流作用(相當于兩個繞組并聯(lián)通過初級電流)，調(diào)節(jié)交流電子開關(guān)(7)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間比例，就能調(diào)節(jié)流過兩個繞組(2)和(3)的初級電流比例的變化，從而調(diào)節(jié)變壓器的內(nèi)阻抗來達到調(diào)節(jié)次級繞組(5)的輸出電流、電壓和功率的目的。
本發(fā)明所使用的電子開關(guān)是由可控硅等半控器件和GTO、GTR和IGBT等全控器件及其觸發(fā)控制電路組成的相控電子開關(guān)、零觸發(fā)周期控制的電子開關(guān)和斬控電子開關(guān)，此類電子開關(guān)為公知技術(shù)，本發(fā)明不作說明，只說明和本發(fā)明特征有關(guān)的電子開關(guān)主回路的兩個端(8)和(9)，與變壓器初級繞組之間相連接的電路。
本發(fā)明所使用的變壓器有單相和三相兩種，單相變壓又分為雙芯柱、三芯柱和四芯柱三種形式，雙芯柱變壓器除通?？谧骤F芯外，還有一種有漏磁分路鐵芯(用來增強漏磁)的雙芯柱變壓器。三相變壓器還有田字鐵芯的六芯柱變壓器和目字鐵芯的六芯柱變壓器。
本發(fā)明的電源調(diào)節(jié)電路可廣泛用于弧焊、切割、點焊、穩(wěn)壓、調(diào)壓、淬火、電解、電化、電鍍、充電等設(shè)備中的交流、直流和交直流電源中，特別是在焊接和切割電源中得到應(yīng)用后完全可取代現(xiàn)有8×1、8×2、8×3、8×6、88×5和82×5等各種交流和整流式直流弧焊電源。在穩(wěn)壓電源中應(yīng)用可取代現(xiàn)有帶觸點的大功率穩(wěn)壓器。本發(fā)明具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。
本發(fā)明的電源調(diào)節(jié)電路特征和優(yōu)點將由下面的附圖和實施例作進一步說明。


(1)、(2)、(3)、和(4)--變壓器初級繞組；(5)--變壓器次級繞組；(6)--變壓器鐵芯；(7)--交流電力電子開關(guān)；(8)和(10)--繞組(2)的引出頭，(9)和(11)--繞組(3)的引了頭；(12)和(13)--變壓器與一次電源相連接端；(14)和(15)--變壓器次級交流輸出端，(16)--本發(fā)明特征部分；(17)--整流器；(18)、(19)和(22)--變壓器芯柱；(20)--變壓器鐵軛；(21)--變壓器漏磁鐵芯。
附圖1是與本發(fā)明有關(guān)的電源調(diào)節(jié)電路示意圖·其特征部分在虛線柜16內(nèi)所示。
附圖2是本發(fā)明在單相雙芯柱漏磁變壓器結(jié)構(gòu)的電源調(diào)節(jié)電路的實施例圖。
附圖3和4是本發(fā)明在單相雙芯柱增強漏磁變壓器結(jié)構(gòu)的電源調(diào)節(jié)電路的實施例圖。
附圖5是本發(fā)明在單相四芯柱增強磁變壓器結(jié)構(gòu)的電源調(diào)節(jié)電路的實施例圖。
附圖6、7、8、9、10和11是本發(fā)明在單相三芯柱變壓器結(jié)構(gòu)的電源調(diào)節(jié)電路的實施例圖。
附圖12是本發(fā)明在三相六芯柱田字鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)的電源調(diào)節(jié)電路的實施例圖。
附圖13是應(yīng)用本發(fā)明電源調(diào)節(jié)電路的三相整流式直流焊機產(chǎn)品的電源主電路原理圖。
附圖1是本發(fā)明單相電源調(diào)節(jié)電路，其三相電源調(diào)節(jié)電路由三個單相調(diào)節(jié)電路組成，不論單相還是三相，它們都有共同的特征，其特征在附圖1的虛線柜(16)內(nèi)所示，在變壓器鐵芯(6)的不同芯柱上至少繞有兩個初級繞組(2)和(3)，繞組(3)的一個端(11)與繞組(2)的一個同名端(10)相連接，繞組(3)的另一端(9)與繞組(2)的另一端(8)連接有電子開關(guān)(7)，在電子開關(guān)全導(dǎo)通期間，繞組(2)和(3)相當于并聯(lián)，在電子開關(guān)(7)全斷開期間，繞組(3)中沒有電流通過，因此通過調(diào)節(jié)電子開關(guān)(7)的通斷時間比例，就可調(diào)節(jié)繞組(2)和(3)中通過一次側(cè)電流的分配比例關(guān)系，從而調(diào)節(jié)變壓器的磁通分配和內(nèi)阻抗，來達到調(diào)節(jié)次級繞組(5)的交流輸出電流、電壓和功率的目的。初級繞組(1)和(4)是為了使電源獲得所需的不同輸出特性而設(shè)置的，繞組(1)或(4)都可以不使用，也可以(1)和(4)兩個繞組都不使用，此時，初級繞組僅有兩個繞組(2)和(3)，或者三個繞組[(1)、(2)、和(3)；或者(1)、(2)、和(4)]。
