[发明专利]单开关交流斩波调压装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单开关交流斩波调压装置，特别涉及一种采用全控型电力电子开关的交流调压装置。

背景技术

交流调压技术，广泛应用于交流电压调节、交流稳压控制、照明系统的照明控制与节能保护，交流温控系统等。

目前，对交流电压的调节，主要有三种形式：可控硅移相控制、变压器或电感的电磁调节、以及交流斩波控制。

可控硅移相控制(见图1，其中1为双向可控硅，2为交流电源，3为负载，4为移相触发控制器)，可控硅具有半可控特性，通过对其开通角的控制可以调节控制装置的输出电压。由于可控硅的移相控制会使输出电压畸变，对负载有较大的影响，另外还会使得输入电流严重畸变，对电网污染较大。采用移相控制时，如果输出电压较低，则功率因数会非常低。因此，这种控制方式无论对用户而言，还是对电网而言都不是最佳选择。

利用变压器或者电感的电磁调节技术(见图2，其中2为交流电源，3为负载，5为机械或双向电子开关，6为自耦变压器)，输出电压为正弦波，电磁兼容性比较好。但是该系统的自身功耗比较大，系统效率低，调节困难，响应速度慢，控制精度低。由于所采用的自耦多抽头变压器工作在工频状态，利用可控硅或者接触器进行转换和调节，所以系统的体积重量较大，因此成本比较高。

随着电力电子技术的发展，采用全控型电力电子器件进行交流斩波控制(见图3，其中2为交流电源，3为负载，7为电力电子开关器件所组成的双向开关，8为控制器)具有体积小重量轻的特点，由于电力电子器件工作在较高的频率下，因此可以利用很小的高频滤波电路就可以有效抑制系统所产生的谐波。所以输出电压为正弦波，同时输入电流谐波含量也非常小。但是要组成交流斩波电路必需要有续流通路，以便防止感性负载上因斩波而引起的高压击穿电力电子器件。由于是交流斩波电路，因此续流电路也必须是双向的。直流电路中利用二极管就可以续流，而交流电路必须用双向开关对续流电路进行控制。由于采用双向开关，必须防止直通短路，如果插入死区又会引起感性负载关断时产生的高压，因此系统的成本和控制的复杂程度都难以被接受，可靠性也较低。

如上所述，目前交流调压技术成本较高，系统控制复杂，或者谐波污染较为严重，因此，本发明在已有交流调压技术的基础上，提出了一种具有控制简单灵活，可靠性高，谐波含量小，功率因数高，成本较低的单开关交流斩波调压装置。使系统的全控型电力电子开关的数量降到了最低水平。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的主要问题，提供一种仅利用一个双向电力电子开关加上一个高频链环节进行交流斩波控制的装置，使组成该装置的全控型电力电子器件的数量降到了最少，从而大大降低了系统的成本和控制的复杂程度。本发明中的电力电子开关是全控型电力电子器件所组成的双向开关。高频链环节由Z型高频滤波网络或者LC支路组成。由于采用交流斩波控制，与传统晶闸管移相控制系统相比本发明的谐波含量非常低。使交流调压系统既实现了正弦波控制，又克服了常用交流斩波电路器件多、成本高、控制复杂、存在直通短路风险的缺点。

本发明的目的是这样实现的：

单开关交流斩波调压装置由控制器，双向电力电子开关，Z型高频滤波器，高频输出滤波器构成，Z型高频滤波器由两个高频电感和两个高频电容按Z形交叉连接组成，该Z型滤波器一端与双向电力电子开关相连接，另外一端与输入电源相连接。电力电子开关是由单个全控电力电子器件和功率二极管组成的双向开关，该双向开关串联在交流电源与Z型滤波器之间；该双向电力电子开关也可以由2个全控型电力电子器件构成，但是所需的功率二极管减少到了2个。高频输出滤波器由高频电感和高频电容组成，连接在Z型滤波器与负载之间。斩波调压装置还包括加在输出端的、用于检测输出电压、电流的传感器，控制器通过输入检测得到的输出电压信号和电流信号进行反馈控制。Z型高频滤波器可以用LC支路代替。

本发明的一个效果在于，使装置的输出交流电压可调。

本发明的另外一个效果在于，使输出电压可调的同时，降低系统的体积重量和成本。

本发明的另外一个效果在于，使输出电压可调的同时，提高输出电压的正弦度，使负载受电压畸变的影响减小到最低限度。

本发明的另外一个效果在于，使输出电压可调的同时，提高输入电流的正弦度，减小对电网的谐波干扰。

本发明的另外一个效果在于，使输出电压可调的同时，简化控制模式，消除短路直通的风险，提高系统的可靠性。