在附圖1初級繞組輸出端增加如附圖1所示的整流器(17)，本發(fā)明就可實現(xiàn)輸出直流的調(diào)節(jié)。電子開關(guān)(7)可以連接到繞組(2)的(10)端與繞組(3)的(11)端之間，此時只要將繞組(2)的(8)端與和繞組(3)的(9)端相連接即可。
附圖2的變壓器結(jié)構(gòu)是附圖1中的初級繞組(1)不用時的電源調(diào)節(jié)電路，它是一個同8×6弧焊變壓器相類似結(jié)構(gòu)的高漏磁變壓器，芯柱(19)上的初級繞組(2)和(4)與芯柱(18)上的繞級繞組(5)繞在不同芯柱上，耦合不緊，存在著較大的漏磁，而級繞組(3)與次級繞組(5)繞在同一芯柱(18)上，耦合緊密，漏磁較少，因此，只要調(diào)節(jié)電子開關(guān)(7)的通斷比例，使通過繞組(2)和(3)的初級電流分配比例發(fā)生變化，就可調(diào)節(jié)變壓器初、次級之間的耦合松緊成度，從而達到調(diào)節(jié)變壓壓器次級輸出電流、電壓和功率的目的。由于電子開關(guān)的通斷比例可以連續(xù)無級調(diào)節(jié)，并且還可實現(xiàn)穩(wěn)流、穩(wěn)壓等性質(zhì)的反饋調(diào)節(jié)，因此使用它來設(shè)計制造交流弧焊變壓器，其性能將遠優(yōu)子現(xiàn)有的8×6弧焊變壓器。
由于口字鐵芯變壓器的漏磁不可能做很大，做得太大也很不經(jīng)濟，因此，電流調(diào)節(jié)圍也不可能做到很大，并且這種漏磁變壓器次級輸出開路電壓與電子開關(guān)調(diào)節(jié)位置基本上無關(guān)，為了增大電流和電壓調(diào)節(jié)范圍，可以在附圖2的變壓器鐵芯上增加漏磁鐵芯(21)，附圖3、4和5就是對附圖2的一種改進設(shè)計，當鐵芯(21)與鐵軛(20)之間設(shè)有氣隙時，調(diào)節(jié)電子開關(guān)(7)就可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)次級繞組(5)的開路電壓，它適合設(shè)計制造調(diào)壓電源。當鐵芯(21)與鐵軛(20)之間留有氣隙時，調(diào)節(jié)電子開關(guān)(7)次級繞組(5)的開路電壓基本上不變化，它適合設(shè)計制造焊接和切割機電源。附圖(3)的調(diào)節(jié)范圍小于附圖4，附圖3和4的變壓器結(jié)構(gòu)更適合于圓筒式繞組，而附圖5適合于盤式繞組，應(yīng)用附圖5就可以設(shè)計制造比現(xiàn)有8×1弧焊變壓器工藝更簡單，性能更優(yōu)越的全新一代電焊機產(chǎn)品，該產(chǎn)品可在氣隙內(nèi)用非磁性材料，氣隙內(nèi)就沒有機械振動，因此在大小電流工作時都很穩(wěn)定，能在很寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)無級電子調(diào)節(jié)、并可實現(xiàn)穩(wěn)流等反饋獲得優(yōu)良的焊接性能，這是現(xiàn)有8×1交流焊機無法與它相比的全新一代產(chǎn)品。
附圖6、7和8是中間鐵芯柱僅繞次級繞組、兩側(cè)鐵芯柱僅繞初級繞組的單相三芯柱變壓器結(jié)構(gòu)的接線圖。附圖6變壓器鐵芯兩側(cè)對稱地繞有(1)、(2)、(3)和(4)四個初級繞組，調(diào)節(jié)范圍較小。附圖7變壓器兩側(cè)僅繞有(2)和(3)兩個初級繞組，調(diào)節(jié)范圍最大，它與發(fā)明專利CN1056075A公開的附圖2和附圖3變壓器結(jié)構(gòu)相同，但是其電子開關(guān)與初級繞組連接的電路不相同，其工作原理也就完全不相同，本發(fā)明與該發(fā)明相比較，具有電子開關(guān)額定容量小，電網(wǎng)諧波電流少和功率因高的顯著優(yōu)點。附圖8變壓器一側(cè)鐵芯柱繞有(1)和(2)兩個初級繞組，另一側(cè)鐵芯柱僅繞有初級繞組(3)，其調(diào)節(jié)范圍一般在附圖6和附圖7之間，為了節(jié)省導(dǎo)線等原因，在達到調(diào)節(jié)范圍情況下，一次側(cè)的部分繞組還可以繞在中間鐵芯柱上，附圖9變壓器結(jié)構(gòu)就是把初級繞組(4)和次級繞組(5)都繞在中間鐵芯柱(22)上。
為了使本發(fā)明的三芯柱變壓器次級輸出的開路電壓有較大的調(diào)節(jié)范圍，可在三芯柱變壓器中間芯柱(22)與鐵軛(20)之間留有氣隙，將附圖7和8的變壓器中間芯柱(22)與鐵軛(20)之間留有氣隙時，在電子開關(guān)(7)全關(guān)斷時，中間芯柱上的繞組(5)感應(yīng)電壓就很低，可以達到輸出開路電壓從接近零到額定電壓之間連續(xù)無級調(diào)壓的目的。
附圖10和附圖11是交流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)原理連接圖。它們都是在中間鐵芯柱(22)與鐵軛(20)之間留有氣隙，初級繞組(1)設(shè)有抽頭與次級繞組(5)相串聯(lián)，(9)和(10)為交流輸入端，(9)和(11)為調(diào)壓穩(wěn)壓輸出端。在交流輸入電壓偏高時，由于次級繞組(5)在電子開關(guān)不導(dǎo)通期間感應(yīng)電壓接近于零，而次級繞組又接在初級繞組(2)的抽頭上，因此可以使交流輸出端(9)和(11)之間輸出比交流輸入端(9)和(10)之間低的電壓，從而起到降壓作用，調(diào)節(jié)電子開關(guān)(7)的通斷時間比例就可調(diào)節(jié)次級繞組(5)上的感應(yīng)電壓，從而達到調(diào)節(jié)(9)和(11)之間交流輸出端的電壓，來實現(xiàn)調(diào)壓和穩(wěn)壓的目的，使用附圖11的變壓器結(jié)構(gòu)和電子開關(guān)就可設(shè)計制造大功率交流穩(wěn)壓調(diào)壓電源，它和現(xiàn)有補償式自耦變壓器調(diào)壓的大功率穩(wěn)壓調(diào)壓電源相比，具有無觸點和電子控制調(diào)節(jié)時間快等優(yōu)點，因此本發(fā)明的電源調(diào)節(jié)電路也是交流穩(wěn)壓調(diào)壓電源走向無觸點、低成本、高可靠性的一種技術(shù)方案。
使用附圖2至附圖11三個單相變壓器和三個電子開關(guān)均可實施三相電源的調(diào)節(jié)，但是使用三個單相變壓器在三相電源中是不經(jīng)濟的，附圖12示意出實施本發(fā)明所用的一種三相六芯柱田字鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)。在同一橫座標的左右兩個鐵芯柱(18)和(19)上繞有同一相的初、次級組(1)、(2)、(3)和(5)四個繞組。上、中、下六個鐵芯柱上分別繞有三相初、次級12個繞組，變壓器兩側(cè)鐵軛(20)的中間有二條漏磁鐵芯(21)、漏磁鐵芯(21)與鐵芯柱(18)和(19)共同磁軛之間，可根據(jù)需要留氣隙，或不留氣隙，三個電子開關(guān)(7)連接成星形，由附圖12可知，三個初級繞組(2)連接成星形，其公共點為(13)，三個電子開關(guān)(7)連接成星形，其公共點為(9)，由于三相星形連接電路的特點，不論將附圖12中的兩個公共(13)和(9)是否相連接，調(diào)節(jié)三個電子開關(guān)(7)都能使通過三個初級繞組(2)的三相電流和通過三個初級繞組(3)的三相電流比例發(fā)生變化，因此本發(fā)明在三相電路中公共點(13)和(9)之間可以相連接，也可以不相連接，它們都能通過調(diào)節(jié)三個電子開關(guān)達到調(diào)節(jié)三相輸出電流、電壓和功率的目的。附圖12中的三個次級繞組(5)可以連接成星形，也可以連接成三角形。
上述附圖2至12的任何一種變壓器次級繞組所獲得的交流電都可以使用整流器(17)整流成直流電，獲得交流調(diào)節(jié)的直流電源，和交流調(diào)節(jié)的交直流電源。
附圖13示意出本發(fā)明的三相交流調(diào)節(jié)的整流式直流弧焊機電源的變壓器結(jié)構(gòu)和主電路，輸出電流調(diào)節(jié)使用三個雙向可控硅(或六個單向可控硅)，整流器使用6只硅二極管組成三相橋整流器，本發(fā)明的這一實施例與發(fā)明專利申請CN1114079A中的弧焊變壓器相比，具有三大優(yōu)點①電源變壓器由三個變成一個，使結(jié)構(gòu)簡化，并且節(jié)材；②整流電路由六相橋式整流變?yōu)槿鄻蚴秸?，二極管由12個變?yōu)?個，不但使整流器件減少了一半，而且使器件和次級導(dǎo)線的導(dǎo)通角和利用率大為提高。從而節(jié)省材料和成本；③雙向控硅由次級回路調(diào)節(jié)變?yōu)槌跫壔芈氛{(diào)節(jié)，可減少雙向可控硅額定電流容量4至7倍，這就進一步降低了成本和損耗。
權(quán)利要求
1.一種電源調(diào)節(jié)電路，它主要由電源變壓器、交流電子開關(guān)和整流器件等組成，其特征在于電源調(diào)節(jié)電路的電源變壓器鐵芯上至少有兩個繞在不同芯柱上的初級繞組(2)和(3)，一個次級繞組(5)，至少有一個初級繞組(3)串聯(lián)有交流電子開關(guān)(7)，它對另一個初級繞組(2)流過的電流有分流作用，調(diào)節(jié)交流電子開關(guān)(7)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間比例，就能調(diào)節(jié)流過兩個初級繞組(2)和(3)的電流比例，從而調(diào)節(jié)變壓器的內(nèi)阻抗來達到調(diào)節(jié)次級繞組(5)的輸出電流、電壓和功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于變壓器的鐵芯是一個單相雙芯柱鐵芯，初級繞組(2)和(4)繞在芯柱(19)上，初級繞組(3)和次級繞組(5)繞在芯柱(18)上，繞組(2)和(3)一個同名端相連接，交流電子開關(guān)(7)連接在繞組(2)和(3)的另一同名端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于變壓器的鐵芯是一個單相有漏磁鐵芯(21)的雙芯柱鐵芯，在漏磁鐵芯(21)的一側(cè)芯柱(19)上繞組有初級繞組(2)，在漏磁鐵芯(21)的另一側(cè)芯柱(18)上繞有初級繞組(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于變壓器鐵芯是一個單相中間有漏磁磁鐵芯(21)的四芯柱鐵芯，在漏磁鐵芯(21)的一側(cè)的上下兩個芯柱(19)上均繞有初級繞組(2)，在漏磁鐵芯(21)的另一側(cè)的上下兩個芯柱(18)上均繞有初級繞組(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于變壓器鐵芯是一個單相三芯柱鐵芯，兩側(cè)的芯柱(18)和(19)上分別繞有初級繞組(3)和(2)，中間芯柱(22)上繞有次級繞組(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于三芯柱鐵芯兩側(cè)芯柱(19)和(18)上還分別繞有初級繞組(1)和(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于三芯柱鐵芯的一側(cè)芯柱(19)上繞有初級組(1)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于三芯的中間柱(22)上還繞有初級繞組(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于變壓器鐵芯是一個三相六芯柱田字鐵芯，三相六個初級繞組(1)和(2)分別繞在漏磁鐵芯(21)右側(cè)三個上、中、下芯柱(19)上，三相三個初級繞組(3)和三個次級繞組(5)分別繞在漏磁鐵芯(21)左側(cè)三個上、中、下芯柱(18)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1和9所述的電源調(diào)節(jié)電路，其特征在于三相整流式直流弧焊機的電源中有一個田字鐵芯三相變壓器，使用三個雙向可控硅KS作交流電子開關(guān)(7)實現(xiàn)交流調(diào)節(jié)，使用二極管做交/直變換的整流式直流焊機。
全文摘要
本發(fā)明屬于基礎(chǔ)電源調(diào)節(jié)電路,它主要由變壓器、交流電子開關(guān)和二極管等組成,其特征在于變壓器上至少有兩個繞在不同芯柱上初級繞組(2)和(3),一個次級繞組(5),一個交流電子開關(guān)(7),其中電子開關(guān)(7)與繞組(3)相串聯(lián),通過調(diào)節(jié)電子開關(guān)(7)的通斷比例來調(diào)節(jié)變壓器內(nèi)阻抗達到調(diào)節(jié)輸出電流、電壓和功率的目的,它可廣泛用于焊接、切割、穩(wěn)壓、淬火、電解、電化、電鍍和充電等設(shè)備中的交、直流電源,具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號H02M5/12GK1216413SQ9712230
公開日1999年5月12日 申請日期1997年11月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月1日
發(fā)明者龔秋聲 申請人:龔秋聲